汽車發(fā)動機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，通過各種標(biāo)準(zhǔn)、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(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且使運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)之初的功能、聽覺與視覺之美，也直接體現(xiàn)出維修人員的技術(shù)、藝術(shù)之精湛與完美。但是有關(guān)汽車及汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械類顯現(xiàn)故障，大多是由螺栓問題造成的。因此，本文對汽車發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)上各種螺栓、螺母、墊圈的拆拆裝裝，正是因?yàn)槿绱耍酝嘘P(guān)汽車及汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械類顯現(xiàn)故障，80%以上都是有關(guān)螺栓問題造成的；同時還有由于對螺栓認(rèn)識不足，使用與應(yīng)用不當(dāng)，造成大量影響發(fā)動機(jī)工況與壽命潛在性致命的隱患。一臺完整并可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，通過各種標(biāo)準(zhǔn)、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(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且使運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)之初的功能、聽覺與視覺之美，也直接體現(xiàn)出維修人員的技術(shù)、藝術(shù)之精湛與完美。

一、螺栓相關(guān)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(jī)叔叔。寫歌兒的人一定不是搞技術(shù)的，但愿司機(jī)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(fā)的爆炸。由于螺栓、螺帽引發(fā)的汽車故障和事故，同樣觸目驚心，數(shù)不勝數(shù)。

由螺栓問題引起發(fā)動機(jī)故障和事故的原因大致有以下幾點(diǎn)。①螺栓沒有按技術(shù)規(guī)范預(yù)緊。②螺栓沒有按規(guī)定位置安裝，根據(jù)發(fā)動機(jī)的位置、功能、空間、力矩安裝的螺栓設(shè)計(jì)之初都有特殊要求，不能以外形類似的產(chǎn)品代替。③特殊螺栓沒有采用原設(shè)計(jì)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(qū)的要求忽略不同螺栓對各種不同墊圈使用的應(yīng)用；⑥螺栓、螺母防松措施不當(dāng)。

20世紀(jì)70年代初期，筆者第一次接觸進(jìn)口發(fā)動機(jī)大修，依照師傅所教和習(xí)慣經(jīng)驗(yàn)，按技術(shù)要求達(dá)到三大主要螺栓預(yù)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(jīng)驗(yàn)預(yù)緊。結(jié)果發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后，工作尚平穩(wěn)，但發(fā)動機(jī)的聲音粗糙，不如原機(jī)聲音平順。拆檢多次，查找各種原因，效果基本沒有改變。經(jīng)過了非常復(fù)雜和曲折的過程，最后抱著試一試的想法，將所有發(fā)動機(jī)螺栓根據(jù)情況換新和復(fù)位。然后查找資料、數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)手冊，全部螺栓都按規(guī)范預(yù)緊力預(yù)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(fā)動機(jī)的聲音變得平順。為了驗(yàn)證這不是偶然性所致，經(jīng)過兩次反復(fù)終于證明其必然所致。

