Виды автомобильного крепежа: Все, что вам нужно знать

Автомобильная инженерия - это мелкие детали и точность. Множество автомобильных деталей работают вместе, чтобы автомобиль хорошо работал, был безопасным и надежным. Автомобильным крепежам часто не уделяют должного внимания, но они все равно являются очень важными структурными компонентами.

Инженерам, производителям и всем остальным, кто связан с автомобильной промышленностью, важно знать о различных типах автомобильного крепежа, материалах и способах их применения. В процессе проектирования автомобилей большое внимание уделяется выбору правильного материала и крепежа для каждого конкретного случая.

Что такое автомобильный крепеж и почему он важен?

Автомобильный крепеж - это механические устройства, которые соединяют или закрепляют две или более мелких детали автомобиля. Их функция гораздо шире, чем просто соединение компонентов автомобиля; они имеют решающее значение для прочности конструкции, безопасности во время эксплуатации и долговечности автомобиля с течением времени. Каждое крепежное устройство выбирается исходя из конкретных условий, в которых оно будет эксплуатироваться, и его назначения, стремясь, по возможности, к простым решениям.

Автомобильные крепежи выполняют важнейшие функции в производстве автомобильных деталей, которые нельзя упускать из виду. Отказ одного крепежного элемента в определенных ситуациях может привести к таким неприятным явлениям, как дребезжащие звуки и несоосность компонентов, или к серьезным проблемам, которые могут привести к сбоям в работе системы, что ставит под угрозу безопасность автомобиля. Подвергаясь постоянным вибрациям, воздействию температур и коррозии, окружающая среда внутри автомобиля является невероятно напряженной. Именно поэтому различные крепежные элементы, такие как пластиковые и металлические, должны быть надежными и прочными, а также специально предназначенными для своих целей. При производстве и обслуживании автомобилей большое внимание уделяется конструкции и применению крепежных элементов. Непрерывные инновации в автомобильных технологиях, такие как облегчение веса и увеличение числа электромобилей, придают дополнительное значение материаловедению и разработке крепежа.

Распространенные типы автомобильного крепежа

Ассортимент крепежа, используемого в автомобильной промышленности, широк, поскольку каждый из них изготавливается для конкретной механической потребности, обслуживания, процессов сборки и условий эксплуатации. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных автомобильных крепежей.

Болты

Во всех областях применения в автомобилестроении болты являются одним из наиболее широко используемых и важных механических крепежных элементов. Болт в основном имеет головку на одном конце и хвостовик с наружной резьбой. Он предназначен для вставки через отверстия без резьбы в собранных деталях и обычно затягивается или отпускается путем затягивания сопряженной гайки или резьбового отверстия в одном из компонентов.

Многочисленные вариации, такие как:

• Болты с шестигранной головкой: самые распространенные, обеспечивают хороший крутящий момент.
• Каретные болты: с гладкой головкой и квадратной шейкой для предотвращения проворачивания.
• Фланцевые болты: имеют шайбу, встроенную в болт непосредственно под головкой болта для распределения нагрузки. Шестигранные фланцевые болты - популярный вариант.
• U-образные болты: выглядят как буква U, с резьбой на обоих концах, обычно используются для крепления труб или компонентов подвески.

Всевозможные болты имеют решающее значение для узлов двигателя, несущих конструкций, таких как рамы шасси, систем подвески, а также ступиц колес и подшипников полуосей.

Винты

Винты - это крепежные элементы, похожие на болты, с внешней резьбой, но обычно они предназначены для установки в отверстие с уже нарезанной резьбой или для вгрызания своей внутренней резьбы в более мягкий материал (саморезы) при вращении вниз. В отличие от болтов, винты, включая распространенные винты с шестигранной головкой и винты для машин, обычно затягиваются на вращающейся головке без непосредственного использования гайки на другой стороне узла. Автомобильные винты включают:

Винты широко используются для крепления внутренних панелей и электронных модулей автомобилей, а также обшивки кузова и приборных панелей. В качестве примера можно привести винт с головкой под ключ и винт с потайной головкой.

Орехи

Гайки, в том числе автомобильные, предназначены для крепления с внешней резьбой болта, поэтому они имеют внутреннюю резьбу. Они важны для формирования зажимных соединений, поскольку обеспечивают необходимое давление зажима при закручивании. Распространенная форма гаек - шестигранник, поскольку они предназначены для затягивания гаечным ключом. К распространенным типам относятся:

• Шестигранные гайки: стандартные общего назначения.
• Контргайки: контргайки с нейлоновыми вставками или контргайки с деформированной резьбой, специально разработанные для предотвращения ослабления при вибрации.
• Колпачковые гайки: также известные как желудевые гайки, используются для закрытия конца болта и для защиты с куполообразным верхом.
• Фланцевые гайки: с прикрепленной шайбой.
• Замковые гайки: с прорезью, чтобы можно было использовать шплинт для предотвращения ослабления.

