汽车螺栓拧紧基础知识

4、根据公式计算目标扭矩：Tf = K Ff d
被联接件所需夹紧力 确定扭矩目标值
预紧力Ff 螺纹选型
屈服预紧力Ff
附一：标准件屈服与极限紧固轴力值
螺纹 直径
M6 M8
M10
M12
M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27
性能等级 8.8 （屈服轴力 / 极限轴力）——理论
屈服紧固轴力
1）8 8
第一个数：表示公称抗拉强度的 1/100 （即最大抗张应力 N/mm2) 100×8 = 800 N/mm2
第二个数：表示公称屈服强度与公称抗拉 强度比值的关系（即屈强比） 0.8 = 80%
两数相乘得出其屈服强度 ： 800* 0.8 = 640 N/mm2
2）BUFO：表示生产商
3） M：表示公制螺纹
为技术人员制定拧紧力矩标准和 工具选型提供了参考
主要内容
螺纹副基本知识
T
汽车常用螺纹副类型
螺纹强度（等级及标记）
螺纹拧紧原理及控制
螺纹拧紧原理 拧紧力矩控制方法
拧紧力矩的管理基础
拧紧工具的选择 拧紧检具及检测方法 拧紧力矩的影响因素
螺纹松弛分类、原因及防松措施
附：案例分析
一.螺纹副基本知识 1.汽车常用螺纹副类型 2.螺纹强度（等级及标记）
（如硼、锰、铬）
淬火并回火 或合金钢淬火并回火 合金钢淬火并回火
化学成分 %
C
P
S
min max max
max
0.2
—
0.05 0.06
0.55
0.15
0.25 0.25
0.4 0.55
0.035
0.035
0.2 0.55 0.035 0.035
0.2 0.28 0.5 0.035 0.035
回火温
2019 293700 2170 317400 2210 367200 2380 396800
螺纹 直径
M6 M8
M10
M12
M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27
性能等级 10.9 （屈服轴力 / 极限轴力）——理论
拧紧力矩的组成：
1）支承面摩擦力矩TW 2）螺纹副摩擦力矩TS
支承面摩擦 轴力 力矩TW
T = Ts + Tw 注：轴向力所产生的力矩为零。
轴力
螺纹副摩 擦力矩TS
④ 拧紧力矩和紧固轴力的关系 紧固轴力Ff （预紧力）的计算：
弹性区域内
T = K Ff d Ff = T / K d
紧 固 Fmax
2 56025316 5704694H 05.7.25 05.8.4 长沙 右后轮螺栓全断
3 56025087 5704612H 05.7.21 05.8.1 黄石 左后轮螺栓全断
4 56025664 5804751H 05.7.27 05.8.5 南阳 左后轮螺栓断4只
5 56025669 5804763H 05.7.27 05.8.5 南阳 左后轮螺栓断2只
螺纹主要参数
螺纹有效直径:
米制螺纹
内螺纹 外螺纹
② 螺纹拧紧
拧紧是用螺栓、螺母把零件连接起来，不能松动。 为了不让其松动，必须在螺栓上施加一个叫“轴向力”的适当拉力（拧紧力）。 实际作业中，因为直接测量轴向力困难，所以螺栓、螺母拧紧时，用“扭矩”代替。
③ 螺纹紧固件中的受力情况
拧紧作用 — 部件连接夹紧力
B
度℃
max
min
0.003 —
0.003 425
0.003 425 0.003 380
等级性能：
机械物理性能
3.6
4.6
4.8
5.6
5.8
6.8
8.8 8.8
d≤16 d＞16
9.8
10.9 12.9
公称抗拉wk.baidu.com度 N/mm2 300
400
500
600
800
900 1000 1200
公称 180 240 320 300 400 480 640 640 720 900 1080 屈服点 N/mm2 屈服强度
前言
市场曾数次发生轮胎螺栓断裂事件， 其主要原因由于装配时拧紧力矩不合格。
◎ 2019年商务车轮胎螺栓断裂 ◎ 2019年4月1045轮胎螺栓断裂（重卡装） ◎ 2019年8月1045轮胎螺栓断裂（小卡装）
◎ 2019年前桥烧轴承（预紧力过大，回转角度过小，轴承松紧度不合理）
目的
理论上了解螺纹拧紧的基本知识， 便于在实际装配作业时有意识的 控制，提升拧紧力矩质量
min 190 240 340 300 420 480 640 660 720 940 1100
伸长率 %
