一種車燈用雙頭螺栓及配合結構探討

蘇珊珊　王世峰　王順興

【摘? 要】整車對燈具的要求除燈光安全法規外，美觀、協調、匹配、間隙、面差、氣候適宜、耐久等都是不可缺少的考核指標。每個零件都決定了燈具品質和整車品質。目前車燈與車身的固定安裝，普遍通過螺栓將車燈固定在車身上。本文就一種合理的車燈用雙頭螺栓包括其配合結構的研發過程、結構來源進行解析說明。

【關鍵詞】車燈；雙頭螺栓；配合結構

中圖分類號：U463.65? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）09-0058-04

Discussion on a Double Head Bolt and Its Matching Structure for Car Lights

SU Shanshan，WANG Shifeng，WANG Shunxing

（Wuhu Anrui Optoelectronics Co.，Ltd.，Wuhu 241009，China）

【Abstract】In addition to lighting safety regulations，the requirements for lighting fixtures in the entire vehicle include aesthetics，coordination，matching，gaps，surface differences，climate suitability，durability，and other indispensable assessment indicators. Each component determines the quality of the lighting fixtures and the overall quality of the vehicle. At present，the fixed installation of the car lamp and the vehicle body is generally fixed to the vehicle body through bolts. This article analyzes and explains the development process and structural source of a reasonable double head bolt for car headlights，including its mating structure.

【Key words】vehicle lights；double headed bolts；coordination structure

作者簡介

蘇珊珊（1989—），女，標準化工程師，主要研究方向為汽車零部件。

1? 背景技術及應用

車燈是車輛的必備部件，車輛在不同的使用環境和不同的速度以及振動條件下都必須滿足照明法規的規定，用戶和廠商對車燈的使用體驗要求也日益提高。車燈與車身的安裝機構的好壞也是不可缺少的考量范圍，包括車燈總成在內，燈具在整車上的裝配結構可靠性如何，直接關系到車燈的品質。目前車燈與車身之間的固定安裝形式有很多種，現通過常用的一種螺栓固定的形式，與各位探討。

本文要解析的車燈與車身的連接方式是：螺栓的一端固定在車燈上，螺栓的另一端用于與車身的固定（圖1），此緊固件螺栓稱之為雙頭螺栓（圖2）。故合理的雙頭螺栓結構尤為重要，它不僅決定了車燈的品質，還決定了車燈與車身連接的可靠性。

2? 雙頭螺栓的設計探討

從以下5個維度解析雙頭螺栓的設計：①密封墊的設計；②六角盤（法蘭盤）的設計；③六角花形的設計；④自攻端螺紋設計；⑤燈體BOSS柱孔徑、孔深設計。其中密封墊的設計包含軸向壓縮方式、徑向尺寸設計；自攻端螺紋設計包含螺紋牙型、長度。雙頭螺栓的設計截面如圖3所示。

3? 密封墊的設計

用于雙頭螺栓結構上的密封墊如圖4所示。材質一般為發泡EPDM，邵氏硬度一般為15度，壓縮量一般設計為50%。

3.1? 軸向壓縮方式

圖5為雙頭螺栓配合結構優化前狀態，其發泡密封墊放置于六角盤與鈑金之間，缺陷是密封墊壓縮后不能回彈，僅一次使用壽命，針對此問題點進行優化。優化措施如下：①增加1圈限位筋，優化后狀態，如圖6所示；②發泡密封墊的壓縮量可控，通過調節限位筋的高度來控制壓縮量；③發泡密封墊拆下后可以回彈，可以重復使用。

3.2? 徑向尺寸設計

3種徑向尺寸設計如圖7所示，鈑金凹陷如圖8所示，設計具體參數見表1。

總結：①發泡密封墊尺寸需要合理設計，尺寸的大小直接影響相關性能；②通過驗證及量產項目使用情況得出，有效密封寬度3mm為定出的標準設計值。

4? 六角盤的設計

1）基于優化密封墊，增加了限位筋，結構如圖9所示，但是結構存在局限性：①六角盤的套筒工具（鎖緊用）導致了限位筋加大；②限位筋加大后，隨著螺母擰緊，鈑金會產生變形，向下凹陷；③安裝螺母時無導向，容易歪斜。

