汽車發動機螺紋、螺栓、螺帽知識與拆裝(上)

◆文/北京 胡建軍

一臺完整并可以正常運轉的發動機，通過各種標準、型號、功能、材料、加工過程等均不同的百余條螺栓連接組裝在一起。通過這些螺栓的連接，才能夠使一臺發動機正常運轉，并且使運轉的發動機充分體現設計之初的功能、聽覺與視覺之美，也直接體現出維修人員的技術、藝術之精湛與完美。但是有關汽車及汽車發動機機械類顯現故障，大多是由螺栓問題造成的。因此，本文對汽車發動機螺紋、螺栓、螺帽知識與拆裝作一介紹，希望對廣大讀者有所幫助。

生活中到處可以見到各種各樣、大大小小的螺栓、螺母、墊圈，筆者見過最大的螺帽對邊直徑有2m，最小的儀表螺帽不足0.5mm。對于汽車維修人員汽車發動機螺栓、螺母、墊圈更是司空見慣，恰恰作為一名汽車維修人員，在從事汽車維修過程中貫穿始終的就是面對汽車以及發動機上各種螺栓、螺母、墊圈的拆拆裝裝，正是因為如此，以往有關汽車及汽車發動機機械類顯現故障，80%以上都是有關螺栓問題造成的；同時還有由于對螺栓認識不足，使用與應用不當，造成大量影響發動機工況與壽命潛在性致命的隱患。一臺完整并可以正常運轉的發動機，通過各種標準、型號、功能、材料、加工過程等均不同的百余條螺栓連接組裝在一起。通過這些螺栓的連接，才能夠使一臺發動機正常運轉，并且使運轉的發動機充分體現設計之初的功能、聽覺與視覺之美，也直接體現出維修人員的技術、藝術之精湛與完美。

一、螺栓相關知識的重要性

有一首兒歌里唱到一個小朋友在路上見到一個螺絲帽，最后交給了司機叔叔。寫歌兒的人一定不是搞技術的，但愿司機叔叔用這個螺絲帽的時候要慎重。美國哥倫比亞號宇宙飛船事故就是由一個小的螺絲帽引發的爆炸。由于螺栓、螺帽引發的汽車故障和事故，同樣觸目驚心，數不勝數。

由螺栓問題引起發動機故障和事故的原因大致有以下幾點。①螺栓沒有按技術規范預緊。②螺栓沒有按規定位置安裝，根據發動機的位置、功能、空間、力矩安裝的螺栓設計之初都有特殊要求，不能以外形類似的產品代替。③特殊螺栓沒有采用原設計材料、加工工藝；使用一般材料加工替代特殊材料，使用一般加工工藝替代特殊加工工藝加工特殊螺栓；使用普通螺栓替代特殊螺栓。④特殊螺栓在特定位置，使用不正確的拆裝工具、工藝；⑤不同功能區的要求忽略不同螺栓對各種不同墊圈使用的應用；⑥螺栓、螺母防松措施不當。

20世紀70年代初期，筆者第一次接觸進口發動機大修，依照師傅所教和習慣經驗，按技術要求達到三大主要螺栓預緊力，這三大螺栓包括缸蓋螺栓、連桿和主軸承螺栓，曲軸飛輪螺栓，其余全憑經驗預緊。結果發動機運轉以后，工作尚平穩，但發動機的聲音粗糙，不如原機聲音平順。拆檢多次，查找各種原因，效果基本沒有改變。經過了非常復雜和曲折的過程，最后抱著試一試的想法，將所有發動機螺栓根據情況換新和復位。然后查找資料、數據和設計手冊，全部螺栓都按規范預緊力預緊，這其中包括油底殼螺栓、各種支座連接螺栓，最后啟動著車，發動機的聲音變得平順。為了驗證這不是偶然性所致，經過兩次反復終于證明其必然所致。

目前，許多接受過職業教育和正在接受職業教育的汽車維修人員，由于受習慣經驗思維的影響，受狹義汽車維修技術至酷，人為淡化相關知識的學習與了解，加之技能的學習過程相對封閉，造成知識架構單薄，所以很多相關基礎知識不知、不深、不廣，比如鉗工基礎知識、材料基礎知識、材料加工和熱處理知識以及相關邊緣知識，當然更談不上對整車理論以及例如故障診斷理論的深入了解。實踐證明，這些相關知識對維修人員技能的提高有極大的幫助，并極大地促進其維修思維能力的拓展。當然這些知識不必刻意去學，更不必死記硬背，只是必須了解而已。這就和我們了解與汽車維修相關的法律法規、標準，規范一樣，我們一定按著這些去做，暫時不具備這些法律法規、標準，規范，但我們知道如何努力追求趨于達到這些法律法規、標準和規范。用它們約束和指導我們的技術手段與過程。這就是我們的目的。