min
25
22
—
20
—
—
12
12
10
9
8
HRB （max)
95
99.5
——
HRC （max)
——
32
34
37
39
44
洛氏硬度HR
HRB （min)
52
67
71
79
82
89
——
HRB （min)
——
561 122800 632 138200 617 153600 695 172800
796 156800 884 174000 875 196000 972 217600
1080 193900 1190 213100 1180 242400 1310 266400
1370 225900 1490 245700 1500 282400 1640 307200
有
适用
控
制
注：后轮轮胎螺栓扭矩标准要求为：287-346N.m
内螺母 工具的拧紧力矩规格：100-300N.m 工艺标准：287-346N.m 装配时：打不紧。 ■ 打不紧——产生剪切、切断螺栓。
外螺母 工具的拧紧力矩规格300-1370N.m 工艺标准287-346N.m 装配时：打过紧。 ■ 打过紧——拉伤螺栓。
极限紧固轴力
粗牙螺纹
细牙螺纹
粗牙螺纹
细牙螺纹
扭矩 （Nm）
轴力（N）
扭矩 （Nm）
轴力（N）
扭矩 （Nm）
轴力（N）
扭矩 （Nm）
轴力（N）
19.6 12860 —— —— 21.5 16080 —— ——
47.6 23420
51
25080 51.3 29280 56.1 31360
105 41280
拧紧基础知识培训
案例：1045KR1厢式车后轮螺栓断裂轮胎飞出分析报告
概要
8月4-5日两天，连续接到技术服务部及物流公司反馈信息：
HFC1045KR1厢式车在送车途中出现后轮轮胎螺栓断裂，导致后 轮飞出的重大问题,累积共有 5 台。
序号 底盘号 后桥号
装车 日期
故障 故障 时间 地点
状态
1 56025504 5704330H 05.7.26 05.8.4 长沙 左后轮螺栓全断
115 51600
94.3 37120
103.7 46400
99.5 39160
109 48960
180 58940
198 73680
164 53950
180 67440
172 56380
189 70480
261 73600 284 80000 287 92000 312 100000
408 100400 434 106800 448 125600 477 133600
螺栓连接件的特性
抗
拉
强
度
极限抗拉强度
屈服强度
屈服点
失效
60%
50%
弹性区
塑性区
力矩取值？
应变
薄螺母？
【 关键工序：±7-10%； 一般工序：± 15%； 特殊部位：± 3-5% 】 开槽螺母
紧固扭矩目标值确定
1、确定被联接件的夹紧力
得出预紧力Ff
2、预紧力Ff
螺纹选型（50-60%屈服预紧力）
3、通过试验，测其表面及螺纹副状况下 K值
轴
力
Kmin
Ff
Fmin
塑性区 Kmax 弹性区
紧固力矩T
其中，K：扭矩系数，与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。
⑤ 影响预紧力（夹紧力）的因素
在采用同一扭矩紧固时： Ⅰ、摩擦系数上升，K值变大，则预紧力Ff不足 Ⅱ、摩擦系数下降，K值变小，则预紧力Ff增大，可导致螺纹连接破坏失效。
一.螺纹副基本知识 1.汽车常用螺纹副类型 2.螺纹强度（等级及标记）
1-2 螺纹强度（等级及标记）
国产螺纹的性能等级一般有：
3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9。
注：进口标准件（日/韩）
螺栓 螺母
4T 5T 6T 4T
7T
8T
6T
9T 8T
螺纹标记的含义：
现状调查
1）零部件质量调查
t
抵
触
M16×1.5-6h
点
1 5.08 不合格
实物检测 t
2
3
4
5.12 5.1 5.04
不合格 不合格 不合格
螺纹 5 （配合）
4.938 M16×1.5
不合格 不合格
备注
碰钢 圈
2）作业工具调查
INT(杯形螺母)
OUT(外螺母)
小 名称 风动扳手
卡
SW-19P
厂 规格 100-300N.m
※ 螺纹连接的可靠性主要取决于螺栓的轴向夹紧力， 夹紧力通常只能通过控制拧紧扭矩或转角来实现。
轴向预紧力的确定