Гайки широко распространены и используются вместе с болтами практически во всех системах автомобиля, образуя надежное соединение.

Заклепки

Заклепки - это тип крепежа, который выдерживает большие нагрузки. До установки заклепка представляет собой гладкий цилиндрический стержень с головкой на одном конце. После установки заклепки в отверстие хвостовая часть деформируется, образуя новую головку и надежно удерживая различные детали вместе. Автомобильные заклепки включают в себя:

• Сплошные заклепки: Они должны быть установлены с обеих сторон металлического листа.
• Слепые заклепки: Эти заклепки, известные также как "заклепки-выскочки", устанавливаются с одной стороны и обычно используются при изготовлении панелей кузова и обшивки.
• Трубчатые заклепки: Они имеют полые концы, что облегчает их зажимание.

Они считаются лучшими благодаря своей прочности, способности выдерживать вибрацию и соединять различные материалы. Заклепки часто используются в шасси автомобиля, в конструкции кузова, а также в шильдиках и других элементах отделки.

Шайбы

Шайба - это пластина в форме диска с центральным отверстием, которая обычно сопровождает болты, гайки или любой другой резьбовой соединительный инструмент. Их функция заключается в равномерном распределении нагрузки, создаваемой крепежным устройством, предотвращении повреждений соединяемых деталей за счет гладкой поверхности, а также в использовании при необходимости в качестве распорки, пружины или стопорного механизма. Они выполняют разные функции: простые шайбы распределяют вес, а пружинные шайбы придают гибкость для борьбы с потерями от вибрации. Кроме того, шайбы бывают разных форм и стилей, что свидетельствует об их универсальности. Благодаря своей универсальности, шайбы можно найти практически в каждом автомобиле в болтовых или винтовых соединениях.

Клипы

Зажимы представляют собой разнородный набор крепежных элементов, преимущественно из пластика или металла, предназначенных для фиксации деталей вместе или в заданном положении без использования резьбы. Поскольку резьба отсутствует, они используют либо пружинные свойства, либо функции, которые фиксируют детали, чтобы устранить межкомпонентное движение. Типы автомобильных зажимов включают:

• Зажимы для обшивки: используются для крепления внутренних и внешних обшивок.
• Зажимы для жгутов проводов: предназначены для фиксации электропроводки.
• Зажимы для шлангов: Зажимы, которые часто относят к этой категории.
• Зажимы для панелей: предназначены для деталей панелей кузова.

Они служат для деталей, которые часто требуют обслуживания или ремонта, поскольку их можно быстро разобрать и снова собрать вокруг автомобиля.

Зажимы

Зажимы - это инструменты, специально предназначенные для прочного удержания или фиксации предметов с целью ограничения их перемещения или разъединения путем приложения давления внутрь. В автомобильном контексте они важны для жидкостных и воздушных систем. Наиболее известны хомуты для шлангов, которые соединяют концы шлангов с фитингами в системах охлаждения, топливных системах и системах впуска воздуха. Среди других распространенных типов - хомуты с червячной передачей, хомуты с пружинной лентой и хомуты с ушком, которые различаются по способу натяжения, уплотнению и общей конструкции.

Булавки

Это штифты, представляющие собой крепежные элементы цилиндрической или конической формы, которые выполняют задачи по размещению, выравниванию или соединению. В некоторых случаях допускается вращение или поворот, в то время как в других случаях соединение может быть жестким и устойчивым к срезающим усилиям. В автомобильной промышленности к ним можно отнести:

• Штифты: для крепления двух деталей, например, половинок блока двигателя.
• Шплинты: шплинты, которые помещаются в отверстие под болт и фиксируются контргайкой для сохранения их вращательного движения.
• Шплинты: Используются вместе со шплинтом для фиксации шарнирных соединений в валах.
• Пружинные штифты: свернутые или намотанные штифты, которые устанавливаются в отверстие и прилагают наружное радиальное усилие.

Они играют важную роль в механизмах, трансмиссиях и креплении вращающихся компонентов.

