สกรูสำหรับยานยนต์: ประเภท การใช้งาน และคู่มือการเลือก

อะไรทำให้สกรูยานยนต์แตกต่าง

สกรูรถยนต์ เป็นตัวยึดที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาโดยเฉพาะเพื่อให้ทนทานต่อความต้องการเฉพาะของสภาพแวดล้อมของยานพาหนะ ได้แก่ การสั่นสะเทือนคงที่ ความผันผวนของอุณหภูมิตั้งแต่ -40°F ถึง 300°F และการสัมผัสน้ำมัน เชื้อเพลิง และเกลือบนถนน . ตัวยึดระดับยานยนต์จะต้องตรงตามมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวด ต่างจากสกรูร้านฮาร์ดแวร์มาตรฐาน เช่น ISO 898-1 สำหรับสกรูเมตริกหรือ SAE J429 สำหรับตัวยึดแบบนิ้ว เพื่อให้มั่นใจว่าสกรูจะรักษาแรงจับยึดและความสมบูรณ์ของโครงสร้างตลอดอายุการใช้งานของยานพาหนะโดยทั่วไปที่ 150,000 ไมล์

อุตสาหกรรมยานยนต์ใช้ประมาณ ตัวยึดแต่ละตัว 3,500 ถึง 5,000 ตัวต่อคัน ตั้งแต่สกรูตัวเล็กๆ ที่ยึดส่วนประกอบแผงหน้าปัด ไปจนถึงสลักเกลียวโครงสร้างสำคัญที่ยึดระบบกันสะเทือน ความหลากหลายนี้ต้องใช้วัสดุ การเคลือบ การออกแบบเกลียว และการกำหนดค่าส่วนหัวที่แตกต่างกันซึ่งปรับให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะ ตั้งแต่สกรูเกลียวปล่อยสแตนเลสสำหรับแผงปิดไปจนถึงสลักเกลียวแรงดึงสูงเกรด 10.9 สำหรับส่วนประกอบแชสซี

ประเภททั่วไปของสกรูยานยนต์และการใช้งาน

สกรูเกลียวปล่อย

สกรูเกลียวปล่อยจะสร้างเกลียวของตัวเองขณะขันเข้ากับวัสดุ ช่วยลดความจำเป็นในการเจาะรูล่วงหน้า สกรูขึ้นรูปเกลียวจะเคลื่อนวัสดุโดยไม่ต้องตัด เหมาะสำหรับชิ้นส่วนพลาสติก เช่น แผงประตู แผงหน้าปัด และอุปกรณ์ตกแต่งภายใน สกรูตัดเกลียวช่วยขจัดวัสดุและทำงานได้ดีในการใช้งานกับโลหะแผ่น เช่น บังโคลนและแผงตัวถัง สกรูประเภท AB ที่มีเกลียวเว้นระยะมักใช้กับพลาสติก (2-4 เกลียวต่อนิ้ว) ในขณะที่สกรูประเภท B ที่มีเกลียวละเอียดกว่าจะเหมาะกับการใช้งานกับโลหะ (8-15 เกลียวต่อนิ้ว) .

สกรูเครื่อง

สกรูเกลียวเครื่องจักรเข้าไปในรูหรือน็อตที่เกลียวไว้ล่วงหน้า และพบได้ทั่วไปในห้องเครื่องยนต์ ชุดเกียร์ และระบบเบรก รูปแบบหัวทั่วไป ได้แก่ หัวกระทะสำหรับการประกอบทั่วไป หัวแบน (เคาเตอร์ซิงค์) สำหรับข้อกำหนดการติดตั้งแบบฝัง และหัวหกเหลี่ยมสำหรับการใช้งานที่มีแรงบิดสูงซึ่งต้องใช้ประแจหรือซ็อกเก็ต สกรูเครื่องจักรมาตรฐานสำหรับยานยนต์มีตั้งแต่ M4 ถึง M12 ในขนาดเมตริก โดย M6 และ M8 เป็นขนาดที่ใช้บ่อยที่สุด .