1）轴向预紧力下限值： 由连接结构的功能决定，此值必须保证被联接件在工作 过程中始终可靠贴合；
2）轴向预紧力上限值： 由螺栓（螺母）和被连接件的强度决定，此值必须保证 螺栓及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏。 （如：螺栓拉长、拧断、脱扣、被联接件压陷/破裂等）
现状
工具过小
风动扳手
未 EI-3800 控 制 300-1370N.m
现状
有 工具过大 控
制
重 名称 卡 规格
定扭扳手 300N.m
可调、适用 OK
定扭扳手 300N.m
有 可调、适用 控
制
总 名称 装
规格
风动扳手 EI-2000P
150-580N.m
适用
风动扳手
未 控
EI-2000P
制 150-580N.m
PO = σ S ×AS
其中：σS — 螺纹紧 固件的屈服强度， N/mm2
A S — 螺纹部 分有效面积， mm2
附表：螺纹有效面积AS
螺纹直径
M6 M8
粗牙螺纹
螺距
面积
1
20.1
1.25
36.6
M10
1.5
58
M12
1.75
84.3
M14
2
115
M16
2
157
M18
2.5
192
M20
2.5
245
摩擦力
坏的螺纹 普通
润滑后的螺栓
紧固轴力
螺纹的摩擦性能主要取决于：螺栓材质、制造精度、表面处理、实际装配工艺条件等。
⑥ 紧固件拧紧的实质
控制螺纹紧固轴力（预紧力），保证被连接件所需的夹紧力。
夹紧力需适中： 1）过小夹不紧，被连接件容易松动； 2）过大夹过紧，被连接件容易损伤，同时， 也容易造成螺纹件的损坏。
22
23
28
32
39
等级性能：
日/韩标准
种类 抗拉强度 Kgf/mm
硬度
4T
≥40
HRB 70~97
7T
≥70
HRC 20~28
对应中国标准
种类
抗拉强度 Kgf/mm
硬度
4.6
HRB 67~95
≥40
4.8
HRB 71~95
无
9T
≥90
HRC 28~34
9.8
≥90
HRC 28~37
螺栓强度计算：
M22
2.5
303
M24
3
353
M27
3
459
细牙螺纹
螺距
面积
——
——
1
39.2
1
64.5
1.25
61.2
1.25
92.1
1.5
88.1
1.5
125
1.5
167
1.5
216
1.5
272
1.5
333
2
384
2
496
二.螺纹拧紧原理及控制 1.螺纹拧紧原理 2.拧紧力矩控制方法
2-1 螺纹拧紧原理
① 螺纹原理 ② 螺纹拧紧 ③ 螺纹紧固件中的受力情况 ④ 拧紧力矩和紧固轴力的关系 ⑤ 影响预紧力因素 ⑥ 紧固件拧紧的实质
1-1 汽车常用螺纹副类型
螺纹连接是机械零部件之间结合的最常用方式之一
— 与铆接、焊接等结合方式相比，具有装配与维修的 方便性，也是标准化程度最高的机械零件。
汽车常用螺纹紧固件主要包括：
螺栓、螺柱、螺钉、螺母、螺钉、螺塞、 弹簧垫圈、平垫圈、锯齿垫圈 扩口式管接件、卡套式管接头体、锥形管接头体等。
① 螺纹原理
外螺纹
内螺纹
螺距
以倾斜角β的线，围绕圆柱或圆锥运动时，圆柱或圆锥上就形成了螺旋线。 沿着螺旋线产生的沟漕和突起物就是螺纹。 圆柱的外侧螺纹叫外螺纹。 圆柱的内侧螺纹叫内螺纹。 螺纹是内、外一组同时使用的。
螺纹主要参数
螺距P: 相连两个螺纹顶尖的距离。 导距L: 螺纹旋转一周时，螺纹上一点沿轴线方向前进的距离。 注: 一条螺旋线产生的螺纹叫单头螺纹，螺距与导距相等。 两条或两条以上的等间隔的螺旋线产生的螺纹叫多头螺纹。 导距 = n×螺距
T 我们施加扭矩T
F
F
F
F
我们将得到夹紧力F
螺纹紧固件受力分析：
张力（轴力）F
夹紧力
剪切力
剪切力
张力（轴力）F
支承面摩擦力Fw 螺纹副摩擦力Fs
这必须避免!
张力
剪切力
剪切力 张力
所施加的扭矩和夹紧力之间的关系：10%
当对螺母施加力时，将产生力矩：T = F × r
其中：Ta = F × 2r = 2Tb
抗拉强度 / 屈服：
抗拉应力： 100×8=800 N/mm2
应力 N/mm²
抗拉强度 80 %
屈服应力： 800×0.8=640 N/mm2
屈服 弹性区
失效
拉伸度
材料标准：
性能 等级 3.6 4.8 5.8 6.8 8.8
10.9
12.9
材料和热处理
碳钢
低碳合金钢（如硼、锰、铬） 淬火并回火
或中碳钢淬火并回火 中碳钢淬火并回火 或低、中碳合金钢