Studs

Шпильки - это тип крепежа с наружной резьбой. Они имеют сходство с болтами, их также можно понимать как резьбовые стержни. Одна сторона шпильки предназначена для вставки в деталь для постоянного монтажа (например, ввинчивания в резьбовое отверстие, приваривания или запрессовки). При этом на другом конце остается резьба для крепления гайки. Хорошим примером могут служить колесные шпильки, которые запрессовываются в ступицу и используются для крепления колес с помощью гаек. Другим важным примером являются шпильки головки блока цилиндров двигателя, которые вкручиваются в блок двигателя и позволяют закрепить головку блока цилиндров гайками. В отличие от других видов крепежа, например болтов, шпильки более выгодны при многократной сборке и разборке благодаря минимальному износу резьбовых отверстий.

Пружины

Пружины, в частности, не воспринимаются как первичный крепеж, как болты или винты, однако они выполняют крепежную или удерживающую функцию, прикладывая постоянное усилие. Например, пружина клапана двигателя удерживает клапаны закрытыми, а пружины, используемые в других различных устройствах, поддерживают давление и фиксируют компоненты. Кроме того, витые и листовые рессоры играют важнейшую роль в системе подвески автомобиля. Они являются основой системы подвески, эффективно закрепляя ось в сборе с шасси автомобиля и одновременно обеспечивая движение.

Специальные крепежные изделия

Помимо распространенных типов, существуют специализированные виды крепежа, которые обычно создаются для конкретных автомобильных целей или для удовлетворения определенных производственных потребностей. К ним относятся:

• Быстросъемные крепления: для панелей, требующих частого снятия.
• Самозажимной крепеж: Гайки, шпильки, стойки PEM®, которые прочно сцепляются с деталями из листового металла.
• Кроме того, производители автомобилей разрабатывают индивидуальные конструкции, например, винты для формирования резьбы под конкретные материалы.
• Такие устройства обычно изобретаются для ускорения сборки, снижения общего веса или улучшения характеристик для специализированного использования.

Для быстрого ознакомления ниже приведена таблица, содержащая краткое описание типов крепежа, рассмотренных выше, которые классифицированы по их применению и преимуществам в автомобильной промышленности:

Распространенные материалы, используемые в автомобильном крепеже

Выбор материала для автомобильного крепежа играет огромную роль и зависит от нескольких факторов, таких как прочность, площадь поверхности, область применения, коррозионная стойкость, рабочая температура, вес, синергизм с другими используемыми материалами и общая стоимость, особенно в отношении деталей двигателя. Ниже приведены наиболее распространенные материалы, используемые в автомобильном крепеже:

Сталь

Сталь в ее легированных формах является наиболее распространенным материалом для автомобильного крепежа благодаря соотношению прочности и стоимости, а также универсальности в обработке и придании формы. Для защиты от ржавчины часто используются покрытия.

• Низкоуглеродистая сталь: Используется для менее важных целей, таких как винты, зажимы, болты и другие компоненты, не требующие прочности.
• Среднеуглеродистая сталь: Подвергается определенной термической обработке (закалке и отпуску) для повышения прочности на разрыв (например, SAE Grades 5 и 8 или ISO Classes 8.8, 10.9, 12.9). Эти крепежные детали выполняют основные конструктивные функции в двигателях, трансмиссиях, подвесках и шасси.
• Легированные стали: Такие компоненты, как хром, молибден и никель, добавляются для улучшения некоторых характеристик, таких как хромирование, повышение твердости и высокотемпературной прочности. Используются для высокопрочных болтов и шпилек в сложных условиях эксплуатации.

Стальные крепежные детали обычно покрывают (например, цинком, фосфатами или фирменными покрытиями) для повышения коррозионной стойкости.

Алюминий

Применение алюминиевого крепежа в автомобильной промышленности растет, особенно в таких областях, как кузовные панели и составные части двигателя, а также интерьеры, в связи с необходимостью снижения веса. Алюминий обеспечивает достаточную устойчивость к коррозии в различных средах, а также обладает благоприятным соотношением прочности и веса. При этих преимуществах алюминий испытывает трудности в конкуренции со сталью, поскольку обладает меньшей прочностью и большим коэффициентом теплового расширения. Особое внимание следует уделить конструкции диэлектрика, когда алюминиевые крепежные элементы используются с другими металлами, в частности со сталью, из-за гальванической коррозии.

