Автомобильные винты: типы, применение и руководство по выбору

Что отличает автомобильные винты

Автомобильные винты — это разработанные крепежные детали, специально разработанные для того, чтобы выдерживать уникальные требования, предъявляемые к транспортным средствам, в том числе постоянная вибрация, колебания температуры от -40°F до 300°F, воздействие масел, топлива и дорожных солей. . В отличие от стандартных винтов из магазина скобяных изделий, автомобильные крепежи должны соответствовать строгим стандартам качества, таким как ISO 898-1 для метрических винтов или SAE J429 для дюймовых крепежей, гарантируя, что они сохраняют силу зажима и структурную целостность на протяжении всего срока службы транспортного средства, составляющего обычно 150 000 миль.

В автомобильной промышленности используется около От 3500 до 5000 отдельных креплений на автомобиль , начиная от крошечных винтов, удерживающих компоненты приборной панели, и заканчивая важными конструкционными болтами, крепящими системы подвески. Для этого разнообразия требуются разные материалы, покрытия, конструкции резьбы и конфигурации головок, оптимизированные для конкретных применений — от саморезов из нержавеющей стали для декоративных панелей до высокопрочных болтов класса 10,9 для компонентов шасси.

Распространенные типы автомобильных винтов и их применение

Саморезы

Саморезы создают собственную резьбу при вкручивании в материал, что устраняет необходимость в предварительно нарезанных отверстиях. Винты с накатывающей резьбой перемещают материал, не разрезая его, что идеально подходит для пластиковых компонентов, таких как дверные панели, приборные панели и внутренняя отделка. Резьбонарезные винты фактически удаляют материал и хорошо работают в изделиях из листового металла, таких как крепления крыльев и панели кузова. Винты типа AB с разнесенной резьбой обычно используются для пластика (2–4 нитки на дюйм), тогда как винты типа B с более тонкой резьбой подходят для металлов (8–15 ниток на дюйм). .

Машинные винты

Машинные винты ввинчиваются в предварительно нарезанные отверстия или гайки и широко распространены в моторном отсеке, узлах трансмиссии и тормозных системах. Распространенные типы головок включают цилиндрическую головку для общей сборки, плоскую головку (потайную) для монтажа заподлицо и шестигранную головку для применений с высоким крутящим моментом, требующих доступа к гаечному ключу или головке. Стандартные автомобильные крепежные винты варьируются от Метрические размеры от M4 до M12, наиболее часто используемые размеры — M6 и M8. .

Специализированные автомобильные винты

• Торкс и Торкс Плюс: Приводы с шестигранной звездой, обеспечивающие лучшую передачу крутящего момента и уменьшающие люфт, все чаще используются в современных автомобилях с крутящим моментом до 50% выше, чем у эквивалентов Phillips.
• Защитные винты: Имеют защищенные от несанкционированного доступа головки, такие как штифт Torx, или односторонние конструкции для компонентов, подверженных краже, таких как номерные знаки и фары в сборе.
• СЭМС винты: Предварительно собран с шайбами (стопорными или плоскими шайбами) для экономии времени сборки и обеспечения правильной установки, что часто встречается на линиях массового производства.
• Плечевые винты: Иметь гладкую плечевую часть между головкой и резьбой, используемую в качестве точек поворота в тягах дроссельной заслонки и механизмах регулировки сиденья.

Марки материалов и классификация прочности

Автомобильные винты изготавливаются из различных материалов, каждый из которых выбирается в соответствии с конкретными требованиями к производительности. Маркировка класса на головках винтов указывает прочность на разрыв и состав материала.

Для крепежа SAE (дюймового) система градаций различается: Класс 2 (низкоуглеродистая сталь, 60 000 фунтов на квадратный дюйм), класс 5 (среднеуглеродистая сталь, 120 000 фунтов на квадратный дюйм) и класс 8 (сталь из среднеуглеродистого сплава, 150 000 фунтов на квадратный дюйм). . Класс 5 предназначен для большинства общих автомобильных целей, а класс 8 предназначен для критически важных деталей с высокими нагрузками, таких как шатуны и болты маховика.

Защитные покрытия и обработка поверхности

Незащищенные стальные винты в автомобильной среде заржавеют в течение нескольких недель. Обработка поверхности продлевает срок службы и сохраняет внешний вид, добавляя только Толщина 5-20 микрон .

Цинкование

Наиболее распространенное автомобильное покрытие – цинкование (гальванизация) обеспечивает 96-720 часов устойчивости к солевому туману в зависимости от толщины. Прозрачный цинк обеспечивает базовую защиту внутренних компонентов, а покрытия из желтого или черного хромата цинка добавляют дополнительный конверсионный слой для повышения коррозионной стойкости. Однако традиционные покрытия из шестивалентного хромата постепенно выводятся из обращения из-за экологических норм и заменяются альтернативами из трехвалентного хромата.