2）基于以上缺陷，進行優化，方案如圖10所示，優化點如下：①頭部增加六角花形，用六角花形鎖緊，則限位筋不用加大；②頭部增加六角花形起導向作用，螺母更易安裝。

5? 六角花形的設計

5.1? 六角花形與六角的選用

本文第4章節中提到，基于優化限位筋加大與螺母沖突問題，增加了六角花形（圖11）。六角（圖12）拐角處較小，與工具配合容易磨損，導致滑牙，如圖13所示。相比之下六角花形結構耐磨、不易滑牙。

5.2? 六角花形如何選型

如圖14所示，以匹配M6螺母舉例，根據GB/T 9145查出：M6內螺紋小徑最小尺寸為4.917mm，如圖15所示。圖11中六角花形A尺寸需小于M6螺母內螺紋小徑最小尺寸4.917mm。由于M6內螺紋小徑最小尺寸為4.917mm，通過查詢標準GB 6189得出A尺寸選值范圍，從而進行型號選擇，由圖16得出E4、E5都符合要求，E5尺寸更大些，從結構強度上考慮，選擇E5型號。

5.3? 六角花形高度H選值的合理性

通過工程驗證、生產問題點總結及供應商技術交流得出：5.5≥H≥4.5；4.5mm以下太短，有滑牙風險；5.5以上占用空間大，從經濟角度考慮不適用，且帶帽螺母無法配合使用。

6? 自攻端螺紋設計

雙頭螺栓與車燈的連接方式：雙頭螺栓上設有自攻螺紋，通過自攻螺紋攻入燈體BOSS柱內。

6.1? 螺紋牙型

選擇QC/T 713塑料（尼龍）用自攻螺釘螺紋取代GB/T 5280自攻螺釘用螺紋，對比如圖17、圖18、表2所示。

總結：從旋入扭矩、失效扭矩、牙型分析上進行對比，QC/T 713雙牙螺紋性能優于GB/T 5280螺紋。

6.2? 螺紋長度

為方便標準化管控，統一螺紋長度為12mm。表3為3種規格方案對比。自攻端螺紋長度L的取值與螺栓失效扭矩、占用燈體空間大小相關，故取值需合理，圖19為螺紋長度設計。

7? 燈體BOSS柱孔徑、孔深設計

7.1? 燈體BOSS柱孔徑設計思路

QC/T 713標準中有規定燈體BOSS柱孔徑的范圍值，如圖20所示。例：NST 5.5對應的BOSS柱孔徑范圍值為3.6～4.2mm。由標準確定了孔徑的范圍值，再通過工程驗證確定d的具體取值，將雙頭螺栓柱分別擴孔至3.9mm，4.0mm，4.1mm，4.2mm，4.3mm。觀察現象并分別測試退出、正常失效、裝車失效扭矩值，如表4所示，燈體材質為30%PC+ABS。

經驗證對比，QC/T 713雙頭螺栓NST5.5X12相匹配正確BOSS柱孔徑值為Φ4.0+0.10。

7.2? 燈體BOSS柱孔深相關

為防止螺紋攻入底部導致燈體BOSS柱開裂，燈體BOSS柱孔深，在螺栓長度的基礎上至少預留2mm的間隙，即BOSS柱孔深=L+2mm。

8? 總結

目前汽車行業正在蓬勃發展，車燈作為汽車上的重要零件之一，隨之發展。燈具與車身的固定方法，除此連接方式之外，還有很多種，如卡扣式固定、插件式固定、托盤式固定等。本文只是將一種最常用、最簡單的，用于汽車車燈安裝固定結構的開發過程、車身與車燈連接螺栓細節的重要性進行了部分探討。

參考文獻：

[1] GB/T 9145—2003，普通螺紋中等精度、優選系列的極限尺寸[S].

[2] GB 6189—1986，緊固件用六角花形 E型[S].

[3] GB/T 5280—2002，自攻螺釘用螺紋[S].

[4] QC/T 713—2004，塑料（尼龍）用自攻螺釘螺紋[S].

[5] GB/T3098.13—1996，緊固件機械性能螺栓與螺釘的扭矩試驗和破壞扭矩公稱直徑1～10mm[S].

[6] GB/T3098.1—2010，緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱[S].

（編輯? 楊凱麟）