前幾天我和一個(gè)司機(jī)吵起來(lái)了，因?yàn)樗f(shuō)“你們修理工就是打螺絲的，簡(jiǎn)單得很，在扳子上掛個(gè)火勺，狗都能干”。當(dāng)時(shí)把我氣壞了，和他大吵了一架，狠狠地教育了他一頓。
事后想想，應(yīng)該有很多人有這樣的誤解，覺(jué)得修車(chē)打螺絲是一個(gè)非常容易的事，拿著電動(dòng)扳手“突突突”地拆下螺絲，拆下?lián)p壞的零部件，裝上新零件，再“突突突”的打上螺絲，就完活了，這錢(qián)賺得太輕松。
其實(shí)修車(chē)哪有那么容易，我們不說(shuō)判斷故障有多難，在車(chē)下摸爬滾打有多苦，單單就說(shuō)這個(gè)很多人眼中非常簡(jiǎn)單的“打螺絲”，就有非常大的學(xué)問(wèn)，不是誰(shuí)都能干的，沒(méi)有三五年的維修經(jīng)驗(yàn)，螺絲是打不好的。
就以我自己為例，剛?cè)胄袝r(shí)，不知道打斷了多少螺絲，弄壞了多少螺孔，給師傅找了多少麻煩；現(xiàn)在我也是一個(gè)“資深修理工”了，螺絲瞄一眼，就知道螺絲的直徑是多少、螺距多大、強(qiáng)度等級(jí)是什么、用什么樣的工具來(lái)緊固，緊固力矩也能猜個(gè)差不多，即使沒(méi)有扭力扳手，手上緊固的力道也和標(biāo)準(zhǔn)扭矩差不了多少。這都是多年積累下來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，是書(shū)本上沒(méi)有告訴你的。
下面老侯就以自己掌握的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累，來(lái)給大家普及一下“打螺絲”的相關(guān)知識(shí)。
首先給大家普及一下螺栓的相關(guān)知識(shí)。螺栓是機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用最多的零部件，是非常重要的機(jī)械零件，螺栓連接是最常用的機(jī)械零件連接方式。大家不要小看這個(gè)小小的螺絲釘，它有著非常高的科技含量，在過(guò)去、現(xiàn)在以及將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，螺栓都是制約中國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。在某種程度上，它還是外國(guó)“卡”我們脖子的一個(gè)工具呢！
高鐵大家都知道吧，在它的上面有很多螺栓就是進(jìn)口的。其實(shí)我們也想用自己的，但是試用之后卻發(fā)現(xiàn)，螺栓總是自動(dòng)松動(dòng)或者斷裂，有非常大的安全隱患。而使用進(jìn)口的螺栓，就可以很好地緊固。還有某些特殊的緊固螺絲，也需要進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)暫時(shí)還無(wú)法替代。這是基礎(chǔ)工業(yè)的差距，是需要時(shí)間驗(yàn)證和經(jīng)驗(yàn)積累的，也需要有足夠的試錯(cuò)成本和試錯(cuò)時(shí)間，不是短時(shí)間內(nèi)大躍進(jìn)就能發(fā)展起來(lái)的。
螺栓也是汽車(chē)上重要的零部件。一輛普通的家用車(chē)上面，有幾千個(gè)各式各樣的螺栓，用于連接各個(gè)零部件。這些螺栓的材料、直徑、形狀、牙型、強(qiáng)度、加工工藝等，都經(jīng)過(guò)精密的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并且有嚴(yán)格的緊固方法。如果螺栓的質(zhì)量不合格，或者沒(méi)有按照規(guī)定的方法進(jìn)行緊固，很有可能出現(xiàn)松脫、斷裂、密封不良等故障。
此外，汽車(chē)螺栓還要通過(guò)嚴(yán)苛的防銹、防腐蝕、疲勞沖擊實(shí)驗(yàn)等，以保證在汽車(chē)整個(gè)生命周期中不至于因?yàn)殇P蝕而發(fā)生斷裂、強(qiáng)度下降等。比如底盤(pán)上的各種螺栓，常年接觸水、灰塵的侵蝕，要有足夠的防銹、防腐蝕能力；排氣管上的各種螺栓，要能承受較高的溫度而不變形、銹蝕、強(qiáng)度下降等；發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種螺栓，要承受較大的交變沖擊載荷、溫度變化等，要有足夠的抗疲勞能力、合適的膨脹系數(shù)、可靠的自鎖等。
根據(jù)螺紋的形狀和數(shù)量，螺栓可以分成多種類(lèi)型。根據(jù)螺紋的繞行方向可分為左旋螺紋和右旋螺紋兩種，根據(jù)螺紋的數(shù)目可以分為單線螺紋、雙線螺紋及三線螺紋，根據(jù)螺紋的形狀分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋，根據(jù)螺距大小分為粗牙和細(xì)牙兩大類(lèi)。我們最常使用的螺栓，一般是單線、右旋、細(xì)牙、三角螺紋。它的優(yōu)點(diǎn)是自鎖性好，螺紋強(qiáng)度高。此外，根據(jù)螺栓的材質(zhì)，可以分為鋼質(zhì)、鋁質(zhì)、銅質(zhì)，其中的鋼質(zhì)螺栓是使用最廣泛的，銅質(zhì)螺栓一般用在電氣系統(tǒng)上，鋁質(zhì)螺栓一般用在鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)上。