二、螺紋、螺栓、螺帽介紹

1.螺紋

(1)常用螺紋的用途和特征

認識螺栓、螺帽必須先從認識螺紋開始。常用螺紋(內外螺紋相同)的用途和特征如下。①普通螺紋主要用于緊固件，螺距分為粗牙和細牙，細牙主要用于薄壁件和一些密封及阻尼孔。②特種細牙螺紋主要用于光學儀器，比普通細牙螺紋更細。③過渡配合螺紋，主要用于雙頭螺柱。④過盈配合螺紋主要用于功率大、轉速高等工作環境惡劣的動力機械。⑤短牙螺紋主要用于薄璧零件。⑥MJ螺紋，俗稱加強螺紋，特點牙底半徑大，主要用于航天器。⑦管螺紋包含只起連接作用和兼起密封作用兩種。還有很多種不同形狀的螺紋，所有這些螺紋均執行國家標準。

(2)常用螺紋的標記和型號

螺栓、螺母的螺紋一般選用牙型為600，這種牙型壓根強度高，具有良好的自鎖功能。螺紋是根據GB/T192-2003《普通螺紋基本牙型》國家標準加工的。常用螺紋的標記如下：M表示普通米制螺紋的公稱直徑；J表示螺紋的牙型特點；MJS其中的S表示特殊螺紋。汽車上的缸蓋螺栓、曲軸連桿和主軸軸承螺栓、飛輪螺栓、油底殼螺栓、放油螺栓，包括一些限位、定位、阻尼、限壓、鎖止(變速器體與發動機連接螺栓、傳動軸連接螺栓、差數器螺栓、輪胎螺栓等)，還有一些鍍銅、鍍鋅、發藍、發黑螺栓都屬于特殊螺栓。特殊螺栓占到發動機全部螺栓的95%以上。所謂特殊就是為專用設置的，這些專用螺栓的功能是其他類型的螺栓不可替代的，也有將這類螺栓稱為汽車專用螺栓，從這個角度來講，作為維修人員不可輕視。螺紋的型號一般由下列字母和數字組成。

(3)螺紋精度

螺紋的精度主要是依據螺紋配合公差帶，公差帶越窄精度越高(公差帶是一種形位公差精度的表示方法，形位公差是對被加工件要素的形式和位置的最大允許的變動量，公差帶越窄加工精度越高)。螺栓精度的選用根據設計用途依照國家標準，這些依照國家標準生產加工的螺栓，俗稱為標準件，也有一些螺栓執行的是地方標準、工廠標準或者極其特殊場合需要特制螺栓，俗稱非標件。

特殊螺栓比特殊螺紋意義更廣泛一些，它包括由特殊材料或經過特殊工藝加工的螺栓。如上面介紹過的各種發動機特殊螺栓，有的材料是低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，有的是合金鋼如鉻錳鋼，有的是彈簧鋼以及有色金屬等，加工過程根據不同的用途、大小以及批量，一般采取冷鍛（或冷墩）、搓絲、擠壓（分為冷、溫、熱三種工藝）、冷拔、拉伸、滾制等多種加工方法，后期有的經過調質處理，有的是經過滲碳、滲氮等復雜工藝處理。螺栓的作用因其結構不同大致可分為：連接螺栓主要用于通孔連接；雙頭螺栓主要用于不通孔經常拆卸連接；螺釘連接主要用于不通孔不經常拆卸連接；定位螺釘連接，主要用于相對零件位置的定位，能夠承受和傳遞的力很小。

(4)螺紋連接的擰緊力矩和預緊力控制

絕大多數螺紋聯接在裝配時都要預緊，目的在于增強連接的剛性、緊密型、防松能力及防止受橫向載荷連接的滑動。擰緊時扳手力矩適用于克服螺紋副的螺紋阻力矩及螺母與被聯接件(或墊圈)的支撐面摩擦力矩。這種在螺栓工作載荷之前受到的力稱為預緊力。預緊力的大小則根據螺栓組受力和連接的工作要求決定。一般規定擰緊后螺紋聯接件的預緊應力不得大于其材料屈服點的80%。預緊力大小及轉角是根據材料力學中的螺栓伸長量與預緊力的關系(稱之為虎克定律)計算出來的。

螺栓、螺母的預緊控制方法主要有力矩法、轉角法、螺栓伸長量控制法、拉伸法等。下面簡單介紹幾種常用的方法。

①力矩法：力矩法是經常應用的預緊力控制方法，預緊力控制精度的控制誤差為±25%，這種對于預緊力要求不高的場合經常運用，預緊力矩一般參照JB/T5000.10-2007選用。

②轉角法：目前轉角法在特別主要的螺栓連接系統中使用極為普遍，特別是汽車行業。這種預緊力方法預緊力精度較高能夠達到±15%以內。

③液壓拉伸器方法：該方法通過液壓拉伸器拉伸螺栓長度，然后擰緊螺母后除去外力，達到設計規定的預緊力要求，這種方法一般應用于柴油機和大型大功率內燃機。預緊力精度可達到±5%。

這里要說明一點，過去我們在預緊螺栓或螺帽時，經常采用分3次且每次達到多少扭力(力矩法)，而現在更多采用分3次每次旋轉多少角度來控制預緊力(轉角法)，因為這種做法可以達到較高精度的預緊力。在利用螺栓長度來控制預緊力時，螺紋的旋合長度直接影響到預緊力矩的大小。(未完待續)