目前，許多接受過職業(yè)教育和正在接受職業(yè)教育的汽車維修人員，由于受習(xí)慣經(jīng)驗(yàn)思維的影響，受狹義汽車維修技術(shù)至酷，人為淡化相關(guān)知識的學(xué)習(xí)與了解，加之技能的學(xué)習(xí)過程相對封閉，造成知識架構(gòu)單薄，所以很多相關(guān)基礎(chǔ)知識不知、不深、不廣，比如鉗工基礎(chǔ)知識、材料基礎(chǔ)知識、材料加工和熱處理知識以及相關(guān)邊緣知識，當(dāng)然更談不上對整車?yán)碚撘约袄绻收显\斷理論的深入了解。實(shí)踐證明，這些相關(guān)知識對維修人員技能的提高有極大的幫助，并極大地促進(jìn)其維修思維能力的拓展。當(dāng)然這些知識不必刻意去學(xué)，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(guān)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范一樣，我們一定按著這些去做，暫時不具備這些法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，但我們知道如何努力追求趨于達(dá)到這些法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。用它們約束和指導(dǎo)我們的技術(shù)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(rèn)識螺栓、螺帽必須先從認(rèn)識螺紋開始。常用螺紋(內(nèi)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(xì)牙，細(xì)牙主要用于薄壁件和一些密封及阻尼孔。②特種細(xì)牙螺紋主要用于光學(xué)儀器，比普通細(xì)牙螺紋更細(xì)。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(zhuǎn)速高等工作環(huán)境惡劣的動力機(jī)械。⑤短牙螺紋主要用于薄璧零件。⑥MJ螺紋，俗稱加強(qiáng)螺紋，特點(diǎn)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(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)常用螺紋的標(biāo)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(qiáng)度高，具有良好的自鎖功能。螺紋是根據(jù)GB/T192-2003《普通螺紋基本牙型》國家標(biāo)準(zhǔn)加工的。常用螺紋的標(biāo)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(diǎn)；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(fā)動機(jī)連接螺栓、傳動軸連接螺栓、差數(shù)器螺栓、輪胎螺栓等)，還有一些鍍銅、鍍鋅、發(fā)藍(lán)、發(fā)黑螺栓都屬于特殊螺栓。特殊螺栓占到發(fā)動機(jī)全部螺栓的95%以上。所謂特殊就是為專用設(shè)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(shù)字組成。

(3)螺紋精度

螺紋的精度主要是依據(jù)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(jù)設(shè)計(jì)用途依照國家標(biāo)準(zhǔn)，這些依照國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)加工的螺栓，俗稱為標(biāo)準(zhǔn)件，也有一些螺栓執(zhí)行的是地方標(biāo)準(zhǔn)、工廠標(biāo)準(zhǔn)或者極其特殊場合需要特制螺栓，俗稱非標(biāo)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(jīng)過特殊工藝加工的螺栓。如上面介紹過的各種發(fā)動機(jī)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(jù)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(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，有的是經(jīng)過滲碳、滲氮等復(fù)雜工藝處理。螺栓的作用因其結(jié)構(gòu)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(jīng)常拆卸連接；螺釘連接主要用于不通孔不經(jīng)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(yù)緊力控制

絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都要預(yù)緊，目的在于增強(qiáng)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(lián)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(yù)緊力。預(yù)緊力的大小則根據(jù)螺栓組受力和連接的工作要求決定。一般規(guī)定擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料屈服點(diǎn)的80%。預(yù)緊力大小及轉(zhuǎn)角是根據(jù)材料力學(xué)中的螺栓伸長量與預(yù)緊力的關(guān)系(稱之為虎克定律)計(jì)算出來的。

螺栓、螺母的預(yù)緊控制方法主要有力矩法、轉(zhuǎn)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(jīng)常應(yīng)用的預(yù)緊力控制方法，預(yù)緊力控制精度的控制誤差為±25%，這種對于預(yù)緊力要求不高的場合經(jīng)常運(yùn)用，預(yù)緊力矩一般參照J(rèn)B/T5000.10-2007選用。

②轉(zhuǎn)角法：目前轉(zhuǎn)角法在特別主要的螺栓連接系統(tǒng)中使用極為普遍，特別是汽車行業(yè)。這種預(yù)緊力方法預(yù)緊力精度較高能夠達(dá)到±15%以內(nèi)。

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(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)緊力要求，這種方法一般應(yīng)用于柴油機(jī)和大型大功率內(nèi)燃機(jī)。預(yù)緊力精度可達(dá)到±5%。

這里要說明一點(diǎn)，過去我們在預(yù)緊螺栓或螺帽時，經(jīng)常采用分3次且每次達(dá)到多少扭力(力矩法)，而現(xiàn)在更多采用分3次每次旋轉(zhuǎn)多少角度來控制預(yù)緊力(轉(zhuǎn)角法)，因?yàn)檫@種做法可以達(dá)到較高精度的預(yù)緊力。在利用螺栓長度來控制預(yù)緊力時，螺紋的旋合長度直接影響到預(yù)緊力矩的大小。(未完待續(xù))