汽車用螺母的知識梳理和解讀

螺母也叫螺帽,與螺栓或螺桿擰在一起用來起緊固作用。
螺母,有很多種類,也有不同材質的螺母。每類螺母都有不同的規(guī)格,每種規(guī)格的螺紋具有各自的機械性能和作用。在繁雜的條件下選用適合的螺母需要遵循一定的規(guī)則,滿足設計需求。

今天,以緊固件機械性能標準GB/T3098.2、GB/T3098.4和GB/T3098.4為基礎,來梳理汽車用螺母的種類和相關選用規(guī)則。

01 汽車螺母的分類標準和種類

螺母形狀,都為六角柱形:

a.牙距不同: 粗牙普通螺紋和細牙普通螺紋;

b.高度不同:薄螺母、1型螺母、2型螺母和厚螺母;

c.有法蘭面:六角法蘭面螺母、六角法蘭面自排屑螺母、六角法蘭面承面帶齒螺母;

d.鎖緊形式不同:

1 型全金屬鎖緊螺母、1 型非金屬嵌件鎖緊螺母;

2 型全金屬鎖緊螺母、2 型非金屬嵌件鎖緊螺母;

全金屬法蘭面鎖緊螺母、 非金屬嵌件法蘭面鎖緊螺母。

02 如何正確表示一個螺母

xx 是制造者的識別標志。

性能等級代號“10”,代表該螺母能承受的最小保證應力 Sp 的1/100,即保證應力 Sp=1000MPa。

這個數(shù)字“10”是10.9級螺栓的性能等級標記的第一部分數(shù)字,在螺栓標記中,第一個數(shù)字是螺栓公稱抗拉強度σb。

這個螺栓應為與該螺母相匹配螺栓中性能等級最高的。也就是性能等級高的螺母,可以替代性能等級較低的螺母。

螺栓-螺母組合件的應力高于螺栓的屈服強度或保證應力是可行的。

03螺母螺栓配合的基本原則

a.足夠的螺母內螺紋強度,使螺栓擰緊失效的形式為斷裂而不是滑牙。

b.螺母和螺栓的強度搭配要合理,符合標準推薦。

c.良好的螺紋配合精度,保證在電泳或涂覆之后螺紋精度合格。

d.不要輕易改變ISO和GB中推薦的螺距、螺母內倒角的大小、螺母高度、對邊寬度等尺寸。

e.連接副摩擦系數(shù)要受控在設計范圍內,比如m=0.10~0.16,否則所有的計算和校核就會失去基礎。
由于超擰,螺栓螺母組合的失效形式有螺桿斷裂和螺紋脫扣。螺桿的斷裂是突發(fā)生的,比較容易發(fā)現(xiàn);而脫扣是逐漸發(fā)生的,就很難發(fā)現(xiàn)并增加了緊固件失效而造成事故的危險性。

所以,對螺紋連接的設計,總希望失效形式是螺桿斷裂。但因為螺母和螺栓的材料強度、螺紋間隙和對寬度等影響脫扣強度發(fā)生,故不能在所有的情況下都能保證獲得這種失效形式。

根據(jù)螺母的粗細牙和鎖緊形式,分別按照GB/T3098.2、GB/T3098.4和GB/T3098.4的表二中的規(guī)定,為螺栓選配適當性能的螺母,當擰緊到螺栓保證載荷時,螺栓組合件不會發(fā)生螺紋脫扣。這一點是螺母的標記制度保證的。

然而,超過螺栓保證載荷的擰緊會因為轉角法的屈服擰緊法的使用時而發(fā)生,所以對螺母的設計應至少保證超擰10%(保證載荷大約是屈服載荷的90%)時,螺紋組合的失效是螺栓斷裂,以警告使用者,裝配操作不當。

螺母螺栓配合必須遵循基本原則

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1 型六角螺母和 2 型六角螺母的聯(lián)系和區(qū)別

不同的螺母高度是為了提高螺栓螺母組合件的螺紋脫扣強度。

螺母有兩種型式,2型約比1型高10%。

1 型高度主要適用于三個情況:

a. 性能等級4,規(guī)格M316的螺母;

b.性能等級5、6、8、10,規(guī)格M￡39的螺母;

c.性能等級12,規(guī)格M￡16的螺母。

2 型高度主要也適用于三個情況:

a.性能等級8,規(guī)格16￡ M￡39的螺母;

b.性能等級9,規(guī)格M￡16的螺母;

c.性能等級12,規(guī)格16￡ M￡39的螺母。

2 型螺母主要為9.8 級螺栓和螺釘提供了一個經濟的冷成型螺母,也為12.9級螺栓和螺釘提供了良好韌性的熱處理螺母。

1 型和 2 型螺母的重疊僅有兩種情況。

對于 1 型:小于、等于M16的8級,允許不淬火和回火(冷成型、低碳);

大于M16的8級螺母必須淬火并回火。此時,就可能使用不淬火和回火的,較厚的2型螺母代替1型螺母,這是綜合分析的經濟問題。對于12級:規(guī)格大于M16 的使用 1 型螺母不合適。由于要求保證載荷而需要提高螺母的硬度,結果削弱了韌性。從實用觀點出發(fā),是需要韌性的。因此,在這種情況下,需要使用較厚的、淬火并回火的2型螺母。如果必要與可能,限制使用規(guī)格大于M16 的螺母,則對12級螺母不發(fā)生 1 型和 2 型重疊。

在實際汽車開發(fā)中,為了控制緊固件庫規(guī)模,通常只使用8級和10級螺母,同時規(guī)定規(guī)格大于等于M12的螺母只使用10級?？梢钥闯?一般使用的都是 1 型螺母。

1 型全金屬六角鎖緊螺母Q334

05 全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌件鎖緊螺母

a. 全金屬鎖緊螺母一端制成非圓形收口或開槽后徑向收口(后者又稱為槽梁型鎖緊螺母), 使螺紋局部變形.當螺母擰緊后,螺母的收口部位向外張開,利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊,利用螺紋局部變形增加摩擦力,消除螺栓間隙,使螺栓與螺母牢固地縮緊在一起。

全金屬鎖緊螺母的優(yōu)點是結構簡單,制造工藝簡單,耐溫性好,體積和質量可控。缺點是不適用于需要經常拆卸的連接部位,容易把螺栓的涂層刮掉,造成腐蝕發(fā)生。

b. 非金屬嵌件鎖緊螺母是在螺紋孔內嵌裝尼龍塊或一個其內徑比螺紋中徑稍小的尼龍圈。擰入螺栓時,尼龍圈內被擠壓出內螺紋,彈性極佳的尼龍材料與螺栓形成了很大又穩(wěn)定的摩擦力,從而阻止了緊固件的松轉,達到了可靠的鎖緊‘還可以起到防止液體泄露的作用。

非金屬嵌件鎖緊螺母的優(yōu)點是耐沖擊性、抗振性、重復使用型較全金屬型好,但耐溫性較差,避免在高溫區(qū)域使用。

06 承面帶齒螺母

承面帶齒螺母在螺母的支承面制成鋸齒形。當螺母被擰緊時,支承面與被連接之間產生摩擦力,鋸齒嵌入被連接件表面時,鎖緊非常牢固。穩(wěn)定的扭矩-拉力關系和足夠高的夾緊力是帶齒螺母保持縮緊能力的前提。

一般來說,被連接件的硬度應低于緊固件的硬度,保證齒的嵌入。鋸齒容易損傷被連接表面。

所以,帶齒螺母不能用于無法承受高夾緊力的螺紋連接,也不能用于被連接件表面對劃傷和腐蝕敏感的場合。