Пластмассы

Различные виды инженерных пластмасс, включая нейлон, полипропилен и ацеталь, используются для изготовления различных пластиковых крепежных элементов, в частности, клипс, фиксаторов и легких вставных крепежных элементов, а также винтов. По сравнению с металлами, пластмассы очень легкие, не подвержены коррозии, электроизолирующие, хорошо демпфируют и могут быть сформированы в различных формах для легкой сборки с защелкиванием. Однако прочность пластмасс значительно ниже, чем у металлов, что ограничивает их применение для отделки и деталей интерьера при низких нагрузках.

Титан

Титановые сплавы являются исключительными материалами для крепежа, обеспечивая непревзойденное соотношение прочности и веса (прочнее нескольких сталей, но легче 40%) и непревзойденную устойчивость к коррозии даже при высоких температурах). Однако титан стоит значительно дороже стали или алюминия. Его применение в серийных автомобилях в основном ограничено высокопроизводительными, гоночными автомобилями или экстремальными ситуациями снижения веса, такими как выхлопные системы, детали подвески и компоненты клапанного механизма двигателя для некоторых экзотических автомобилей, где соображения стоимости имеют второстепенное значение.

Латунь

Латунь, сплав меди и цинка, используется для автомобильного крепежа в ограниченных случаях, когда требуется хорошая электропроводность, устойчивость к коррозии (особенно топливной и некоторых химических веществ) и немагнитные характеристики. Хотя он слабее стали, он имеет свое предназначение. Латунные винты, гайки и клеммы могут использоваться в электрических системах и в некоторых компонентах топливной системы. Ее яркий цвет может быть привлекательным для некоторых нефункциональных применений, но в современном автомобильном дизайне он встречается редко.

Советы по выбору идеального автомобильного крепежа

Выбор крепежа имеет решающее значение для обеспечения безопасности, надежности и долговечности автомобильного узла. При этом необходимо учитывать несколько факторов, включая коэффициент трения и требования к нагрузке.

Требования к нагрузке

Тип и величина нагрузок на крепеж - важнейшие факторы, на которые следует обратить внимание в первую очередь. К ним относятся растяжение (разрыв), сдвиг (скольжение), кручение (скручивание) и даже динамические нагрузки от ударов и вибрации. Кроме того, материал крепежа, его диаметр и степень зацепления резьбы должны обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать эти нагрузки, а также соответствующими коэффициентами безопасности.

Рабочая среда

На более быстрый выбор большое влияние оказывают условия эксплуатации. К ним относятся:

• Температура: Превышение температурных режимов (например, в выхлопных системах и компонентах двигателей) может ослабить прочность крепежа и привести к его ослаблению из-за перегрева и охлаждения. Для таких областей требуются материалы с необходимым уровнем термостойкости.
• Коррозия: Дорожная соль, химикаты и влажные условия подвергают крепеж коррозии. Необходимы коррозионно-стойкие материалы, такие как алюминий, нержавеющая сталь или даже пластик, а также защитное покрытие стальных крепежных элементов.
• Вибрация: Транспортные средства постоянно подвергаются вибрации, что приводит к медленному ослаблению крепежа. Необходимы специальные средства против ослабления, а также особая конструкция крепежа.

Материал соединяемых деталей и совместимость крепежа

При выборе крепежа не менее важны соединяемые компоненты.

• Гальваническая коррозия: При наличии влаги соединение различных металлов с помощью крепежа может привести к гальванической коррозии. Также рекомендуется, чтобы используемый крепеж был гальванически изолированным или совместимым.
• Прочность материала: До достижения необходимой зажимной нагрузки крепеж не должен быть ни слишком слабым, чтобы не выйти из строя, ни слишком сильным, чтобы не повредить более мягкие соединяемые материалы при затягивании.
• Тепловое расширение: Особое внимание следует уделять деталям, которые подвергаются большим перепадам температур из-за наличия различных коэффициентов расширения по отношению к крепежу и соединяемым деталям, особенно в температурных диапазонах со значительными колебаниями температуры.

Стоимость

Стоимость всегда будет составляющей массового производства, в то время как производительность и надежность остаются критически важными. Выбранный крепеж должен соответствовать всем инженерным ожиданиям, но при этом иметь лучшую стоимость. Обычно это баланс между стоимостью материала, сложностью изготовления крепежа и его сборки. Применение экзотических материалов или узкоспециализированных конструкций, как правило, возможно только в тех случаях, когда стандартные варианты недостаточны.

Как предотвратить ослабление автомобильного крепежа?

