单元二
螺纹连接预紧与防松

学习目标

1．能叙述螺纹连接预紧的目的。

2．能正确使用测力矩扳手和定力矩扳手。

3．能正确选用螺纹防松类型。

4．能举例说明汽车螺纹连接件防松措施。

内容概要

螺纹连接因其结构紧凑、装拆容易等优点，在汽车行业等得到广泛运用。但其预紧和松动问题一直是螺纹紧固件的最大难题。传统的螺纹连接在静载荷作用且温度变化不大的条件下，一般不需要另外引入防松方法阻止松脱发生。但是螺纹连接在受到较大振动、冲击作用或温度变化较大时，易发生松动、松脱，在安全和关键的应用中，这种故障可能是灾难性的，比如连杆螺栓、气缸盖螺母、车轮螺栓等。通过对螺纹连接预紧与防松的学习，能掌握汽车关键螺栓的拧紧与防松方法，为以后的检测与维修工作打下良好的基础。

知识准备

一、螺纹连接的预紧

引导问题：为什么螺纹连接需要预紧？如何确定螺纹连接的预紧力？在螺纹连接装配过程中，如何控制螺栓预紧力？

1．螺纹连接预紧目的

大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的在于增强螺纹连接的可靠性、紧密性，以防止受载后被连接件之间出现缝隙或发生相对滑移。经验证明，适当选用较大的预紧力，对螺纹连接的可靠性以及连接件的疲劳强度都是有效的，特别是对于像气缸盖、齿轮箱、轴承盖等紧密性要求较高的螺纹连接，预紧更为重要。对螺纹连接件进行装配拧紧时，若预紧力达不到规定要求就会造成零部件的松动，甚至使整机无法正常工作。如果预紧力过大就会引起人为的零部件损坏，如采用O形圈密封，如果预紧力过大就会挤坏O形圈，使密封失效。

2．测力矩扳手、定力矩扳手

对于普通连接，可由操作者凭经验控制预紧力的大小；对于较重要的普通螺栓连接，可采用测力矩扳手（图4-2-1）或定力矩扳手（图4-2-2），利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。

测力矩扳手的工作原理是根据扳手上弹性元件在拧紧力的作用下所产生的弹性变形来指示拧紧力矩的大小。为方便计量，可将指示刻度直接以力矩值标出。

二、螺纹连接防松

引导问题：螺纹连接一旦出现松脱，不仅会影响机器的正常运转，还可能造成严重事故。因此，为了防止连接松脱，可以采取哪些有效的防松措施呢？

1．螺纹连接防松类型与特点

在静载荷作用下，连接螺纹的升角较小，故能满足自锁条件。但在受冲击、振动或变载荷以及温度变化大时，连接有可能自动松脱，这就容易发生事故。防松目的是防止内、外螺纹间产生相对转动。按工作原理可分为三类：摩擦防松、机械防松、不可拆卸防松，具体见表4-2-1。

2．汽车螺纹连接防松措施

螺纹连接件的连接牢靠与否直接影响汽车的使用与安全，汽车设计时采用了相应锁紧防松措施，常用防松措施如表4-2-2所示。

三、气缸盖螺钉的拧紧

引导问题：汽车发动机大修中，在拧紧汽车气缸盖螺钉时需要注意哪些问题？

在安装气缸盖时，常见一些修理人员对气缸盖螺栓都是根据螺栓直径的粗细不同，凭经验估定扭矩大小，用扭力大扳手拧紧，有时安装中因扭矩过大将螺栓拧断，或者拧紧力矩不均匀以及未按照规定顺序松紧气缸盖螺栓造成气缸盖翘曲变形。因此，在拆装气缸盖螺栓过程中，应在常温下按照规范要求进行操作。

1．气缸盖螺栓拧紧顺序

拧紧气缸盖螺栓时，拧紧顺序如图4-2-3所示，按标示的顺序分两次从中间到两边，对称、对角地对气缸盖螺栓进行拧紧。

注意 安装气缸盖螺栓时，需对气缸盖螺栓进行润滑，即在气缸盖螺栓的螺纹与螺栓头处涂抹适量的润滑油。

2．气缸盖螺栓拧紧方法

气缸盖螺栓的拧紧方法有2种，即扭矩拧紧法和“扭矩+角度”拧紧法。装配拧紧的本质是通过螺栓的轴向预紧力将2个工件（如缸盖与缸体）可靠地连接在一起。因此，对轴向预紧力的准确控制是保证装配质量的基础。

扭矩拧紧法是通过控制拧紧扭矩间接地实施预紧力，由于受到摩擦系数等多种不确定因素的影响，导致对轴向预紧力控制精度低，且轴向预紧力小而分散，容易造成材料利用率低和可靠性差。

“扭矩+角度”拧紧法主要通过将螺栓拉长到超弹性极限，达到屈服点，以实现既充分利用材料强度，又完成了高精度拧紧控制的目的。

螺栓在两种拧紧方法中获得的扭矩相当，区别在于使用扭矩拧紧法时，螺栓产生的预紧力的分散度是正确的“扭矩+角度”拧紧法的2～3倍。因此，实践中建议采用“扭矩+角度”拧紧法。

如图4-2-4所示，气缸盖螺栓的拧紧一般采用扭矩法+角度法，具体操作步骤如下：

1）用规定的扭矩拧螺栓。

2）螺栓顶上标上油漆标记。

3）螺栓先拧紧到规定力矩，然后再加上90°或180°。

四、螺纹连接预紧不当后果及原因分析

引导问题：在螺纹连接装配中，如果螺纹紧固件拧得过紧或过松能正常使用吗？如果不能又会造成怎么的后果呢？

合适的预紧力是增强连接可靠性和紧密性的重要前提。不合适的预紧力会带来以下后果。

1．螺纹连接零件的静力破坏

若螺纹紧固件拧得过紧，即预紧力过大，就会引起人为的零部件损坏，螺栓可能被拧断，连接件被压碎、咬死、扭曲或断裂，也可能使螺纹牙型被剪断而脱扣。

2．被连接件滑移、分离或紧固件松脱

对于承受横向载荷的普通螺栓连接，预紧力使被连接件之间产生正压力，依靠摩擦力抵抗外载荷，因此预紧力的大小决定了它的承载能力。若预紧力不足，被连接件将出现滑移，从而导致被连接件错位、歪斜、折皱，螺栓有可能被剪断。对于受轴向载荷的螺栓连接，预紧力使接合面上产生压紧力，受外载荷作用后的剩余预紧力是接合面上工作时的压紧力。若预紧力不足将会导致接合面松动，甚至导致两被连接件分离的严重后果。同时，预紧力不足还将引起强烈的横向振动，致使螺母松脱等故障发生。

3．螺栓疲劳破坏

不合适的预紧力在大多数情况下会使螺栓因疲劳而失效。减小预紧力虽然能使螺栓上循环变化的总载荷的平均值减小，但却使载荷变幅增大，所以总的效果大多数是使螺栓疲劳寿命下降，引起疲劳破坏。

因此，在装配工艺中一定要确定预紧力的范围。根据被连接件的重要程度、受力情况、运动方式、结构特点、螺纹规格与等级、被连接件材料与连接的目的等方面综合考虑，确定科学合理的预紧力范围；在装配时严格遵守工艺规定的力矩要求。只有这样才能真正提高螺纹连接的可靠性以及连接件的抗疲劳强度。 t1XEgZxA1vjorY3dOuWW5mZ5VHwYtJ34umuYptqE01vRlDKrdAKiyNisRgXIaCi3