สกรูยานยนต์เฉพาะทาง

• ทอร์กซ์ และ ทอร์กซ์ พลัส: สตาร์ไดรฟ์หกจุดที่ให้การถ่ายโอนแรงบิดที่ดีขึ้นและลดแคมเอาต์ มีการใช้มากขึ้นในยานพาหนะสมัยใหม่ที่มีข้อกำหนดแรงบิดสูงกว่าแรงบิดที่เทียบเท่ากับฟิลลิปส์ถึง 50%
• สกรูรักษาความปลอดภัย: มีหัวที่ป้องกันการงัดแงะ เช่น สลักใน Torx หรือการออกแบบทางเดียวสำหรับส่วนประกอบที่เสี่ยงต่อการถูกขโมย เช่น ป้ายทะเบียนและชุดไฟหน้า
• สกรู SEMS: ประกอบไว้ล่วงหน้าด้วยแหวนรอง (แหวนล็อคหรือแหวนรองแบบแบน) เพื่อประหยัดเวลาในการประกอบและรับประกันการติดตั้งที่เหมาะสม ซึ่งพบได้ทั่วไปในสายการผลิตจำนวนมาก
• สกรูไหล่: มีส่วนไหล่เรียบระหว่างส่วนหัวและเกลียว ใช้เป็นจุดหมุนในข้อต่อปีกผีเสื้อและกลไกการปรับเบาะนั่ง

เกรดวัสดุและการจำแนกประเภทความแข็งแรง

สกรูสำหรับยานยนต์ผลิตจากวัสดุหลากหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิดเลือกใช้ตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเฉพาะ เครื่องหมายเกรดบนหัวสกรูบ่งบอกถึงความต้านทานแรงดึงและองค์ประกอบของวัสดุ

สำหรับตัวยึด SAE (นิ้ว) ระบบการให้เกรดจะแตกต่างกัน: เกรด 2 (เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ 60,000 psi) เกรด 5 (เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง 120,000 psi) และเกรด 8 (เหล็กโลหะผสมคาร์บอนปานกลาง 150,000 psi) . เกรด 5 ใช้กับยานยนต์ทั่วไปส่วนใหญ่ ในขณะที่เกรด 8 สงวนไว้สำหรับการใช้งานที่มีความเค้นสูงที่สำคัญ เช่น ก้านสูบและโบลท์มู่เล่

การเคลือบป้องกันและการรักษาพื้นผิว

สกรูเหล็กที่ไม่มีการป้องกันจะเกิดสนิมภายในไม่กี่สัปดาห์ในสภาพแวดล้อมของยานยนต์ การรักษาพื้นผิวช่วยยืดอายุการใช้งานและรักษารูปลักษณ์ในขณะที่เพิ่มเท่านั้น ความหนา 5-20 ไมครอน .

ชุบสังกะสี

สารเคลือบรถยนต์ที่พบมากที่สุด ได้แก่ การชุบสังกะสี (การชุบสังกะสี) ทนละอองเกลือได้ 96-720 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับความหนา สังกะสีใสให้การปกป้องขั้นพื้นฐานสำหรับส่วนประกอบภายใน ในขณะที่การเคลือบซิงค์โครเมตสีเหลืองหรือสีดำจะเพิ่มชั้นการแปลงเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ผิวเคลือบเฮกซะวาเลนต์โครเมตแบบดั้งเดิมกำลังถูกยุติลงเนื่องจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม และถูกแทนที่ด้วยสารทดแทนไตรวาเลนท์โครเมต

การเคลือบฟอสเฟต

ซิงค์ฟอสเฟตและแมงกานีสฟอสเฟตสร้างชั้นพื้นผิวที่เป็นผลึกซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของสีและให้ความต้านทานการกัดกร่อนเล็กน้อย แบล็กฟอสเฟต (ที่มีแมงกานีสเป็นหลัก) มักใช้กับสกรูที่จะทาสีสีเดียวกับตัวรถระหว่างการประกอบรถยนต์ สารเคลือบเหล่านี้ยังช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างการติดตั้งและป้องกันการครูดของเกลียว

