汽车用螺母的知识梳理和解读
螺母也叫螺帽,与螺栓或螺杆拧在一起用来起紧固作用。
螺母,有很多种类,也有不同材质的螺母。每类螺母都有不同的规格,每种规格的螺纹具有各自的机械性能和作用。在繁杂的条件下选用适合的螺母需要遵循一定的规则,满足设计需求。
今天,以紧固件机械性能标准GB/T3098.2、GB/T3098.4和GB/T3098.4为基础,来梳理汽车用螺母的种类和相关选用规则。
01 汽车螺母的分类标准和种类
螺母形状,都为六角柱形:
a.牙距不同: 粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹;
b.高度不同:薄螺母、1型螺母、2型螺母和厚螺母;
c.有法兰面:六角法兰面螺母、六角法兰面自排屑螺母、六角法兰面承面带齿螺母;
d.锁紧形式不同:
1 型全金属锁紧螺母、1 型非金属嵌件锁紧螺母;
2 型全金属锁紧螺母、2 型非金属嵌件锁紧螺母;
全金属法兰面锁紧螺母、 非金属嵌件法兰面锁紧螺母。
02 如何正确表示一个螺母
xx 是制造者的识别标志。
性能等级代号“10”,代表该螺母能承受的最小保证应力 Sp 的1/100,即保证应力 Sp=1000MPa。
这个数字“10”是10.9级螺栓的性能等级标记的第一部分数字,在螺栓标记中,第一个数字是螺栓公称抗拉强度σb。
这个螺栓应为与该螺母相匹配螺栓中性能等级最高的。也就是性能等级高的螺母,可以替代性能等级较低的螺母。
螺栓-螺母组合件的应力高于螺栓的屈服强度或保证应力是可行的。
03螺母螺栓配合的基本原则
a.足够的螺母内螺纹强度,使螺栓拧紧失效的形式为断裂而不是滑牙。
b.螺母和螺栓的强度搭配要合理,符合标准推荐。
c.良好的螺纹配合精度,保证在电泳或涂覆之后螺纹精度合格。
d.不要轻易改变ISO和GB中推荐的螺距、螺母内倒角的大小、螺母高度、对边宽度等尺寸。
e.连接副摩擦系数要受控在设计范围内,比如m=0.10~0.16,否则所有的计算和校核就会失去基础。
由于超拧,螺栓螺母组合的失效形式有螺杆断裂和螺纹脱扣。螺杆的断裂是突发生的,比较容易发现;而脱扣是逐渐发生的,就很难发现并增加了紧固件失效而造成事故的危险性。
所以,对螺纹连接的设计,总希望失效形式是螺杆断裂。但因为螺母和螺栓的材料强度、螺纹间隙和对宽度等影响脱扣强度发生,故不能在所有的情况下都能保证获得这种失效形式。
根据螺母的粗细牙和锁紧形式,分别按照GB/T3098.2、GB/T3098.4和GB/T3098.4的表二中的规定,为螺栓选配适当性能的螺母,当拧紧到螺栓保证载荷时,螺栓组合件不会发生螺纹脱扣。这一点是螺母的标记制度保证的。
然而,超过螺栓保证载荷的拧紧会因为转角法的屈服拧紧法的使用时而发生,所以对螺母的设计应至少保证超拧10%(保证载荷大约是屈服载荷的90%)时,螺纹组合的失效是螺栓断裂,以警告使用者,装配操作不当。
螺母螺栓配合必须遵循基本原则
04
1 型六角螺母和 2 型六角螺母的联系和区别
不同的螺母高度是为了提高螺栓螺母组合件的螺纹脱扣强度。
螺母有两种型式,2型约比1型高10%。
1 型高度主要适用于三个情况:
a. 性能等级4,规格M³16的螺母;
b.性能等级5、6、8、10,规格M£39的螺母;
c.性能等级12,规格M£16的螺母。
2 型高度主要也适用于三个情况:
a.性能等级8,规格16£ M£39的螺母;
b.性能等级9,规格M£16的螺母;
c.性能等级12,规格16£ M£39的螺母。
2 型螺母主要为9.8 级螺栓和螺钉提供了一个经济的冷成型螺母,也为12.9级螺栓和螺钉提供了良好韧性的热处理螺母。
1 型和 2 型螺母的重叠仅有两种情况。
对于 1 型:小于、等于M16的8级,允许不淬火和回火(冷成型、低碳);
大于M16的8级螺母必须淬火并回火。此时,就可能使用不淬火和回火的,较厚的2型螺母代替1型螺母,这是综合分析的经济问题。对于12级:规格大于M16 的使用 1 型螺母不合适。由于要求保证载荷而需要提高螺母的硬度,结果削弱了韧性。从实用观点出发,是需要韧性的。因此,在这种情况下,需要使用较厚的、淬火并回火的2型螺母。如果必要与可能,限制使用规格大于M16 的螺母,则对12级螺母不发生 1 型和 2 型重叠。
在实际汽车开发中,为了控制紧固件库规模,通常只使用8级和10级螺母,同时规定规格大于等于M12的螺母只使用10级。可以看出,一般使用的都是 1 型螺母。
1 型全金属六角锁紧螺母Q334
05 全金属锁紧螺母和非金属嵌件锁紧螺母
a. 全金属锁紧螺母一端制成非圆形收口或开槽后径向收口(后者又称为槽梁型锁紧螺母), 使螺纹局部变形.当螺母拧紧后,螺母的收口部位向外张开,利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧,利用螺纹局部变形增加摩擦力,消除螺栓间隙,使螺栓与螺母牢固地缩紧在一起。
全金属锁紧螺母的优点是结构简单,制造工艺简单,耐温性好,体积和质量可控。缺点是不适用于需要经常拆卸的连接部位,容易把螺栓的涂层刮掉,造成腐蚀发生。
b. 非金属嵌件锁紧螺母是在螺纹孔内嵌装尼龙块或一个其内径比螺纹中径稍小的尼龙圈。拧入螺栓时,尼龙圈内被挤压出内螺纹,弹性极佳的尼龙材料与螺栓形成了很大又稳定的摩擦力,从而阻止了紧固件的松转,达到了可靠的锁紧‘还可以起到防止液体泄露的作用。
非金属嵌件锁紧螺母的优点是耐冲击性、抗振性、重复使用型较全金属型好,但耐温性较差,避免在高温区域使用。
06 承面带齿螺母
承面带齿螺母在螺母的支承面制成锯齿形。当螺母被拧紧时,支承面与被连接之间产生摩擦力,锯齿嵌入被连接件表面时,锁紧非常牢固。稳定的扭矩-拉力关系和足够高的夹紧力是带齿螺母保持缩紧能力的前提。
一般来说,被连接件的硬度应低于紧固件的硬度,保证齿的嵌入。锯齿容易损伤被连接表面。
所以,带齿螺母不能用于无法承受高夹紧力的螺纹连接,也不能用于被连接件表面对划伤和腐蚀敏感的场合。
