扳手拧螺丝钉运用了什么原理(“修车打螺丝”很容易吗？关于“打螺丝”的知识，你了解多少？)

Posted 2023-05-27

篇首语：少年辛苦终身事，莫向光阴惰寸功。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了扳手拧螺丝钉运用了什么原理(“修车打螺丝”很容易吗？关于“打螺丝”的知识，你了解多少？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

扳手拧螺丝钉运用了什么原理(“修车打螺丝”很容易吗？关于“打螺丝”的知识，你了解多少？)

前几天我和一个司机吵起来了，因为他说“你们修理工就是打螺丝的，简单得很，在扳子上挂个火勺，狗都能干”。当时把我气坏了，和他大吵了一架，狠狠地教育了他一顿。

事后想想，应该有很多人有这样的误解，觉得修车打螺丝是一个非常容易的事，拿着电动扳手“突突突”地拆下螺丝，拆下损坏的零部件，装上新零件，再“突突突”的打上螺丝，就完活了，这钱赚得太轻松。

其实修车哪有那么容易，我们不说判断故障有多难，在车下摸爬滚打有多苦，单单就说这个很多人眼中非常简单的“打螺丝”，就有非常大的学问，不是谁都能干的，没有三五年的维修经验，螺丝是打不好的。

就以我自己为例，刚入行时，不知道打断了多少螺丝，弄坏了多少螺孔，给师傅找了多少麻烦；现在我也是一个“资深修理工”了，螺丝瞄一眼，就知道螺丝的直径是多少、螺距多大、强度等级是什么、用什么样的工具来紧固，紧固力矩也能猜个差不多，即使没有扭力扳手，手上紧固的力道也和标准扭矩差不了多少。这都是多年积累下来的经验，是书本上没有告诉你的。

下面老侯就以自己掌握的理论知识和经验积累，来给大家普及一下“打螺丝”的相关知识。

首先给大家普及一下螺栓的相关知识。螺栓是机械行业中应用最多的零部件，是非常重要的机械零件，螺栓连接是最常用的机械零件连接方式。大家不要小看这个小小的螺丝钉，它有着非常高的科技含量，在过去、现在以及将来相当长的一段时间内，螺栓都是制约中国机械工业发展的一个重要因素。在某种程度上，它还是外国“卡”我们脖子的一个工具呢！

高铁大家都知道吧，在它的上面有很多螺栓就是进口的。其实我们也想用自己的，但是试用之后却发现，螺栓总是自动松动或者断裂，有非常大的安全隐患。而使用进口的螺栓，就可以很好地紧固。还有某些特殊的紧固螺丝，也需要进口，国产暂时还无法替代。这是基础工业的差距，是需要时间验证和经验积累的，也需要有足够的试错成本和试错时间，不是短时间内大跃进就能发展起来的。

螺栓也是汽车上重要的零部件。一辆普通的家用车上面，有几千个各式各样的螺栓，用于连接各个零部件。这些螺栓的材料、直径、形状、牙型、强度、加工工艺等，都经过精密的设计与计算，并且有严格的紧固方法。如果螺栓的质量不合格，或者没有按照规定的方法进行紧固，很有可能出现松脱、断裂、密封不良等故障。

此外，汽车螺栓还要通过严苛的防锈、防腐蚀、疲劳冲击实验等，以保证在汽车整个生命周期中不至于因为锈蚀而发生断裂、强度下降等。比如底盘上的各种螺栓，常年接触水、灰尘的侵蚀，要有足够的防锈、防腐蚀能力；排气管上的各种螺栓，要能承受较高的温度而不变形、锈蚀、强度下降等；发动机上的各种螺栓，要承受较大的交变冲击载荷、温度变化等，要有足够的抗疲劳能力、合适的膨胀系数、可靠的自锁等。

