前幾天同學聚會,一個女生說了一個讓她感到“劫後餘生”的故事:有一次她開車回農村老家,在半路上輪胎紮了,然後找了一個路邊店修補了一下,接着上路了。在行駛了一段時間後,感覺汽車有點不對勁,方向總是向一側跑偏,并且車輪還有異響。她于是把車停在路邊下車查看。這一看,讓她倒吸一口涼氣:剛才修補的那個車輪,輪胎螺絲全都松了,輪胎幾乎要掉下來了!這如果繼續跑下去,這個輪胎非“賣燒餅”不可,到時候說不定出多大的事呢,車毀人亡都有可能。想到這真有一種“劫後餘生”的感覺。
後怕也沒有用,當務之急是把車修好。原車的輪胎螺絲都壞了,無法緊固了,于是她就從其它三個輪胎上各拆下來一個螺絲,安裝在這個故障車輪上,好歹汽車可以繼續行駛了。然後趕緊往回走,找到了一個較大的修理廠,把輪胎螺絲全都換了,這才算是靜心了。在這件事發生之後,她每次出行,第一件事就是看汽車的輪胎螺絲是否緊固、安全。
說者無意,聽者有心。我在旁邊聽到這件事,出于職業的敏感,立刻想到了輪胎螺絲這個讓很多人都忽略了的小東西。其實汽車的輪胎螺絲是十分重要的,隻是由于它不需要特殊的保養,平時如果不是更換輪胎就用不到它,所以很多人都會把它忽略了,甚至有很多人從來沒有拆卸過輪胎螺絲。我們看網絡上的事故視頻或者圖片,有時候就會出現高速行駛的汽車車輪飛出的事故,這主要就是由于輪胎螺絲斷裂或者松脫導緻的。那麼汽車的輪胎螺絲究竟有什麼用呢?它是如何安裝的?它的緊固與自鎖原理是什麼?在使用中有哪些注意事項?今天我們就來說說輪胎螺絲相關的話題。
首先我們來看看什麼是輪胎螺絲,它都有哪些作用。輪胎螺絲是指安裝在輪毂上、聯接車輪、刹車盤(制動鼓)以及輪毂的螺絲。它的作用是将車輪、刹車盤(制動鼓)以及輪毂可靠的聯接在一起。大家知道,汽車重量最終都是由車輪承擔的,那麼車輪與車身之間的聯接就是通過這幾個螺絲實現的。所以,這些輪胎螺絲在事實上承擔着全車的重量,并且還要把變速箱輸出的扭矩傳遞到車輪上,它在工作中同時受到拉力和剪切力的雙重作用。
輪胎螺絲的結構非常的簡單,就是由螺杆、螺母以及墊圈組成的。根據螺杆結構的不同,還可以分為單頭螺栓和雙頭螺栓,現在的汽車絕大多數都是單頭螺栓,雙頭螺栓一般應用在中小型卡車上。單頭螺栓安裝方式有兩種,一種是輪毂螺栓 螺母,螺栓以過盈配合固定安裝在輪毂上,然後由螺母固定車輪,一般日韓系車應用較多,絕大多數的卡車也采用這樣的方式。這種方式優點是車輪比較容易定位,拆裝車輪比較容易,安全性較高,缺點是輪胎螺絲更換比較麻煩,有些需要拆卸輪毂;另一種是車輪固定螺栓,在輪毂上直接加工出螺紋,輪胎螺絲直接擰在輪毂上,一般在歐美系小型轎車上應用較多。這種方式的優點是輪胎螺絲拆裝、更換比較容易,缺點是安全性稍差,如果反複多次拆裝輪胎螺絲,會損壞輪毂上的螺紋,那樣就必須更換輪毂了。
汽車輪胎螺絲一般都是用高強度鋼制作的,在輪胎螺絲的頭部打印有螺絲的強度等級,有8.8、10.9、12.9幾種,數值越大強度越高。這裡的8.8、10.9、12.9是指螺栓的性能等級标号,由兩部分數字組成,分别表示螺栓材料的公稱抗拉強度值和屈強比值,一般用"X.Y"表示,比如4.8、8.8、10.9、12.9等等。性能等級8.8的螺栓抗拉強度為800MPa,屈強比值為0.8,屈服強度為800×0.8=640MPa;性能等級10.9的螺栓抗拉強度達1000MPa,屈強比值為0.9,屈服強度為1000×0.9=900MPa。其它以此類推。一般把強度8.8級及以上、螺栓材質為低碳合金鋼或中碳鋼、并經熱處理稱為高強度螺栓。汽車的輪胎螺絲都是高強度螺栓,不同的車型、不同的載重量,匹配的螺栓強度也不同,以10.9最為常見,8.8的一般匹配在較低端的車型上,12.9一般匹配在重型載貨車上。
大家仔細觀察,會發現汽車上的輪胎螺絲有安裝四個、五個、六個甚至更多,為什麼會有這樣的區别呢?是不是輪胎螺絲越多越安全呢?
