「设计开发专栏」汽车紧固件连接的结构要素设计

紧固件通常的紧固方式有：螺栓、螺钉、双头螺柱与螺母、螺纹孔配合，自攻螺钉与预制孔配合。

紧固件的结构和配合孔的结构设计，直接影响连接接头的装配和紧固质量。

国际标准组织ISO和国家标准GB，对紧固件结构要素和紧固件安装孔的结构要素制定了标准。

本文，螺丝君主要聊聊汽车紧固件开发中常用标准结构的适用情况和结构要素设计需要特别注意的问题。

随着汽车正向设计的开展，对结构要素细节的掌握决定了设计水平的高低。

01

外螺纹零件的末端

外螺纹零件的末端，参考GB/T 2

外螺纹零件的末端，分为紧固件公称以内末端和紧固件公称以外的末端，一共有12种型式的结构。

在汽车紧固件开发中，用的最多的是平端（FL型）, 截锥导向端（PC型）和刮削端(SC型) 。

a. 平端（FL型）占紧固件库中外螺纹零件的绝大部分,它的不完整螺纹的长度u￡2p,这就是螺栓、螺钉或螺柱和螺母配合时，一定要高出螺母至少两个牙的原因。和螺纹盲孔配合时，啮合长度的计算要考虑至少两个牙的无效长度。

b. 刮削端(SC型)用于易受焊接溅渣和油漆残余影响的螺母或孔，以便排屑刮漆。实践中，排屑刮漆的效果不好，应该用其它遮蔽的方法防治焊渣或残漆。和内螺纹啮合时，要避开段不能计入啮合长度。因为刀口锋利，使用位置要考虑安全遮蔽，不能外露以免刮伤人或者损害货物。这个结构多用于座椅安装。

c. 截锥导向端（PC型）用在需要被加紧件厚度大、螺栓长，或者盲装等需要导向的场合，比如底盘的副车架、摆臂或钢板连接到车身，发动机悬架到车架等连接点。

02

收尾、肩距、退刀槽和倒角

普通螺纹收尾、肩距、退刀槽和倒角，参考标准GB/T 2

a. 外螺纹收尾的主要影响要考虑x值范围内是无效螺纹，和螺母或者螺纹盲孔算配合时，被连接件的厚度要考虑X值，以免造成假扭矩。

b. 肩距和退刀槽的存在要求被加紧件厚度t不能太薄，一定要大于a和,如果被加紧件不能增加厚度，应该使用垫片加厚，或者增大内螺纹端口倒角深度避让。下图是制动挡泥板的紧固连接示意图，挡泥板的厚度t小于螺栓的肩距a,螺纹孔的倒角不能更改，加装垫片解决挡泥板不能被加紧而产生松动异响的问题。

c. 内螺纹收尾和肩距在算啮合长度是应该特别注意，以免和外螺纹干涉造成假扭矩。

d. 内螺纹入口端面的倒角一般为,也可以采用倒角。端面倒角直径为:（1.05-1）D，D为螺纹公称直径。

03

通孔与沉孔尺寸

a. 螺栓和螺钉通孔参照GB/T5227，下表是汽车紧固件设计常用的通孔尺寸，涉及通孔尺寸时，一定要和标准中数据靠近。太大的尺寸会减少螺栓法兰和被连接件的接触面积，在同样的扭矩和轴向力下，容易造成被连接面压溃，使紧固连接失效，这种例子在实践中常有发生。太小的尺寸会使多层被连接件的孔无法对齐，互相干涉，螺栓无法穿过，强行穿过会在造成假扭矩。

b. 标准对边宽度六角头螺栓螺母常用沉孔按下表的规定，参照GB/T 152.4。

c. 圆柱头螺钉常用沉孔按下表的规定,参照GB/T 152.3

d. 如标准孔径无法满足需求，需要校核螺栓极限状态时的单边接触量，要求单边至少2mm以上。沉头/半沉头螺栓和沉孔配合使用，沉孔尺寸要和标准孔径保持一致。

e. 多层钣金结构除应校核接触面的钣金开孔外，钣金强度较弱的位置还应考虑当中钣金的开孔尺寸，钣金强度不足会造成较大扭矩衰减。

04

普通螺纹的长度

普通螺纹的内、外螺纹余留长度、钻孔余留深度、螺栓突出螺母的末端长度，参照JB/ZQ4247

设计过程中一定要结合前文所述的螺纹零件的末端，收尾、肩距、退刀槽和倒角等结构要素，严格按照表格中的数据设计细节，否则极容易产生假扭矩，造成拧紧质量问题。

05

螺栓、螺钉的深度

螺栓、螺钉的拧入深度、攻螺纹深度和钻孔深度

这个数据没有国家标准，下表是推荐值。在实践中，最好按VDI2230的啮合长度公式和啮合长度曲线进行校核。

从表中可以看出去掉倒角，对于钢和青铜,啮合长度为1倍公称直径d, 对于铸铁,啮合长度为1.5倍公称直径d, 对于铝,啮合长度为2倍公称直径d。

因为铝的剪贴强度t变化范围比较大，在发动机悬置紧固连接等重要接头，常使用啮合长度为2.5倍公称直径d。

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来源：GAF螺丝君