汽车发动机螺纹、螺栓、螺帽知识与拆装(上)

◆文/北京 胡建军

一台完整并可以正常运转的发动机，通过各种标准、型号、功能、材料、加工过程等均不同的百余条螺栓连接组装在一起。通过这些螺栓的连接，才能够使一台发动机正常运转，并且使运转的发动机充分体现设计之初的功能、听觉与视觉之美，也直接体现出维修人员的技术、艺术之精湛与完美。但是有关汽车及汽车发动机机械类显现故障，大多是由螺栓问题造成的。因此，本文对汽车发动机螺纹、螺栓、螺帽知识与拆装作一介绍，希望对广大读者有所帮助。

生活中到处可以见到各种各样、大大小小的螺栓、螺母、垫圈，笔者见过最大的螺帽对边直径有2m，最小的仪表螺帽不足0.5mm。对于汽车维修人员汽车发动机螺栓、螺母、垫圈更是司空见惯，恰恰作为一名汽车维修人员，在从事汽车维修过程中贯穿始终的就是面对汽车以及发动机上各种螺栓、螺母、垫圈的拆拆装装，正是因为如此，以往有关汽车及汽车发动机机械类显现故障，80%以上都是有关螺栓问题造成的；同时还有由于对螺栓认识不足，使用与应用不当，造成大量影响发动机工况与寿命潜在性致命的隐患。一台完整并可以正常运转的发动机，通过各种标准、型号、功能、材料、加工过程等均不同的百余条螺栓连接组装在一起。通过这些螺栓的连接，才能够使一台发动机正常运转，并且使运转的发动机充分体现设计之初的功能、听觉与视觉之美，也直接体现出维修人员的技术、艺术之精湛与完美。

一、螺栓相关知识的重要性

有一首儿歌里唱到一个小朋友在路上见到一个螺丝帽，最后交给了司机叔叔。写歌儿的人一定不是搞技术的，但愿司机叔叔用这个螺丝帽的时候要慎重。美国哥伦比亚号宇宙飞船事故就是由一个小的螺丝帽引发的爆炸。由于螺栓、螺帽引发的汽车故障和事故，同样触目惊心，数不胜数。

由螺栓问题引起发动机故障和事故的原因大致有以下几点。①螺栓没有按技术规范预紧。②螺栓没有按规定位置安装，根据发动机的位置、功能、空间、力矩安装的螺栓设计之初都有特殊要求，不能以外形类似的产品代替。③特殊螺栓没有采用原设计材料、加工工艺；使用一般材料加工替代特殊材料，使用一般加工工艺替代特殊加工工艺加工特殊螺栓；使用普通螺栓替代特殊螺栓。④特殊螺栓在特定位置，使用不正确的拆装工具、工艺；⑤不同功能区的要求忽略不同螺栓对各种不同垫圈使用的应用；⑥螺栓、螺母防松措施不当。

20世纪70年代初期，笔者第一次接触进口发动机大修，依照师傅所教和习惯经验，按技术要求达到三大主要螺栓预紧力，这三大螺栓包括缸盖螺栓、连杆和主轴承螺栓，曲轴飞轮螺栓，其余全凭经验预紧。结果发动机运转以后，工作尚平稳，但发动机的声音粗糙，不如原机声音平顺。拆检多次，查找各种原因，效果基本没有改变。经过了非常复杂和曲折的过程，最后抱着试一试的想法，将所有发动机螺栓根据情况换新和复位。然后查找资料、数据和设计手册，全部螺栓都按规范预紧力预紧，这其中包括油底壳螺栓、各种支座连接螺栓，最后启动着车，发动机的声音变得平顺。为了验证这不是偶然性所致，经过两次反复终于证明其必然所致。

目前，许多接受过职业教育和正在接受职业教育的汽车维修人员，由于受习惯经验思维的影响，受狭义汽车维修技术至酷，人为淡化相关知识的学习与了解，加之技能的学习过程相对封闭，造成知识架构单薄，所以很多相关基础知识不知、不深、不广，比如钳工基础知识、材料基础知识、材料加工和热处理知识以及相关边缘知识，当然更谈不上对整车理论以及例如故障诊断理论的深入了解。实践证明，这些相关知识对维修人员技能的提高有极大的帮助，并极大地促进其维修思维能力的拓展。当然这些知识不必刻意去学，更不必死记硬背，只是必须了解而已。这就和我们了解与汽车维修相关的法律法规、标准，规范一样，我们一定按着这些去做，暂时不具备这些法律法规、标准，规范，但我们知道如何努力追求趋于达到这些法律法规、标准和规范。用它们约束和指导我们的技术手段与过程。这就是我们的目的。