Фосфатные покрытия

Фосфат цинка и фосфат марганца создают кристаллический поверхностный слой, который улучшает адгезию краски и обеспечивает умеренную коррозионную стойкость. Черный фосфат (на основе марганца) часто используется в винтах, которые будут окрашены в цвет кузова во время сборки автомобиля. Эти покрытия также уменьшают трение при установке и предотвращают истирание резьбы.

Усовершенствованные покрытия

• Геомет/Дакромет: Цинк-алюминиевые чешуйчатые покрытия, обеспечивающие стойкость к солевому туману в течение 1000 часов без проблем, связанных с водородным охрупчиванием, становятся все более популярными для крепежа шасси.
• Черный оксид: Обеспечивает минимальную защиту от коррозии, но превосходный внешний вид видимых креплений и предотвращает отражение света в оптических узлах.
• Химический никель: Используется для высокотемпературных применений, таких как выпускные коллекторы, выдерживает температуру до 750°F.
• Керамические покрытия: Применяется для высокопроизводительных приложений, требующих экстремальной термостойкости (1200°F) и химической стойкости.

Стандарты резьбы и характеристики шага

Конструкция резьбы напрямую влияет на силу зажима, виброустойчивость и скорость сборки. В современных автомобилях преимущественно используется метрическая резьба ISO, хотя американские производители по-прежнему используют некоторые резьбы SAE (унифицированные) для определенных компонентов.

Метрическая резьба обозначаются диаметром и шагом (M8 x 1,25 означает диаметр 8 мм с расстоянием между резьбами 1,25 мм). Резьба с крупным шагом (M8 x 1,25) обеспечивает более быструю установку и лучшую производительность при работе с более мягкими материалами, такими как алюминий, а резьба с мелким шагом (M8 x 1,0) обеспечивает более точную регулировку и большую площадь растягивающего напряжения, что делает их идеальными для тонкостенных профилей. В автомобильной промышленности для большинства применений стандартизированы определенные комбинации шагов: M6 x 1,0, M8 x 1,25, M10 x 1,5 и M12 x 1,75.

Длина зацепления резьбы имеет решающее значение для прочности суставов. Как правило, зацепление должно быть в 1,5 раза больше диаметра винта в стали, в 2,0 раза в алюминии и в 2,5 раза в пластике. Например, для винта M8 требуется зацепление резьбы в стали минимум на 12 мм, чтобы обеспечить полную прочность на растяжение. примерно 18 кН для класса 8,8 .

Критерии выбора для автомобильной промышленности

Требования к нагрузке

Рассчитайте фактические растягивающие и сдвиговые нагрузки, которые будет испытывать крепеж. При динамических нагрузках (вибрация, удары) применять коэффициент запаса 3-5. Для статических нагрузок на конструкцию типичен коэффициент 2-3. Помните, что характеристики крутящего момента создают 70–90 % расчетной нагрузки крепежа при усилии зажима. , оставляя минимальный резерв на внешние нагрузки в случае чрезмерного затягивания.

Условия окружающей среды

Оцените воздействие влаги, соли, экстремальных температур, химикатов и УФ-излучения. Компоненты днища кузова требуют высочайшей защиты от коррозии (Geomet или нержавеющая сталь), крепежные детали моторного отсека должны быть устойчивы к высоким температурам (класс 300°F), а внутренние винты могут иметь базовое цинкование. Опыт прибрежной техники Скорость коррозии в 5-10 раз выше чем наземные транспортные средства из-за воздействия соленого воздуха.

Совместимость материалов

Подберите материал винта к материалу подложки, чтобы предотвратить гальваническую коррозию. При контакте разнородных металлов в присутствии электролита (воды, соли) более анодный металл корродирует быстрее. Используйте винты из нержавеющей стали или стали с покрытием с алюминиевыми компонентами. Для пластиковых сборок учитывайте момент затяжки резьбы, соответствующий типу пластика: ABS снимается примерно при 0,8 Нм для винтов M5, а стеклонаполненный нейлон выдерживает 2,5 Нм. .

Рекомендации по сборке

1. Доступ к инструменту: для углублений могут потребоваться низкопрофильные головки или специальные приводы, например внутренний шестигранник (шестигранник).
2. Скорость установки: Саморезы исключают операции нарезания резьбы; Винты SEMS с невыпадающими шайбами уменьшают необходимость обращения с деталями.
3. Точность затяжки: для критических соединений требуются крепежные детали с пределом крутящего момента (TTY) или характеристики угла крутящего момента.
4. Удобство обслуживания: нужно ли снимать винт для технического обслуживания? Резьбовые фиксаторы и функции преобладающего крутящего момента препятствуют ослаблению, но усложняют разборку.

Характеристики крутящего момента и рекомендации по установке

Правильный момент затяжки необходим для правильной работы автомобильных винтов. Недостаточная затяжка позволяет разъединить соединение и ослабить крепеж; чрезмерная затяжка может привести к сорванию резьбы, поломке крепежа или повреждению материала. Примерно 85% поломок автомобильных креплений происходят из-за неправильного момента затяжки при установке. .