В автомобильной технике вибрация, термические циклы и другие динамические нагрузки являются одними из основных причин ослабления крепежа, что вызывает серьезную озабоченность из-за потенциальных затрат на ремонт. Вот несколько стратегий для предотвращения этого:

Применение блокирующих устройств

Могут быть предусмотрены различные механические блокировки:

• Стопорные гайки: Контргайки с нейлоновыми вставками и цельнометаллические гайки с преобладающим моментом затяжки (например, гайки с деформированной резьбой или гайки с эллиптическим смещением) противостоят вращению за счет трения, которое они создают на резьбе болта.
• Стопорные шайбы: Пружинные шайбы (спиральные или конические/беллевильные) создают нагрузку на соединение. Зубчатые стопорные шайбы (звездообразные шайбы) вставляются в крепеж и в поверхность соединения.
• Клеи для фиксации резьбы: Анаэробные клеи в жидкой форме наносятся на хонингованную резьбу. Они затвердевают в отсутствие воздуха, фиксируя резьбу и защищая ее от коррозии.
• Болты/гайки с зубчатым фланцем: зубцы вдавливаются в прилегающую поверхность, что препятствует ослаблению болтов.

Выбор материала и устойчивость к вибрациям

Собственная эластичность материалов крепежа и соединения может помочь сохранить предварительную нагрузку. Выбор материалов с соответствующей усталостной прочностью также не менее важен. Некоторые конструкции крепежа более устойчивы к вибрационному ослаблению, чем другие. Общая жесткость соединения, создаваемая крепежом и зажимаемыми компонентами, также является фактором.

Правильное приложение крутящего момента и динамометрические ключи

Для предотвращения ослабления основным методом является правильная предварительная нагрузка (усилие зажима), достигаемая при заданном моменте затяжки, который представляет собой приложенное вращательное усилие.

• Характеристики крутящего момента: Каждое соединение имеет определенное значение крутящего момента, установленное инженерами. Недостаточная затяжка приведет к ослаблению нагрузки на хомут, а чрезмерная - к повреждению резьбы или выходу крепежа из строя.
• Динамометрические ключи: Щелчковые, балочные и цифровые ключи - это калиброванные динамометрические инструменты, которые необходимо удерживать при механическом управлении во время сборки и обслуживания. Они настроены на приложение требуемого конкретного момента затяжки. Для критических соединений еще более высокую точность обеспечивает затяжка с угловым моментом.

Регулярный осмотр и техническое обслуживание

Для некоторых критически важных крепежных элементов, особенно в тяжелых автомобилях или автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками, регулярный осмотр и проверка крутящего момента (если это предусмотрено производителем) являются частью графика технического обслуживания. Визуальный осмотр позволяет выявить внешне заметные признаки коррозии или усталости, которые могут привести к ослаблению или поломке.

Нужен высокопроизводительный крепеж для автомобильных испытаний?

Для критических испытаний автомобилей требуются крепежные детали, разработанные для обеспечения исключительной производительности и непоколебимой надежности надежным производителем автомобильного крепежа. Для удовлетворения этих строгих требований необходим высококвалифицированный производственный партнер. TZR - ведущая компания по производству листового металла, специализирующаяся на решениях для металлических изделий, предлагающая комплексные услуги по проектированию, созданию прототипов и производству для автомобильного сектора и других отраслей.

Мы располагаем современным оборудованием для производства высокопроизводительных крепежных элементов, необходимых для проведения испытаний, в точном соответствии с вашими техническими требованиями. Использование опыта нашей команды инженеров в работе с такими важными материалами, как сталь, нержавеющая сталь, алюминий и медь, обеспечивает оптимальное функционирование и долговечность. Придерживаясь строгих стандартов качества и отвечая жестким требованиям наших клиентов, сертифицированных по ISO 9000, качество нашей продукции неизменно достигает уровня приемки 98%, что соответствует мировым стандартам и удовлетворяет разнообразные потребности клиентов в 30 с лишним странах. Загрузите свой проект сегодня и получите мгновенные расценки и бесплатный анализ DFM.

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Какие три типа автомобильного крепежа существуют?

Болты, винты и заклепки - три распространенных автомобильных крепежных элемента, используемых для сборки и крепления автомобильных деталей.

Сколько крепежных элементов есть в автомобиле?

В большинстве автомобилей содержится от 3 000 до 5 000 крепежных элементов, в зависимости от сложности транспортного средства.

Является ли автомобильный крепеж многоразовым?

Некоторые металлические крепежные элементы, например обычные болты и гайки, можно использовать повторно, если они не повреждены. Однако болты с крутящим моментом, стопорные гайки и многие пластиковые зажимы предназначены для одноразового использования и должны быть заменены для обеспечения безопасности и надежности.