二、螺纹、螺栓、螺帽介绍

1.螺纹

(1)常用螺纹的用途和特征

认识螺栓、螺帽必须先从认识螺纹开始。常用螺纹(内外螺纹相同)的用途和特征如下。①普通螺纹主要用于紧固件，螺距分为粗牙和细牙，细牙主要用于薄壁件和一些密封及阻尼孔。②特种细牙螺纹主要用于光学仪器，比普通细牙螺纹更细。③过渡配合螺纹，主要用于双头螺柱。④过盈配合螺纹主要用于功率大、转速高等工作环境恶劣的动力机械。⑤短牙螺纹主要用于薄璧零件。⑥MJ螺纹，俗称加强螺纹，特点牙底半径大，主要用于航天器。⑦管螺纹包含只起连接作用和兼起密封作用两种。还有很多种不同形状的螺纹，所有这些螺纹均执行国家标准。

(2)常用螺纹的标记和型号

螺栓、螺母的螺纹一般选用牙型为600，这种牙型压根强度高，具有良好的自锁功能。螺纹是根据GB/T192-2003《普通螺纹基本牙型》国家标准加工的。常用螺纹的标记如下：M表示普通米制螺纹的公称直径；J表示螺纹的牙型特点；MJS其中的S表示特殊螺纹。汽车上的缸盖螺栓、曲轴连杆和主轴轴承螺栓、飞轮螺栓、油底壳螺栓、放油螺栓，包括一些限位、定位、阻尼、限压、锁止(变速器体与发动机连接螺栓、传动轴连接螺栓、差数器螺栓、轮胎螺栓等)，还有一些镀铜、镀锌、发蓝、发黑螺栓都属于特殊螺栓。特殊螺栓占到发动机全部螺栓的95%以上。所谓特殊就是为专用设置的，这些专用螺栓的功能是其他类型的螺栓不可替代的，也有将这类螺栓称为汽车专用螺栓，从这个角度来讲，作为维修人员不可轻视。螺纹的型号一般由下列字母和数字组成。

(3)螺纹精度

螺纹的精度主要是依据螺纹配合公差带，公差带越窄精度越高(公差带是一种形位公差精度的表示方法，形位公差是对被加工件要素的形式和位置的最大允许的变动量，公差带越窄加工精度越高)。螺栓精度的选用根据设计用途依照国家标准，这些依照国家标准生产加工的螺栓，俗称为标准件，也有一些螺栓执行的是地方标准、工厂标准或者极其特殊场合需要特制螺栓，俗称非标件。

特殊螺栓比特殊螺纹意义更广泛一些，它包括由特殊材料或经过特殊工艺加工的螺栓。如上面介绍过的各种发动机特殊螺栓，有的材料是低碳钢、中碳钢、高碳钢，有的是合金钢如铬锰钢，有的是弹簧钢以及有色金属等，加工过程根据不同的用途、大小以及批量，一般采取冷锻（或冷墩）、搓丝、挤压（分为冷、温、热三种工艺）、冷拔、拉伸、滚制等多种加工方法，后期有的经过调质处理，有的是经过渗碳、渗氮等复杂工艺处理。螺栓的作用因其结构不同大致可分为：连接螺栓主要用于通孔连接；双头螺栓主要用于不通孔经常拆卸连接；螺钉连接主要用于不通孔不经常拆卸连接；定位螺钉连接，主要用于相对零件位置的定位，能够承受和传递的力很小。

(4)螺纹连接的拧紧力矩和预紧力控制

绝大多数螺纹联接在装配时都要预紧，目的在于增强连接的刚性、紧密型、防松能力及防止受横向载荷连接的滑动。拧紧时扳手力矩适用于克服螺纹副的螺纹阻力矩及螺母与被联接件(或垫圈)的支撑面摩擦力矩。这种在螺栓工作载荷之前受到的力称为预紧力。预紧力的大小则根据螺栓组受力和连接的工作要求决定。一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得大于其材料屈服点的80%。预紧力大小及转角是根据材料力学中的螺栓伸长量与预紧力的关系(称之为虎克定律)计算出来的。

螺栓、螺母的预紧控制方法主要有力矩法、转角法、螺栓伸长量控制法、拉伸法等。下面简单介绍几种常用的方法。

①力矩法：力矩法是经常应用的预紧力控制方法，预紧力控制精度的控制误差为±25%，这种对于预紧力要求不高的场合经常运用，预紧力矩一般参照JB/T5000.10-2007选用。

②转角法：目前转角法在特别主要的螺栓连接系统中使用极为普遍，特别是汽车行业。这种预紧力方法预紧力精度较高能够达到±15%以内。

③液压拉伸器方法：该方法通过液压拉伸器拉伸螺栓长度，然后拧紧螺母后除去外力，达到设计规定的预紧力要求，这种方法一般应用于柴油机和大型大功率内燃机。预紧力精度可达到±5%。

这里要说明一点，过去我们在预紧螺栓或螺帽时，经常采用分3次且每次达到多少扭力(力矩法)，而现在更多采用分3次每次旋转多少角度来控制预紧力(转角法)，因为这种做法可以达到较高精度的预紧力。在利用螺栓长度来控制预紧力时，螺纹的旋合长度直接影响到预紧力矩的大小。(未完待续)