在螺栓的頭部，通常都有4.8、8.8、10.9、12.9這樣的數(shù)字，它們表示什么意思呢？
這些數(shù)字表示的是螺栓的強(qiáng)度等級(jí)，數(shù)字越高，螺栓的強(qiáng)度越大，一般把強(qiáng)度8.8級(jí)及以上、材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼、并經(jīng)熱處理的螺栓稱(chēng)為高強(qiáng)度螺栓。標(biāo)號(hào)前面的數(shù)字表示螺栓的抗拉強(qiáng)度，后面的數(shù)字表示螺栓的屈強(qiáng)比。比如強(qiáng)度等級(jí)8.8的螺栓，其抗拉強(qiáng)度為800MPa，屈強(qiáng)比值為0.8，屈服強(qiáng)度為800×0.8=640MPa；強(qiáng)度等級(jí)10.9的螺栓，其抗拉強(qiáng)度達(dá)1000MPa，屈強(qiáng)比值為0.9，屈服強(qiáng)度為1000×0.9=900MPa。其它以此類(lèi)推。
接下來(lái)說(shuō)說(shuō)螺栓的緊固方法，是不是“在扳子上掛個(gè)火勺，狗都能干”。
大家看主機(jī)廠生產(chǎn)線上工人打螺絲，每一個(gè)工位都是用專(zhuān)用的扭力扳手；還有修理廠修車(chē)過(guò)程中，在緊固重要螺栓時(shí)，也使用扭力扳手。這種扳手設(shè)定了固定的力矩，超過(guò)規(guī)定的力矩就會(huì)卸載打滑，避免螺栓過(guò)度緊固。那么螺栓為什么要按扭矩扭緊呢，難道不是越緊越好嗎？
首先我們來(lái)看一下螺栓的自鎖原理。螺栓本質(zhì)上是一個(gè)彈性元件，變形遵循胡克定律，它的倔強(qiáng)系數(shù)與螺栓的彈性有關(guān)。當(dāng)螺栓緊固受力時(shí)，會(huì)發(fā)生軸向拉伸變形，產(chǎn)生彈力。這個(gè)力作用在內(nèi)外螺紋之間，產(chǎn)生巨大的摩擦力，可以防止螺紋之間相互滑動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自鎖。
從理論上來(lái)說(shuō)，所有的聯(lián)接螺栓都是可以實(shí)現(xiàn)自鎖，緊固后的螺栓在靜載荷作用下，是不會(huì)發(fā)生松脫現(xiàn)象的。但是，螺栓在交變載荷、連續(xù)沖擊和振動(dòng)載荷作用下，螺紋之間的摩擦力可能會(huì)瞬間消失，螺紋之間發(fā)生滑動(dòng)，導(dǎo)致自鎖失敗。所以，為使螺栓聯(lián)接可靠，必須采用防松動(dòng)裝置。一般采用增加摩擦力防松和機(jī)械方法防松兩類(lèi)，比如涂抹螺紋緊固膠、使用彈簧墊圈、雙螺母、開(kāi)口銷(xiāo)等。此外還有更先進(jìn)的自鎖螺栓，比如高鐵上使用的輪對(duì)螺栓等，號(hào)稱(chēng)“永不松動(dòng)的螺栓”。
螺栓自鎖的強(qiáng)度，取決于螺紋之間的壓力；螺紋之間的壓力，就取決于螺栓的擰緊力矩和螺栓的彈性模量。一般來(lái)說(shuō)，螺栓連接的擰緊力矩越大，螺紋之間的壓力越大，摩擦力越大，螺栓連接的自鎖能力越好。但是如果螺栓的緊固力矩過(guò)大，反而讓會(huì)導(dǎo)致螺栓連接自鎖失敗，這是為什么呢？
螺栓是一個(gè)彈性元件，在它的拉伸變形過(guò)程中，會(huì)發(fā)生彈性變形-塑性變形-斷裂這三個(gè)階段。其中彈性變形階段是螺栓自鎖的有效階段，這個(gè)階段螺紋之間的摩擦力隨著扭緊力矩的增大而增大，扭緊力矩越大自鎖效果越好。如果到了塑性變形階段，螺栓的彈性模量就會(huì)迅速下降，螺紋之間的摩擦力減小，自鎖就會(huì)失敗。如果繼續(xù)增加力矩，螺栓就會(huì)發(fā)生頸縮，然后斷裂。螺栓從彈性變形轉(zhuǎn)換到塑性變形的點(diǎn)稱(chēng)為“屈服點(diǎn)”，這個(gè)強(qiáng)度稱(chēng)為“屈服強(qiáng)度”，這是螺栓允許使用的最高強(qiáng)度。
所以，螺栓緊固時(shí)，一定不能超過(guò)規(guī)定的扭矩，并不是越緊越好。絕大多數(shù)的螺栓緊固力矩都是在彈性變形階段，這樣的螺栓松開(kāi)后會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的尺寸，可以繼續(xù)使用。個(gè)別螺栓會(huì)緊固到螺栓的屈服點(diǎn)，這樣的螺栓拆卸后已經(jīng)發(fā)生永久變形，彈性大大下降，只允許使用一次，不允許重復(fù)使用，比如個(gè)別車(chē)型的氣缸蓋螺栓、曲軸螺栓、連桿螺栓等。
