螺纹是零件上常见的一种结构，被广泛地用于零件之间的连接，可以起传递运动和动力的作用。螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有连接力大、结构紧凑、拆装方便、连接可靠等优点。利用螺纹的特性，进行螺纹紧固件连接设计，可以实现标准化、规模化、专业化、集约化生产，大大降低生产成本。由于螺纹紧固件品种规格繁多，大多是专业化、集中化生产，使用要求较为严格，影响其防松性能的因素较多，这无疑增加了紧固件连接设计的难度。

一些关键部位的螺栓连接一旦失败会给企业带来无法估量的损失，所以汽车螺纹紧固件连接设计十分重要。受螺纹结构原理的限制，松脱是螺纹紧固件的主要失效形式之一，必须采取有效的措施预防松脱，于是各种防松螺纹紧固件应运而生。

汽车产业是国民经济的战略性、支柱性产业，在社会经济发展中发挥着重要作用，汽车产业的发展水平是衡量国家综合国力和科技进步的重要指标。螺纹紧固件是汽车产业发展的基石，是汽车产业链的重要部分。随着汽车产业的不断发展到，市场对汽车螺纹紧固件的需求越来越大。而且，螺纹紧固件的质量和寿命直接关系到整个汽车的稳定性，影响着整个行业的发展，因此应不断优化汽车螺纹紧固件连接设计，提高汽车螺纹紧固件质量。

1、汽车紧固件概述

汽车紧固件是指将两个或两个以上零件紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称，汽车紧固件的市场十分广阔。汽车上常用的紧固件有螺栓、螺柱、螺母、螺钉、垫圈、夹具等，可见螺纹紧固件（一种有内螺纹或是外螺纹的机械零件）较为常见。

2、汽车螺纹紧固件连接概述

所有的工作标准都明确了螺纹紧固件的各种接地应力，以保证螺纹紧固件的特性指标值，选用符合规范要求的螺纹紧固件，从而完成基本的螺纹连接设计。

首先，明确指出设备的应用标准和环境。其次，明确规定组件的各种应力。再次，根据构件不失效的各种标准，进行结构力学计算，螺纹零件的技术标准以数值要求为基础。最后，选择符合要求和标准的螺纹紧固件来增加紧固件的类型和数量。为了简化承载能力的分析和计算，将螺纹紧固件上的外力分为4类：一是纯拉应力，如气缸盖地脚螺栓。二是纯剪应力，如水泵飞轮地脚螺栓。三是拉应力+应力，如曲轴箱地脚螺栓。四是拉应力+应力+剪应力，如汽车车轮地脚螺栓。螺纹连接获得的径向预紧力受摩擦力、拧紧方法和专用工具精度等多种因素的影响，特定的径向预紧力可以通过超声波测量。由于需要精确测量力来描述径向预紧过程，所以有必要在设计早期指定应用所需的最小径向预紧力。

3、汽车螺纹紧固件作用

3.1固定作用

汽车螺纹紧固件能将两个主要零件或部件紧密连接成为一个整体，可以将气缸盖固定在气缸体上，将托架固定在车架上，将曲轴固定到轴承座上。在这种情况下，拉伸应力被施加到螺纹紧固件上并使汽车零件被固定，除非抗拉强度足够强，否则固定部分不会松动。

3.2传力作用

当两个旋转部件通过螺纹紧固件连接时，该部分的扭矩通过螺纹连接传递到另一部分。例如，在汽车中，螺栓用于连接前后传动轴、半轴法兰与轮毂、轮辋和轮毂等。在这种情况下，螺栓受到剪切应力和拉伸应力。

3.3连接作用

螺纹紧固件具有连接作用，需要拆卸的部件通常用螺纹紧固件连接，以方便拆卸，如汽车发动机油底壳与曲轴箱连接、空气滤清器与化油器上体连接、各种电线及电气部件连接等。

3.4定位作用

汽车的某些重要部分保持着比较紧密的相对位置关系，这种关系可以进行改变或调整，调整后，用螺栓或螺钉固定相对位置。例如，在汽油机分电器和断路器的动触头与定触头调整间隙后，用螺纹紧固件固定，使其不松动。