Значения крутящего момента зависят от размера винта, марки, шага резьбы, покрытия и трения. Для сухого винта M8 x 1,25 класса 8,8 обычно требуется 25 Нм, но тому же винту со смазкой может потребоваться всего 20 Нм для достижения эквивалентного усилия зажима. Всегда следуйте спецификациям производителя, которые учитывают эти переменные.

Методы фиксации резьбы

• Контргайки с нейлоновой вставкой (Nyloc): Пластиковая вставка создает трение; эффективен в течение 5–10 циклов установки, прежде чем потребуется замена
• Деформированные участки резьбы: Предварительно нанесенная смола на резьбу затвердевает во время установки, обеспечивая химическую фиксацию без использования отдельных компаундов.
• Жидкие фиксаторы резьбы: Анаэробные клеи, такие как Loctite 243 (средней прочности) для исправных соединений или 271 (высокой прочности) для несъемных узлов.
• Стопорные шайбы: Разъемные и зубчатые шайбы менее эффективны, чем считалось раньше; тестовые шоу минимальное улучшение виброустойчивости по сравнению с простыми шайбами

Последовательность установки

Для соединений с несколькими крепежными элементами, таких как головки цилиндров или крепления колес, следуйте звездообразному рисунку, начиная с центра и двигаясь наружу. Затягивайте поэтапно: первый проход с крутящим моментом 50 %, второй с крутящим моментом 75 %, последний с крутящим моментом 100 %. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки и предотвращает коробление сопрягаемых поверхностей. В некоторых ответственных крепежных изделиях используется метод крутящего момента: затягивайте до начального крутящего момента (плотное затягивание), затем поворачивайте на дополнительные градусы (обычно 90–180°), чтобы добиться точной нагрузки при зажиме.

Стандарты качества и требования соответствия

Производители автомобильных креплений должны соблюдать строгие стандарты качества, чтобы обеспечить безопасность и надежность. Система менеджмента качества ISO/TS 16949 (теперь IATF 16949) специально учитывает требования автомобильного производства, требуя 100% проверка размеров, сертификация материалов и отслеживаемость по номерам партий плавок. .

Протоколы испытаний включают испытание на растяжение (растяжение до разрушения), испытание на пробную нагрузку (нагрузка до 90 % предела текучести), испытание на твердость (по Роквеллу или Виккерсу) и испытание в солевом тумане (ASTM B117) на устойчивость к коррозии. Критически важные крепежные детали подвергаются статистической выборке со значениями Cpk 1,67 или выше, что означает менее 0,6 дефектов на миллион возможностей .

Поддельные застежки представляют собой серьезную проблему безопасности. На оригинальных автомобильных винтах имеется четко различимая маркировка головки с указанием производителя и класса. OEM-застежки часто имеют фирменную маркировку или цвета для идентификации. При поиске сменных винтов проверьте учетные данные поставщика и запросите сертификаты на материалы, чтобы гарантировать соответствие спецификациям.

Новые тенденции в технологии автомобильных креплений

Автомобильная промышленность продолжает внедрять инновационные технологии крепежа для достижения целей снижения веса, автоматизации сборки и устойчивого развития.

Легкие материалы: Титановые крепления уменьшают вес на 40% по сравнению со стальными, сохраняя при этом прочность, хотя стоимость остается непомерно высокой для автомобилей массового рынка. Алюминиевые винты с закаленной резьбой предназначены для некритических применений. Композитные и гибридные крепежные детали сочетают в себе типы материалов для достижения оптимального соотношения прочности и веса.

Умные крепления: Встроенные датчики контролируют натяжение болтов, температуру и вибрацию в режиме реального времени, передавая данные по беспроводной сети. Эта технология обеспечивает профилактическое обслуживание и немедленное обнаружение неисправностей в коммерческих автомобилях и высокопроизводительных приложениях. Текущая стоимость внедрения 50–200 долларов США за крепление, оснащенное датчиком. но может оказаться экономичным для критически важных соединений в масштабах производства.

Экологичные альтернативы: Производители разрабатывают резьбовые соединения на биологической основе из возобновляемых ресурсов и покрытия, не содержащие хрома, соответствующие нормам REACH. Некоторые компании изучают растворимые крепежные детали для упрощения переработки по окончании срока службы, используя полимеры, которые разрушаются при определенных условиях (тепло, химическое воздействие) во время разборки автомобиля.

Продвинутые методы соединения: Завинчивание методом поточного сверления (формовое сверление) исключает отдельные операции сверления отверстий, поскольку сам винт создает и нарезает отверстие за одну операцию, что сокращает время сборки за счет 30-40% для листового металла . Винты для сварки трением создают молекулярные связи за счет вращательного тепла, обеспечивая газонепроницаемые соединения без дополнительных герметиков.