汽车金属紧固件结构功能、法规要求及设计规范全面解析

今天螺丝先生就给大家介绍一下：汽车金属紧固件的结构与功能、法规要求、选用原则和设计规范。它将为退伍军人提供指导原则。希望能为大家后续的工作起到一定的参考作用。 。

一、紧固件简介

1. 系统定义

用于连接和固定各种功能部件的零件称为紧固件。由于它们具有高度的标准化、系列化、通用性，有相应的国家标准或行业标准支持，所以也有人称其为标准紧固件。零件或标准件。

2、结构类型

紧固件种类繁多，对应的标准也多种多样，包括产品标准、公差标准、性能标准、表面处理、标记方法、验收检验、包装等，在多个国家或行业标准中均有体现。

汽车上常用的紧固件有螺栓/螺钉、螺母、自攻螺钉、垫圈、塑料螺母和卡扣等。据统计，一辆轻型汽车平均使用紧固件约500种规格、约4000件。其中，高强度紧固件约占1/3，一辆汽车的紧固件成本约占整车成本的2.5%-3.0%。

3. 功能介绍

螺栓/螺钉/双头螺柱与螺母/螺纹孔的组合主要用于能承受较大载荷的高强度连接副。具有结构简单、稳定的特点。

自攻螺钉和预制孔的组合通常用于将轻质物体固定在薄金属板上，例如室内装饰品和小型电气部件。

卡扣式管夹式塑料紧固件一般用于固定线束等小直径管道，并将其嵌入金属板材中。

卡箍多用于低压液压系统或气动系统、冷却管路等。

4、新技术发展趋势

随着新能源汽车的兴起，全铝车身的应用逐渐广泛。传统的焊接螺栓和螺母不再适合这种材料。

热熔自攻铆接（FDS）、铝点焊（RSW）、自冲铆接（SPR）、抽芯铆接等新工艺、新紧固件的重要性不断提高，此类产品的技术水平不断提高继续成熟。

紧固件的防腐涂装技术，随着社会科技的进步和环保理念的日益普及，正逐渐从传统的电镀、磷化方法向达克罗、Jumit、Delta等各种新型环保方法转变。 、高性能涂层过渡。

同时，紧固件的防腐性能也从广泛使用的240h、480h红色不锈等级进一步提高到720h、1000h红色不锈等级。

汽车用紧固件在使用过程中要承受各种高温、高压、低温、振动、腐蚀、重载荷和交变应力。因此，对材料的综合性能要求很高，国内钢铁产品在有害元素和夹杂物的控制方面。 、冷镦性能等方面与发达国家仍有较大差距。

因此，在冷镦钢材料的开发上，重点关注非调质冷镦钢用盘条的研发、10.9级螺栓用低碳硼钢的拓展、基础研发等。高强度螺栓钢的发展进一步提高了我国紧固件线材的整体质量。等级。

2. 监管要求

紧固件产品必须符合《汽车零部件和材料中禁用和限用物质要求》的要求。下表列出了中国、欧盟等国家对紧固件零部件的主要监管要求。

3、性能要求

紧固接头需要满足的主要性能要求如下：

1、可靠性：紧固接头在道路试验中经久耐用，防腐性能符合标准要求；

2.安全性：紧固接头可满足安全法规要求

4、制造策略

1.除非无法实现冷镦工艺，否则不得采用机械加工工艺。螺纹零件只能采用滚压或滚压工艺，不得采用机加工工艺；

2、10.9级及以上产品需进行防止氢脆处理。

五、设计原则

1、紧固接头结构设计

一个。公制螺纹 除特殊情况外，例如安全带相关紧固件因行业惯例而采用统一英制螺纹，系统中的紧固件不允许使用非公制螺纹。各公差等级的螺纹尺寸必须符合GB/T15756中普通螺纹极限尺寸的要求。

b.孔位设计合理。各类紧固的通孔和沉孔尺寸参照GB/T152和GB/T5277的要求。开度过大会导致预紧力衰减和螺栓断裂。

c.头部类型的选择 紧固件头部形状有多种，以适应不同的装配空间、紧固程度、连接外观等要求。头部的主要功能是搬运和扳手。

2、螺纹配合设计

对于不同的材料，为了保证其能够承受足够的连接应力，需要采用不同的啮合长度。下图规定了采用上述条件时的最小啮合长度要求，可用于评价。

在不与其他零件干涉的情况下，螺栓和螺柱的端部与螺母配合后应超出螺母顶面1-2个完整的齿。螺栓拧入盲孔时，应保证螺栓长度不与盲孔干涉。并确保螺纹至少有一个直径处于受力区域。