4、螺纹紧固件连接松动原因

4.1接合面变形

用螺栓进行连接时，会施加一定的预紧力，使螺栓发生拉伸变形，并造成与螺栓的接触面局部塑性变形。如果在使用过程中继续发生塑性变形，螺栓与支撑面之间会出现轻微的滑动，从而降低预紧力，使螺栓连接松动。

4.2轴向载荷引起松动

当轴向载荷施加到具有初始预载荷的螺纹连接时，螺栓被轴向力拉伸。径向分力作用在螺纹的斜面上，螺纹的接触面之间存在一定的相对滑动。重复加载时，相对滑移量逐渐增大。当螺纹连接达到自锁状态时，螺母松动旋转，导致连接失效。

4.3因横向载荷而松动

当有初始预紧力的螺纹连接承受垂直于轴线的横向载荷作用时，横向力的反复作用使螺纹发生弹性的扭转变形或零件接触面之间有垂直于螺纹轴线方向的相对滑移。逐渐发展累积的扭转位移使螺旋副沿螺旋方向向下滑动，从而使预应力减小，甚至消失，进而使螺纹连接出现松动。

由于可变负载、冲击和振动的作用，上述因素往往同时作用。此外，工作温度变化较大和其他因素也会导致螺纹紧固件连接松动。

5、汽车螺纹紧固件连接设计

5.1连接设计概述

在进行汽车螺纹紧固件连接设计时，需要清楚地了解螺纹紧固件在典型和极端工作条件下的各种接地应力，根据CAE分析软件模拟分析或实时采集路面承载力，指定螺纹紧固件规格，根据国家标准选择螺纹紧固件，并确保其不偏离规格和标准公差。

进行螺纹紧固件连接设计时需要注意以下方面：第一，是否有防潮规定；第二，是否有电导率要求。第三，是否有高温工作条件要求；第四，是否需要经常拆装；第五，有无颜色调节；第六，防腐有哪些规定；第七，是否应拧紧；第八，是否需要垫圈。第九，安装与其他部件间距应符合要求；第十，清楚螺纹代号；第十一，注意摩擦控制。在选择粗细螺丝紧固件时，M10和M10以上规格推荐选择细螺丝。原因如下：第一，径向调节能力强；第二，相同规格可提供更高的锁模力；第三，螺旋角小，用小扭矩可增强轴向力，同时可提高抗松动性；第四，具有较高的扭转和横向剪应力；第五，厚壁零件和高韧性零件可以更牢固地连接；第六，螺纹可以更靠近地脚螺栓头；第七，不容易脱落。

5.2设计要求

第一，螺栓和螺母需配套。一般来说，性能等级较高的螺母，可以替换性能等级较低的螺母，螺栓-螺母组件的应力高于螺栓的屈服强度或保证应力是可行的。第二，工艺工程师必须充分沟通，慎重考虑要使用的固定和安装工艺技术。第三，紧固件的设计必须结合动态和静态数据扭矩。在公开安装和搬运技术时公布动态扭矩要求，在过程管理计划中公布静态扭矩要求。第四，紧固件应设计在可见的位置，要便于安装和拆卸，防止盲目操作，以保证产品质量。第五，在安装不方便的地方如中间轴、转向装置的安装位置，应进行防随动设计，防止因实际操作出现产品质量问题。第六，不考虑使用万向套筒，用其紧固将导致扭矩变化。

6、螺纹紧固件加工工艺

6.1镀锌

镀锌是指在金属、合金或者其他材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术，主要采用的方法是热镀锌。锌易溶于酸，也易溶于碱，在干燥空气中变化不大，在潮湿的空气中，表面能生成一种很致密的碱式碳酸锌薄膜，这种薄膜能有效保护内部不再受到腐蚀。热镀锌是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，而电镀锌是利用电解原理，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的锌镀层的过程。碱脆是传统热镀锌加工工艺难以摆脱的弊端，碱脆对原材料、机械和设备的性能危害很大，

