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摘要：螺纹联接结构是汽车总装里面大量使用的基本结构，它的可靠性和汽车的总体质量息息相关，特别是底盘部分的螺纹联接结构，更是关系到汽车的安全性能。螺纹联接结构保证其可靠性的关键在于预紧力的选择及合理控制，还有有效的放松方法。
关键词：螺纹联接，预紧力，可靠性设计，统计过程控制
现今时代，汽车已经成为人们生活中必不可少的重要工具，国内汽车行业发展日新月异，竞争更是激烈，消费者越来越重视汽车的品质。螺纹联接技术作为汽车总装里面大量使用的基本结构，它的可靠性和汽车的总体质量息息相关，特别是底盘部分的螺纹联接结构，更是关系到汽车的安全性能[1]。
螺纹联接是用螺纹紧固件把两个或更多的被联接件夹紧在一起，以便抵抗各种外载荷，而被联接件不分离，不滑移，或者接合面不泄漏。为此，在施加外载荷之前，需拧紧螺纹紧固件，以夹紧被联接件。称拧紧螺纹紧固件为预紧，称该力为预紧力，所以螺纹联接技术的最核心的便是预紧力。
螺纹紧固件在装配拧紧时，使拧紧的螺纹组合件预先受到一个力的作用，这个力即为预紧力。预紧力的大小，直接影响联接的可靠性、紧密性、疲劳强度、防松性能和在承受载荷后被联接件间产生缝隙或发生相对滑移的可能性。但预紧力过大或过小都会引起螺纹联接不同形式的失效：
1、紧固件的失效：
（1）过大的预紧力：螺栓拉长甚至断裂或溃牙。
（2）过小的预紧力：螺栓在使用过程中松旷、脱落。
（3）螺栓的疲劳失效：大多数螺栓在使用时以疲劳的形式失效，较大的预紧力增加了螺栓的平均应力，因此可能使疲劳寿命缩短。
2、联接件的失效：
（1）压溃：过大的预紧力可能会使薄壁壳体如：法兰、缸盖等压溃，在承受工作载荷时导致连接体破裂；
（2）联接不可靠：过小的预紧力导致联接件联接不可靠，紧密性差联接件分离和产生滑移现象，严重的导致螺栓被剪断等[1]。
由此可见，我们需要的是正确的预紧力。预紧力过或过小都是无益的。在极大多数情况下，需要的是均匀的预紧力。一组螺纹联接紧固件，若预紧力有大有小，将会使这组螺栓受力各不相同，不能均匀地承受工作载荷，那么这一组联接件也可能会在较短时间内失效。
要保证得到正确的预紧力，我们便需要合理的控制方法。目前国内外对螺纹紧固件预紧力的控制方法主要有五种：扭矩控制法、扭矩•转角控制法、屈服点控制法、落座点•转角控制法（SPA）、螺栓伸长法[2、3]。扭矩控制法受摩擦系数的影响很大，其精度也不高；扭矩•转角法的精度基本不受摩擦系数的影响，但是对于刚度较小的紧固件，其工具精度反映在预紧力的散差上也较大，因此，该法较适合于刚度比较大的联接场合；屈服点控制法是在扭矩•转角法基础上发展起来的一种方法，它主要是通过监测扭矩•转角曲线斜率的变化来将紧固件控制在屈服点附近，精度相对扭矩．转角法较高，但是对于屈服极限和抗拉极限相差不大的螺纹紧固件来说，它的可靠性不高，从而也制约了它的使用范围；落座点．转角控制法同样是在扭矩．转角法基础上最近提出了，现在已经在日本进行实际应用；螺栓伸长法是利用螺栓的伸长量与预紧力成正比的关系而提出的一种预紧力控制方法，现已在日本的生产中得到了应用。由于后面四种方法均需要专用的拧紧设备进行作业，其生产成本较高，在国内，除了非常重要的联接场合用到后面四种方法之外，应用最广的依然是扭矩法。
扭矩法控制预紧力的关键是对扭矩参数进行控制。对于扭矩参数的设定，我司是按照行业推荐标准QC/T 518-2007给定的螺栓型号、预紧力、螺纹摩擦系数进行计算验证[4]。
目前，行业推荐标准也在不断的更新，最新已更新至2013版，随着版本的更新，考虑到的影响因素也越来越多越来越细，比如摩擦系数的取值已经从查表变到了通过实验得到，受到条件制约，我司暂无法实现。
除了预紧力，防松也是螺纹联接可靠性的关键之一。
螺纹联接松动原因是在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般不会自动松脱。但在冲击、振动、变载荷作用或高温、温度变化较大下，联接中预紧力和摩擦力逐渐减小，都会导致联接失效。对具体的螺纹联接而言，引起螺纹联接件松动的原因很多，但归纳起来主要有以下三个方面原因：（1）螺纹联接件的初始变形；（2）轴向载荷的作用；（3）受横向载荷作用。
防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松和破坏螺旋副运动关系防松等[5]。
摩擦防松
螺纹副中存在着不随联接载荷而变的压力，因而始终有摩擦力矩防止相对转动。压力可由螺纹副纵向或横向压紧而产生。常用方法有采用对顶螺母，弹簧垫圈，一般自锁螺母等。
机械防松
（1）开口销与六角开槽螺母
六角开槽螺母拧紧后，将开口销穿入螺栓尾部小空和螺母的槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧。
（2）止动垫圈
螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。若两螺栓需要双联锁紧，可采用双联止动垫圈，使两螺母相互制动。
（3）串联钢丝
用低碳钢丝穿入各螺钉头部孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动。
除了以上内容之外，还有很多其他影响螺纹联接可靠性的因素，比如拧紧工具选型管理和生产现场扭矩的监控管理办法，这些将关系到扭矩产品的一致性和稳定性，联接技术还有太多东西等着我们去学习。
参考文献：
[1]马显军．螺纹紧固件安装质量与拧紧力矩的分析研究[J]．航天标准化，1998，06：3-7．
[2]初泰安．嫘栓拧紧方法及预紧力控制[J]上海：化工设备与管道，2005（3）：8-10．
[3]冯德富．汽车装配的螺栓拧紧[J]．北京：现代零部件，2009（12）．
[4]国家发展和改革委员会．QC/T 518-2007汽车用螺纹紧固件紧固扭矩[S]．北京：中国标准出版社，2007．11．
[5]侯亚萍，螺纹联接的防松方法[J]．机械工程师，2010，07：18—19．
论文作者:尹航
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/27
标签：螺纹论文; 扭矩论文; 螺栓论文; 载荷论文; 螺母论文; 紧固件论文; 转角论文; 《电力设备》2017年第19期论文;