根据螺纹的形状和数量，螺栓可以分成多种类型。根据螺纹的绕行方向可分为左旋螺纹和右旋螺纹两种，根据螺纹的数目可以分为单线螺纹、双线螺纹及三线螺纹，根据螺纹的形状分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹，根据螺距大小分为粗牙和细牙两大类。我们最常使用的螺栓，一般是单线、右旋、细牙、三角螺纹。它的优点是自锁性好，螺纹强度高。此外，根据螺栓的材质，可以分为钢质、铝质、铜质，其中的钢质螺栓是使用最广泛的，铜质螺栓一般用在电气系统上，铝质螺栓一般用在铝合金发动机上。

在螺栓的头部，通常都有4.8、8.8、10.9、12.9这样的数字，它们表示什么意思呢？

这些数字表示的是螺栓的强度等级，数字越高，螺栓的强度越大，一般把强度8.8级及以上、材质为低碳合金钢或中碳钢、并经热处理的螺栓称为高强度螺栓。标号前面的数字表示螺栓的抗拉强度，后面的数字表示螺栓的屈强比。比如强度等级8.8的螺栓，其抗拉强度为800MPa，屈强比值为0.8，屈服强度为800×0.8=640MPa；强度等级10.9的螺栓，其抗拉强度达1000MPa，屈强比值为0.9，屈服强度为1000×0.9=900MPa。其它以此类推。

接下来说说螺栓的紧固方法，是不是“在扳子上挂个火勺，狗都能干”。

大家看主机厂生产线上工人打螺丝，每一个工位都是用专用的扭力扳手；还有修理厂修车过程中，在紧固重要螺栓时，也使用扭力扳手。这种扳手设定了固定的力矩，超过规定的力矩就会卸载打滑，避免螺栓过度紧固。那么螺栓为什么要按扭矩扭紧呢，难道不是越紧越好吗？

首先我们来看一下螺栓的自锁原理。螺栓本质上是一个弹性元件，变形遵循胡克定律，它的倔强系数与螺栓的弹性有关。当螺栓紧固受力时，会发生轴向拉伸变形，产生弹力。这个力作用在内外螺纹之间，产生巨大的摩擦力，可以防止螺纹之间相互滑动，进而实现自锁。

从理论上来说，所有的联接螺栓都是可以实现自锁，紧固后的螺栓在静载荷作用下，是不会发生松脱现象的。但是，螺栓在交变载荷、连续冲击和振动载荷作用下，螺纹之间的摩擦力可能会瞬间消失，螺纹之间发生滑动，导致自锁失败。所以，为使螺栓联接可靠，必须采用防松动装置。一般采用增加摩擦力防松和机械方法防松两类，比如涂抹螺纹紧固胶、使用弹簧垫圈、双螺母、开口销等。此外还有更先进的自锁螺栓，比如高铁上使用的轮对螺栓等，号称“永不松动的螺栓”。

螺栓自锁的强度，取决于螺纹之间的压力；螺纹之间的压力，就取决于螺栓的拧紧力矩和螺栓的弹性模量。一般来说，螺栓连接的拧紧力矩越大，螺纹之间的压力越大，摩擦力越大，螺栓连接的自锁能力越好。但是如果螺栓的紧固力矩过大，反而让会导致螺栓连接自锁失败，这是为什么呢？

螺栓是一个弹性元件，在它的拉伸变形过程中，会发生弹性变形-塑性变形-断裂这三个阶段。其中弹性变形阶段是螺栓自锁的有效阶段，这个阶段螺纹之间的摩擦力随着扭紧力矩的增大而增大，扭紧力矩越大自锁效果越好。如果到了塑性变形阶段，螺栓的弹性模量就会迅速下降，螺纹之间的摩擦力减小，自锁就会失败。如果继续增加力矩，螺栓就会发生颈缩，然后断裂。螺栓从弹性变形转换到塑性变形的点称为“屈服点”，这个强度称为“屈服强度”，这是螺栓允许使用的最高强度。