การเคลือบขั้นสูง

• เรขาคณิต/ดาโครเมต: การเคลือบเกล็ดสังกะสี-อะลูมิเนียมให้ความทนทานต่อละอองเกลือนาน 1,000 ชั่วโมงโดยไม่ต้องกังวลเรื่องการเปราะของไฮโดรเจน เป็นที่นิยมมากขึ้นสำหรับตัวยึดแชสซี
• ออกไซด์สีดำ: ให้การป้องกันการกัดกร่อนน้อยที่สุดแต่มีรูปลักษณ์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับตัวยึดที่มองเห็นได้ และป้องกันการสะท้อนแสงในชุดประกอบแสง
• นิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า: ใช้สำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ท่อร่วมไอเสีย ทนอุณหภูมิได้สูงถึง 750°F
• เคลือบเซรามิก: นำไปใช้กับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพที่ต้องทนต่ออุณหภูมิที่สูง (1200°F) และทนต่อสารเคมี

มาตรฐานเกลียวและข้อมูลจำเพาะของสนาม

การออกแบบเกลียวส่งผลโดยตรงต่อแรงจับยึด ความต้านทานการสั่นสะเทือน และความเร็วในการประกอบ ยานพาหนะสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้เกลียว ISO แบบเมตริก แม้ว่าผู้ผลิตในอเมริกายังคงใช้เกลียว SAE (Unified) บางส่วนสำหรับส่วนประกอบบางอย่าง

เธรดเมตริก กำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะพิทช์ (M8 x 1.25 หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. และระหว่างเกลียว 1.25 มม.) เกลียวระยะพิทช์หยาบ (M8 x 1.25) ช่วยให้ติดตั้งได้เร็วขึ้นและประสิทธิภาพดีขึ้นในวัสดุที่อ่อนกว่า เช่น อะลูมิเนียม ในขณะที่เกลียวพิทช์ละเอียด (M8 x 1.0) ให้การปรับที่ละเอียดยิ่งขึ้นและบริเวณความเค้นแรงดึงที่มากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับส่วนที่มีผนังบาง อุตสาหกรรมยานยนต์ได้รับมาตรฐานจากการใช้ระยะพิทช์เฉพาะ: M6 x 1.0, M8 x 1.25, M10 x 1.5 และ M12 x 1.75 สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่

ความยาวการยึดเกลียว เป็นสิ่งสำคัญสำหรับความแข็งแรงของข้อต่อ ตามกฎแล้ว หน้าสัมผัสควรเท่ากับ 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูในเหล็ก 2.0 เท่าในอะลูมิเนียม และ 2.5 เท่าในพลาสติก ตัวอย่างเช่น สกรู M8 ต้องใช้เกลียวในเหล็กอย่างน้อย 12 มม. เพื่อพัฒนาความต้านทานแรงดึงเต็มที่ ประมาณ 18 kN สำหรับเกรด 8.8 .

เกณฑ์การคัดเลือกสำหรับการใช้งานด้านยานยนต์

ข้อกำหนดในการโหลด

คำนวณแรงดึงและแรงเฉือนจริงที่ตัวยึดจะได้รับ สำหรับโหลดแบบไดนามิก (การสั่นสะเทือน การกระแทก) ให้ใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ 3-5 สำหรับการรับน้ำหนักของโครงสร้างคงที่ ค่าปกติจะอยู่ที่ 2-3 จำไว้นะ ข้อกำหนดด้านแรงบิดสร้างแรงยึดจับได้ถึง 70-90% ของโหลดที่พิสูจน์ได้ของตัวยึด โดยเหลือสำรองขั้นต่ำสำหรับโหลดภายนอกหากมีแรงบิดมากเกินไป

สภาพแวดล้อม

ประเมินการสัมผัสความชื้น เกลือ อุณหภูมิสุดขั้ว สารเคมี และรังสียูวี ส่วนประกอบใต้ท้องรถต้องการการป้องกันการกัดกร่อนสูงสุด (รูปทรงหรือเหล็กสเตนเลส) ตัวยึดห้องเครื่องยนต์ต้องมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง (พิกัด 300°F) และสกรูภายในสามารถใช้การชุบสังกะสีแบบพื้นฐานได้ ประสบการณ์ยานพาหนะชายฝั่ง อัตราการกัดกร่อนเร็วขึ้น 5-10 เท่า กว่ายานพาหนะทางบกเนื่องจากการสัมผัสกับอากาศเค็ม

