大興安嶺地區汽車螺栓的裝配特點

螺紋緊固件連接是汽車常用連接方式之一，其中還有焊接、鉚接與粘膠連接等。螺紋緊固件連接其目的是使被連接零件緊密貼合，并承受一定的外力，具有精度高、裝配方便和零部件拆裝便利等優點。

螺紋連接件所受外力有4種，拉應力、剪切力、拉應力+彎曲應力、拉應力+彎曲應力+剪切應力等。若要保證螺紋緊固件連接能克服被連接零部件所受的各種靜態外力或動態外力，螺紋緊固件對被連接零部件要產生一個軸向夾緊力，該軸向夾緊力由所施加扭矩提供。螺栓克服摩擦力并按螺栓與被連接零部件的剛性比關系實現彈性變形，從而在螺栓兩端貼合面間形成夾緊力。正確的擰緊過程應該對此夾緊力進行控制，因此裝配擰緊的實質是將螺栓的軸向夾緊力控制在適當的范圍。 

在螺紋緊固件連接裝配過程中，夾緊力的離散度受到所選擇的裝配方法和其他外部條件的影響。在裝配時，夾緊力必須足夠大，以保證被連接零部件在工作過程中能夠可靠貼合，不會發生相對移動；另一方面，所施加的夾緊力必須保證螺栓和被連接零部件在裝配和服役過程中不會發生破壞或塑性變形。市場調研顯示，螺栓連接中產生的絕大多數問題，如螺栓松動、斷裂、被連接零部件壓陷、破壞等，都是由于夾緊力不精確或不正確所導致的。研究表明，螺栓的軸向夾緊力越大，其抗松動和抗疲勞性能越好，通常螺栓擰緊至屈服時使用效果最好。

目前在汽車裝配現場，考慮到實際的生產節拍和操作，無法正確測量每個螺栓連接副的夾緊力，因此可將扭矩作為中間量值來評價螺栓連接副的裝配質量。對扭矩控制而言，擰緊工具的控扭精度和擰緊工藝方法是兩大關鍵。一般情況下，氣動工具的控扭精度為10%～40%；手動定扭扳手精度為10%左右；電動擰緊機的控扭精度可達3%～5%。其中擰緊工具和控扭精度直接決定了裝配的等級。

國內汽車行業標準QC/T518-2013汽車用螺紋緊固件緊固扭矩中將緊固件的扭緊精度分為3個等級，Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，不同等級扭緊精度對應的扭矩公差和扭矩比見表1。 

表1 不同等級扭緊精度對應的扭矩比

注： K1=緊固扭矩最小值/緊固扭矩最大值 

以10.9級摩擦系數0.12的M20X1.5X100六角螺栓為例，采用Ⅲ級裝配時，目標緊固扭矩小，而扭矩波動范圍大，作用造螺紋上的夾緊力最小，提高裝配等級后目標緊固扭矩提高，且扭矩波動范圍變小，夾緊力提高。其中Ⅰ級的裝配的目標扭矩比Ⅲ級裝配提高了0.087%，作用在螺紋上的夾緊力提高了32.5%。根據國外的螺紋緊固件裝配標準規定，當螺紋連接級別為Ⅲ級時，若使用M16的螺栓可滿足使用要求；當選擇Ⅰ級裝配時，螺栓的規格可減少為M12。 

對汽車螺紋緊固件的裝配進行分級很有必要。緊固件供應商在接單時，首先應考慮技術協議的要求，相比于Ⅲ級裝配，而采用Ⅰ級裝配，螺栓的目標緊固扭矩增大，扭矩波動范圍減小，螺栓上的夾緊力提高；當連接結構對螺栓的夾緊力要求不變時，采用Ⅰ級裝配，可減小螺栓尺寸，實現減重輕量化、且使結構緊湊。