3、等级匹配

一般来说，螺母与螺栓、螺柱或螺钉的机械性能等级的匹配如下：

8级螺母可与8.8级螺栓、螺柱或螺钉配套；

10级螺母可与10.9级螺栓、螺柱或螺钉配套；

12 级螺母可与 12.9 级螺栓、螺柱或螺钉配合

一般来说，性能等级较高的螺母可以替代性能等级较低的螺母。例如，10 级螺母可以代替 8 级螺母来匹配 8.8 级螺栓、螺柱或螺钉。

考虑到脆性断裂的风险较高，避免使用 12.9 级螺栓

材质防塌设计

在设计紧固接头时，还必须保证被夹紧材料所能承受的最终单位面积压力需要超过螺栓预紧力产生的抗压强度，以避免可能出现的材料塌陷问题和较大的预紧力。衰减。

4、锁紧结构的选择

常见的锁紧方式主要有螺栓-锁紧垫圈组件、锁紧螺母（全金属锁紧螺母和非金属嵌件锁紧螺母）、锁紧胶三种类型。

选择时请注意：

机械性能等级8.8级及以上的螺钉不建议使用螺钉锁紧垫圈组合；

全金属锁紧螺母的优点是耐温性好，但在拧紧过程中，由于结构原因，外螺纹涂层会被破坏，容易引起腐蚀，而且锁紧结构会随着旋入和旋出数量的增加而降低。不适合需要经常拆卸的连接部位；

非金属嵌件锁紧螺母的优点是比全金属的抗冲击、抗振动和可重复使用性更好，但其耐温性较差，应避免在高温地区使用；

常用的锁紧胶有微胶囊预涂锁紧胶和尼龙锁紧胶。前者的工作温度比后者高，但缺点是不能重复使用。每次拆卸后都需要更换新的紧固件并清洁螺纹孔。

5. 螺母设计

螺母的设计应保证其有足够的厚度以获得保证的载荷，并且啮合螺纹必须满足螺纹配合设计要求。对于8级、10级螺母，有效螺纹长度建议≥1d；

结构上优先选用六角法兰螺母；

对于关键紧固接头，应优先选用具有锁紧结构的螺母。

6、摩擦系数设计要求

摩擦系数是螺栓连接设计的前提和边界。每个紧固件系统应有紧固件摩擦系数范围要求。

不同的 OEM 有不同的规定。主流的是0.09-0.15、0.10-0.16、0.12-0.18。

7、拧紧工艺设计

常用的装配方法有扭矩控制法和扭矩-角度控制法。

扭矩控制方法是一种基于扭矩与轴向力之间一定关系的方法。该方法仅控制紧固时的紧固扭矩M。

由于拧紧工具简单、可操作性强等优点，是目前行业内应用最广泛的拧紧方法。但由于扭矩受摩擦系数影响较大，拧紧后获得的预紧力离散度较大，通常可达±30%。

扭矩-角度控制法（又称旋转角法）是一种以螺栓和螺母的相对旋转角度为指标来控制初始预紧力的方法。可用于弹性区和塑性区。

相对扭矩法和旋转角度法通过旋转角度直接控制螺栓伸长量，拧紧后可以获得较小的预紧力离散度，通常在±15%左右。

如果能够满足设计要求，拧紧过程应优先采用扭矩控制方法。虽然转角法的控制精度比较高，螺栓利用率也较高，但对于小批量车型来说，转角法的设备成本太高。

8. 实验与认证

1、整车级试验紧固件和紧固接头主要需要满足整车耐久性和整车耐腐蚀性试验。

2.高强度紧固接头的系统级测试需要预紧台架测试和紧固工艺验证，在紧固接头开发实验室中实施。

3、各公司的金属紧固件都有《金属紧固件检测项目》标准，新开发的零件需要进行检测和认证。