会缩短零件的寿命，导致设备毁坏。

6.2锌铝涂层

锌铝涂料是水溶性、无铬、锌铝建筑涂料，可以浸泡、涂漆或喷涂到钢材或预制件的表面。锌铝涂层就是将水性无铬锌铝涂料浸涂、刷涂或喷涂于钢铁零件或构件表面，经烘烤形成的以鳞片状锌为主要成分的无机防腐蚀涂层（外观偏灰），是一种无废气排放、不添加重金属铬和铅的涂层。与传统的锌铬防腐涂层相比，锌铝涂层具有以下特点：涂层不含金属铬，具有良好的耐蚀性和耐高温性。其凭借深镀性能和再喷砂性能，可适用于钢、铸铁、铝及其合金、铁基粉末冶金等多种基体材料的腐蚀防护。由于高温烘烤成型工艺的要素，锌铝涂层施工过程中不会造成氢脆问题，与铝和铝合金不会产生电偶腐蚀。锌铝镀层可以代替锌铬涂层，也可以代替部分电镀锌、电镀镉工艺。

6.3磷化

钢铁零件有机溶解在含锰、铁、锌、钙的磷酸盐溶液中，表面会生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜（磷化膜），这一过程叫作磷化。磷化的目的主要是给金属提供保护，防止金属被腐蚀，用于涂漆前打底，提高漆膜涂层的附着力与防腐蚀能力。磷化膜具有暗灰色或黑色的外观，具有微孔板结构，经填充、油浸或涂漆处理后，具有较好的抗腐蚀性。

磷化膜还具有良好的润滑性，可以减少摩擦，防止或减少表面层的划伤或开裂。此外，磷化膜还具有良好的绝缘性能，经过磷化处理后，钢材的结构力学性能和磁性能基本保持不变。磷化所需设备简单，实际操作方便，成本低，效率高，在工业中得到广泛应用。根据磷化液成分，磷化可以分为锌系磷化、锌钙系磷化、铁系磷化、锰系磷化、复合磷化；根据磷化处理温度，磷化可分为高温型、中温型、低温型、常温型。

6.4达克罗

达克罗（DACROMET)是一种新型表面处理技术，主要以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为防腐涂料。达克罗有很多优点：第一，具有超强耐腐蚀性能，防锈效果是传统电镀锌、热镀锌或涂料涂覆法的7~10倍。采用达克罗工艺处理的标准件、管接件经耐盐雾试验h以上未出现红锈；第二，不会发生氢脆现象。达克罗的处理工艺决定了达克罗

不存在氢脆现象，这使得达克罗非常适合在受力零件上涂装；第三，耐热性强。达克罗耐高温材料腐蚀，耐热温度可达℃以上。在传统的镀锌工艺中，当温度达到℃时材料就会出现起皮现象；第四，达克罗涂层具有强大的附着力和再涂性能，与金属基体有良好的结合力，与其他附加涂层有着较强的黏着性，处理后的零件易于喷涂着色，与有机涂层的结合强度甚至超过磷化膜；第五，透气性强。由于静电屏蔽效应，工件的深孔、缝隙和内壁很难镀锌,所以不能用电镀的方法保护工件的这些部位。达克罗可以进人工件的不同部位，形成达克罗涂层。

达克罗也有一些缺点：第一，达克罗的烧结温度高，时间长，能耗大；第二，达克罗表面硬度不高,耐磨性差，达克罗涂层的制品不适合与铜、镁、镍、不锈钢零件接触和连接，否则会影响制品表面质量和防腐性能；第三，达克罗涂层导电性差，不适用于电器接地螺栓等导电连接的零件。

7、汽车螺纹紧固件改进方向

为了提高紧固件产品质量，必须严格控制所选用钢材质量和生产过程，必须严格控制所用钢的化学成分，以降低钢中的硫、磷和氧元素含量，否则会导致紧固件在生产过程中产生裂纹。在生产汽车紧固件的过程中，要想提高汽车紧固件的质量，需要采用先进的生产设备，运用合适的生产工艺，提高产品合格率。在对紧固件进行热处理时，必须严格控制炉温、炉内气氛和时间，以尽量避免紧固件表面烧损和脱碳现象。虽然厂家严格控制生产过程，但仍难以保证所有产品都是合格件。因此，在生产完成后需要进行分拣和测试。

8、结束语

汽车紧固件是汽车产业链的重要部分，在进行紧固件连接设计时必须考虑各种因素。同时，加工技术也非常重要，值得高度重视。在进行汽车紧固件连接设计时，需要运用先进的汽车紧固件加工工艺，在坚持相关设计原则和要求的同时，不断学习、借鉴、创新，以更好地促进汽车行业发展。

参考文献：

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