關(guān)于這一點(diǎn)，我們最常見(jiàn)的錯(cuò)誤操作就是輪胎螺絲的緊固。我們?cè)诟鼡Q輪胎時(shí)，都怕輪胎螺絲松動(dòng)發(fā)生事故，所以就用最大的力氣緊固，或者使用風(fēng)炮緊固。其實(shí)這樣的操作，很容易損傷輪胎螺絲。如果輪胎螺絲緊固力矩過(guò)大，超過(guò)了輪胎螺絲的屈服點(diǎn)，導(dǎo)致輪胎螺絲發(fā)生永久性的塑性變形，螺栓的彈性大大減小，車(chē)輪反而緊不住了。還有就是，輪胎螺絲反復(fù)多次拆裝會(huì)導(dǎo)致螺栓發(fā)生金屬疲勞，彈性下降，車(chē)輪的緊固力也會(huì)減小。所以，輪胎螺絲我們一定要按規(guī)定的扭矩緊固，如果多次使用的螺栓，還是更換為好。
此外，如果一個(gè)零部件使用多個(gè)螺栓緊固時(shí)，這些螺栓的緊固順序與緊固力矩都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，螺栓要從中間向兩邊對(duì)稱(chēng)分步扭緊，而不是一次性緊固。這樣做的目的，是降低零部件內(nèi)部的應(yīng)力，防止零部件發(fā)生變形。如果不按標(biāo)準(zhǔn)緊固的話，零部件內(nèi)部各個(gè)部位產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大小不一，個(gè)部位變形不均勻，零部件很容易發(fā)生密封不良、早期損壞等故障。
還有就是，我們?cè)诎惭b螺絲前，一定要確認(rèn)螺栓與螺母的螺距、牙型、旋向等參數(shù)相符，如果螺紋有破損要修復(fù)或者更換；在安裝時(shí)要徹底清理螺栓孔內(nèi)的污泥、積碳、冷卻液或機(jī)油等雜物和液體 ，否則螺紋可能無(wú)法緊固到規(guī)定的位置；此外，所有的螺栓拆卸與安裝都要在冷態(tài)下進(jìn)行，如果是熱態(tài)拆裝，很容易發(fā)生零部件變形。
發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞的安裝，對(duì)扭緊力矩要求是非常嚴(yán)格的。這主要是因?yàn)?，火花塞深入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中，是火焰燃燒的起點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)正確與否，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒影響非常大。特別是對(duì)于一些缸內(nèi)直噴、分層燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，火焰中心的位置、燃油噴射的角度都經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算。如果火花塞安裝位置不正確，比如火花塞側(cè)電極擋住了燃油噴射，可能就無(wú)法實(shí)現(xiàn)分層燃燒了。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，火花塞安裝孔螺紋的起始位置是一樣的，只要按規(guī)定扭矩扭緊，各火花塞點(diǎn)火位置一樣，火焰中心位置相同，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，工作順暢。反之則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作。所以，更換火花塞時(shí)必須嚴(yán)格按規(guī)定的扭矩扭緊，不能憑經(jīng)驗(yàn)操作。
還有一件事，很多小伙伴感到很奇怪：前段時(shí)間，奔馳、大眾等車(chē)企多次發(fā)生由于螺絲緊固力矩不夠而召回的事件。很多人有疑問(wèn)：車(chē)企是如何知道這些螺栓緊固力矩不足的？
這主要是因?yàn)椋褐鳈C(jī)廠生產(chǎn)線上打螺絲的扳手，都是有記憶功能的，可以記憶每一輛車(chē)每一個(gè)螺栓的緊固力矩，并且隨時(shí)上傳到車(chē)企的數(shù)據(jù)中心。這個(gè)數(shù)據(jù)至少儲(chǔ)存15年，車(chē)企可以隨時(shí)檢查某一輛車(chē)某一個(gè)部位的緊固扭矩是否合格。如果汽車(chē)在銷(xiāo)售之后發(fā)生問(wèn)題，也可以隨時(shí)查詢(xún)問(wèn)題的根源。這就是車(chē)企知道螺栓緊固力矩不足的原因。
再多說(shuō)一句：主機(jī)廠生產(chǎn)線上的扳手，都不便宜喲，大多數(shù)是六位數(shù)以上，個(gè)別能達(dá)到七位數(shù)。并且這些扳手還要定期校驗(yàn)，定期報(bào)廢，是生產(chǎn)成本的一部分。所以說(shuō)，汽車(chē)制造是資金密集型企業(yè)，汽車(chē)價(jià)格昂貴也是有道理的。
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