其實輪胎螺絲的安裝數量與汽車的載重以及輪胎螺絲的強度有關。一般在小型轎車上,重量比較輕,用四個輪胎螺絲就足夠了;在中大型轎車以及SUV上,車重較大,一般至少需要五個輪胎螺絲;而在更重的車型上,會安裝更多的輪胎螺絲,有些卡車上甚至有十二個輪胎螺絲,并且螺栓的直徑也很大,強度非常高,能夠适應更高的載貨量。不過我們也不要以輪胎螺絲數量論英雄,汽車的輪胎螺絲強度、數量等都是經過精密計算的,會考慮汽車最惡劣的工況,所以都有非常大的安全餘量,在一般情況下是不會發生斷裂、松脫等現象,幾乎是絕對安全的。所以不論輪胎螺絲是幾個,都是可以保證行車安全的,并不是數量越多越好,比如有些車型使用四個10.9強度的輪胎螺絲,另一款車型使用五個同直徑的8.8強度的輪胎螺絲,如果以總強度計算,四個輪胎螺絲反而更高。
下面我們來說說輪胎螺絲的緊固與自鎖原理。
汽車輪胎螺絲一般使用細牙的三角螺紋,螺栓直徑在14~20mm之間,螺紋牙距為1~2mm。這種三角螺紋在理論上是可以自行鎖止的:輪胎螺絲以規定的扭矩扭緊後,螺母與螺栓的螺紋互相貼合,它們之間巨大的摩擦力可以讓二者保持靜止不動,即自鎖。與此同時,螺栓發生彈性變形,将車輪、刹車盤(制動鼓)緊緊的固定在輪毂上。采用細牙螺距,可以增大螺紋之間的摩擦面積,防松動作用更好。現在的汽車上越來越多的采用細牙螺紋,就是它的防松作用更好。
但是汽車在行駛中,車輪受到的是交變載荷,輪胎螺絲也會受到連續的沖擊與振動。在這種情況下,在某一個瞬間,輪胎螺栓與螺母之間的摩擦力消失,輪胎螺絲就有松動的可能;此外,汽車在加速與制動時,由于車輪旋轉方向與輪胎螺絲的緊固方向相反,會産生一個“松脫力矩”,進而導緻輪胎螺絲松動。因此輪胎螺絲必須有可靠的自鎖防松裝置。現在的汽車輪胎螺絲,絕大多數采用摩擦式自鎖防松裝置,比如加裝彈性墊圈、車輪與螺母之間加工成配套的錐面或球面、使用球面彈簧墊圈等。它們可以補償輪胎螺絲在受到沖擊與振動瞬間造成的間隙,也就防止了輪胎螺絲的松動。
還有一些車型,采用了“裡反外正”式的輪胎螺絲,即左側車輪輪胎螺絲采用左旋螺紋,右側車輪輪胎螺絲采用右旋螺紋,這樣螺紋的緊固方向與車輪旋轉方向保持一緻,就減弱甚至消除了“松脫力矩”,避免了輪胎螺絲的自動松脫。這種左旋輪胎螺絲,一般在螺絲的頭部上标有大寫的 英文字母“L”,或者在螺母中央位置切削出一道溝槽,以便于右旋螺栓區别開來。這種左旋螺紋的輪胎螺絲在早期的東風、解放等汽車上應用廣泛,現在仍然有一些中、輕型卡車、輕型客車、小型越野車等采用這樣的設計。
但是為什麼重載卡車以及小型汽車現在都不采用這樣的設計了呢?這主要是因為,重載卡車一般使用雙胎并裝、單螺母固定的方式安裝輪胎,輪胎螺母采用了球面彈簧墊圈,可以防止螺母的自行松動;而在小型汽車上,由于它加速與制動都比較快,所以不論是加速還是制動都會産生松脫力矩,使用左旋輪胎螺絲意義不大。所以,這兩種車型不再使用左旋螺紋輪胎螺絲,有利于減少零部件的數量,便于拆裝維修。
那麼我們在拆裝輪胎螺絲時需要注意什麼呢?在拆卸時要注意對角均勻松開,讓扳手與輪胎螺絲垂直,避免輪胎螺絲受到彎矩,進而造成螺絲折斷。在安裝時要注意對角安裝、對角分次均勻緊固,不要一次性擰緊,更不要把螺絲都安裝在車輪的一邊,這樣才能使螺絲受力均勻,避免輪圈變形。在落下千斤頂、車輪着地後,用扭矩扳手把輪胎螺絲緊固到規定的力矩,一般在15~20公斤力之間,如果太松了螺絲容易松脫,太緊了會把輪圈緊變形,甚至導緻螺絲拉伸斷裂。如果沒有扭矩扳手,一般的成年男子隻要雙手握住輪胎扳手的一端,用盡全力扭緊,這個力就足夠了。
此外,在緊固輪胎螺絲時盡量不要使用風炮緊固,這種風炮一般扭矩過大,會導緻輪胎螺絲拉伸,甚至拉伸到了輪胎螺絲的屈服點,導緻輪胎螺絲發生不可逆轉的塑性變形,這樣的輪胎螺絲就再也緊不住了,必須更換。還有就是輪胎螺絲不要反複多次拆裝,每一次拆裝都是對螺紋的一次傷害,螺栓與螺母之間的摩擦力就會越來越小,螺栓的自鎖作用減弱甚至消失,輪胎螺絲也就緊不住了,一般拆裝十次以上的輪胎螺絲就建議更換了。還有就是輪胎螺絲上千萬不要塗抹黃油,這樣雖然以後拆卸時輕松了,但是黃油會減小螺紋之間的摩擦力,減小螺絲的自鎖作用,緻使螺絲松動的可能性增大。
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