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汽车发动机螺纹、螺栓、螺帽知识与拆装(下)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2014-10-13 08:08:09

    举一个非常典型的例子,一次在一个维修厂维修人员遇到一辆奔驰500、KE系列的发动机大修,揭缸盖时缸盖螺栓滑扣,缸盖螺栓将发动机缸体相对应的螺纹承孔绞碎带出,80%的螺栓都是如此。在处理这件事时,维修人员第一次是采取将发动机缸体承孔螺纹加大,配置以加大缸盖螺栓直径的做法,结果螺栓的预紧力远没达到要求螺栓就全部断了虽然断的部位稍有不同。第二次换上了相应螺纹直径的柴油机缸盖螺栓,结果则4缸体承孔螺纹绞碎带出。这样反复几次,最后发动机相应的螺纹承孔已经和发动冷却水套几乎贯通,如果不采取适当的措施缸体一定报废,这是客户所不能接受的。这时维修人员采取了在缸体承孔上镶丝套的做法,这种丝套内外都加工有螺纹,外螺纹与加大直径的缸体螺纹承孔以过盈配合相连接(并涂以金属粘接剂),内螺纹可以选用原来的标准直径的螺栓。
    这是唯一可行的方法,但是这种丝套是特殊合金金属加工的,是采购的商品成品,而这种市面上供应的丝套大多数是为易损的缸盖上的火花塞预备的。因此,丝套的长度只有25mm,而缸盖螺栓要求旋合长度为40mm以上,旋合长度就是说螺栓拧入缸体的长度要达到40mm以上,才能到要求的预紧力矩。结果尽管换了新的螺栓,预紧力矩2/3时,螺栓将丝套一并带出。这就是不了解螺纹、螺栓知识的结果。笔者后来看到了这个问题,用合金钢加工了一个长度42mm的丝套,精度为中度,并经过调质处理,同时换上新的缸盖螺栓装和后达到标准预紧力力矩。
    还有一个我们经常遇到的例子,以往维修人员为了防止发动机油底与机体之间结合部位漏油,无论有密封垫还是没有密封垫,装配油底壳时,所有的螺栓总是尽量紧得不能再紧为止,结果越紧越是漏油,这是典型的不按规范预紧螺栓的结果。超大的预紧力使得油底壳和发动机缸体下部产生局部变形,在热机时尤其严重。

    2.螺栓、螺母和垫圈
    螺栓、螺母和垫圈都设定有不同的性能等级,具体依照哪一个性能等级是根据设计要求定的。所以,发动机上所有螺栓、螺母、垫圈都是依据特定的位置(这些位置都经过计算,预紧力矩也根据功能计算得来)设计要求加工或选择的。
(1)典v螺纹、螺栓、螺母、垫圈的组成及特点
    典型螺纹、螺栓、螺母、垫圈各部位的名称及特点如下。
    螺纹:螺纹牙顶角度是根据不同要求设计成不同角度、形状,如三角形、梯形、圆角形以及双线螺纹等(图1)。

    螺栓:过度R角是为了增强螺栓头部与螺杆的强度(图2)。千万不要小看这个R角,我们在很多零部件形位变化结合部都会加工,个R角作为过渡,这个R角起到增加局部强度和应力扩散的重要作用,如有些外加工点不规范,再磨削曲轴时磨完轴颈忘了修正轴与曲拐之间的尺角,结果造成曲轴断裂。有些普通螺栓,在一时找不到合适的替代时,不得已选择同样但长度稍长的截短代用,但往往忽略在截断处的断面边缘磨削一个45°倒角(螺纹入角)。这个倒角很重要,不仅是螺栓便于旋入,而且可以减弱甚至去除剪削力。螺栓的公称直径是指螺杆的最大直径,一般用大写字母M表示,螺栓的有效直径用dt表示,是指螺杆的螺纹处最小直径,也就是螺纹根部的直径,主要用于计算螺栓的抗拉强度的大小。螺孔的直径用do或用dw表示。螺栓的长度是指螺杆杆长度,不包括螺杆头部在内,一般来讲螺栓长度按旋紧件的旋合长度+垫片厚度+5mm余量。

    螺母:螺帽非接触面必须加工有倒角,接触面按需要可加工也可不加工倒角(图3)。D代表内螺纹公称直径,dw代表牙底直径,M螺帽的厚度,S螺帽的公称尺寸,E螺帽的对角尺寸。汽车上常用多种形式的螺母(图4),每种形式有特定的用途。



    垫圈:它是介于连接件表面和螺栓、螺母之间的一个部件,能使工件在孔口处的受力更均匀一致,不致应力集中,根据功用不同常用垫圈有以下几种:①平垫圈;②高强度垫圈,由高强度锰钢制成这种垫圈的一面内圈有倒角,使用时有倒角的一面朝向螺母或螺栓头部没有倒角的一面紧贴工件;③弹性垫圈,主要用于螺栓和螺母的防松;④斜垫片,垫片表面有一定斜度与工作面相配合。汽车上用的垫圈如图5所示。

(2)螺栓、螺帽损坏原因
    螺栓、螺帽出现折断、滑扣(噜扣)、裂纹、变形、变软、锈蚀(氧化)的原因如下。
    ①折断:螺栓在拧紧时因承受拉力引起延长,导致螺栓或螺母支撑面承受很大的载荷(产生相应的应力),而且产生的压缩载荷会产生载荷集中效应,或因螺栓伸长(应变)超过了弹性极限,于是因塑性屈服产生永久性变形使预紧力和夹紧力失效,加之循环变载荷作用在螺栓脉动载荷的反复作用下,应力水平过高、幅值也过高就会长生疲劳断裂。螺栓折断一是由于扭力过大,超过其所承受的负载;二是其由于螺栓预紧力不够,加之承受轴向力的同时还要承受组合件的横向剪切力;三是由于环境因素如频繁变化的高温、应力、氧化、硫化、碱化、腐蚀等所致;四是材料和加工工艺不符;五是拆装(强拆强拧)不当。比如经常遇到的缸盖螺栓、排气歧管螺栓、排气管螺栓等。还有一些复杂的物理机制会导致螺栓断裂在此不去一一介绍。笔者见过一个维修人员用普通螺栓代替连杆螺栓,无知的行为造成极其严重的后果。
    ②滑扣(噜扣):扭力过大、螺栓与螺纹孔的螺纹不匹配,比如同样螺距但螺纹的形状不一样;同样螺纹但螺距不一样(1mm和1.25mm很难用肉眼区分,必须用螺纹规比对);金属与非金属组合,比如铝合金缸体如扭力过大、进水腐蚀、氧化极易产生粘铰以及频繁的高温、应力急剧的变化等。
    ③裂纹:原材料或加工过程以及后期处理的缺陷;疲劳过度。
    ④变形、变软、锈蚀(氧化):组合件位置错移迫使螺栓弯曲变形、不当外力冲击造成弯曲变形、伸长变形等;变软一般是由于疲劳过度或高温退火造成;锈蚀多是由于氧化、酸碱腐蚀等造成。

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