所以，螺栓紧固时，一定不能超过规定的扭矩，并不是越紧越好。绝大多数的螺栓紧固力矩都是在弹性变形阶段，这样的螺栓松开后会恢复到原来的尺寸，可以继续使用。个别螺栓会紧固到螺栓的屈服点，这样的螺栓拆卸后已经发生永久变形，弹性大大下降，只允许使用一次，不允许重复使用，比如个别车型的气缸盖螺栓、曲轴螺栓、连杆螺栓等。

关于这一点，我们最常见的错误操作就是轮胎螺丝的紧固。我们在更换轮胎时，都怕轮胎螺丝松动发生事故，所以就用最大的力气紧固，或者使用风炮紧固。其实这样的操作，很容易损伤轮胎螺丝。如果轮胎螺丝紧固力矩过大，超过了轮胎螺丝的屈服点，导致轮胎螺丝发生永久性的塑性变形，螺栓的弹性大大减小，车轮反而紧不住了。还有就是，轮胎螺丝反复多次拆装会导致螺栓发生金属疲劳，弹性下降，车轮的紧固力也会减小。所以，轮胎螺丝我们一定要按规定的扭矩紧固，如果多次使用的螺栓，还是更换为好。

此外，如果一个零部件使用多个螺栓紧固时，这些螺栓的紧固顺序与紧固力矩都有严格的标准。一般来说，螺栓要从中间向两边对称分步扭紧，而不是一次性紧固。这样做的目的，是降低零部件内部的应力，防止零部件发生变形。如果不按标准紧固的话，零部件内部各个部位产生的内应力大小不一，个部位变形不均匀，零部件很容易发生密封不良、早期损坏等故障。

还有就是，我们在安装螺丝前，一定要确认螺栓与螺母的螺距、牙型、旋向等参数相符，如果螺纹有破损要修复或者更换；在安装时要彻底清理螺栓孔内的污泥、积碳、冷却液或机油等杂物和液体，否则螺纹可能无法紧固到规定的位置；此外，所有的螺栓拆卸与安装都要在冷态下进行，如果是热态拆装，很容易发生零部件变形。

发动机火花塞的安装，对扭紧力矩要求是非常严格的。这主要是因为，火花塞深入到发动机燃烧室中，是火焰燃烧的起点。这个点正确与否，对发动机的燃烧影响非常大。特别是对于一些缸内直喷、分层燃烧的发动机来说，火焰中心的位置、燃油喷射的角度都经过精密的计算。如果火花塞安装位置不正确，比如火花塞侧电极挡住了燃油喷射，可能就无法实现分层燃烧了。这样的发动机，火花塞安装孔螺纹的起始位置是一样的，只要按规定扭矩扭紧，各火花塞点火位置一样，火焰中心位置相同，发动机运行稳定，工作顺畅。反之则会导致发动机无法正常工作。所以，更换火花塞时必须严格按规定的扭矩扭紧，不能凭经验操作。

还有一件事，很多小伙伴感到很奇怪：前段时间，奔驰、大众等车企多次发生由于螺丝紧固力矩不够而召回的事件。很多人有疑问：车企是如何知道这些螺栓紧固力矩不足的？

这主要是因为：主机厂生产线上打螺丝的扳手，都是有记忆功能的，可以记忆每一辆车每一个螺栓的紧固力矩，并且随时上传到车企的数据中心。这个数据至少储存15年，车企可以随时检查某一辆车某一个部位的紧固扭矩是否合格。如果汽车在销售之后发生问题，也可以随时查询问题的根源。这就是车企知道螺栓紧固力矩不足的原因。

再多说一句：主机厂生产线上的扳手，都不便宜哟，大多数是六位数以上，个别能达到七位数。并且这些扳手还要定期校验，定期报废，是生产成本的一部分。所以说，汽车制造是资金密集型企业，汽车价格昂贵也是有道理的。