ความเข้ากันได้ของวัสดุ

จับคู่วัสดุสกรูกับวัสดุพื้นผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของกัลวานิก เมื่อโลหะที่ไม่เหมือนกันสัมผัสกันต่อหน้าอิเล็กโทรไลต์ (น้ำ เกลือ) โลหะขั้วบวกก็จะกัดกร่อนแบบเร่งมากขึ้น ใช้สกรูสแตนเลสหรือเหล็กเคลือบที่มีส่วนประกอบอะลูมิเนียม สำหรับชิ้นส่วนพลาสติก ให้พิจารณาแรงบิดในการปอกเกลียวของประเภทพลาสติก: แถบ ABS ที่ประมาณ 0.8 Nm สำหรับสกรู M5 ในขณะที่ไนลอนที่เติมแก้วทน 2.5 Nm .

ข้อพิจารณาในการประกอบ

1. การเข้าถึงเครื่องมือ: พื้นที่แบบฝังอาจต้องใช้หัวแบบ low-profile หรือไดรฟ์พิเศษ เช่น ฐานสิบหกภายใน (อัลเลน)
2. ความเร็วในการติดตั้ง: สกรูเกลียวปล่อยช่วยลดการกรีด สกรู SEMS พร้อมแหวนรองช่วยลดการหยิบจับชิ้นส่วน
3. ความแม่นยำของแรงบิด: ข้อต่อวิกฤตต้องใช้ตัวยึดแรงบิดต่ออัตราผลตอบแทน (TTY) หรือข้อกำหนดเฉพาะของมุมแรงบิด
4. ความสามารถในการซ่อมบำรุง: จำเป็นต้องถอดสกรูออกเพื่อการบำรุงรักษาหรือไม่ สารประกอบล็อคเกลียวและคุณสมบัติแรงบิดทั่วไปต้านทานการคลายตัวแต่การถอดแยกชิ้นส่วนที่ซับซ้อน

ข้อมูลจำเพาะแรงบิดและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้ง

แรงบิดที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้สกรูในรถยนต์ทำงานได้อย่างถูกต้อง แรงบิดที่ต่ำกว่าช่วยให้ข้อต่อแยกและคลายตัวยึดได้ แรงบิดมากเกินไปทำให้เกิดการปอกด้าย การแตกหักของตัวยึด หรือความเสียหายของวัสดุ ประมาณ 85% ของความล้มเหลวของตัวยึดรถยนต์เป็นผลมาจากแรงบิดในการติดตั้งที่ไม่ถูกต้อง .

ค่าแรงบิดขึ้นอยู่กับขนาดสกรู เกรด ระยะพิทช์เกลียว การเคลือบ และแรงเสียดทาน โดยทั่วไปสกรู M8 x 1.25 เกรด 8.8 แบบแห้งต้องใช้แรงกด 25 นิวตันเมตร แต่สกรูตัวเดียวกันที่มีการหล่อลื่นอาจต้องใช้แรงกดเพียง 20 นิวตันเมตรเพื่อให้ได้แรงจับยึดที่เท่ากัน ปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะของผู้ผลิตเสมอ ซึ่งคำนึงถึงตัวแปรเหล่านี้

วิธีการล็อคเกลียว

• น็อตล็อคเม็ดมีดไนลอน (Nyloc): เม็ดมีดพลาสติกสร้างแรงเสียดทาน มีประสิทธิภาพสำหรับการติดตั้ง 5-10 รอบก่อนจำเป็นต้องเปลี่ยน
• แผ่นปะเกลียวที่ผิดรูป: เรซินที่เคลือบไว้ล่วงหน้าบนเกลียวสกรูจะแข็งตัวระหว่างการติดตั้ง ช่วยล็อคสารเคมีโดยไม่ต้องแยกสารประกอบ
• ล็อคเกอร์ด้ายเหลว: กาวไร้อากาศ เช่น Loctite 243 (ความแข็งแรงปานกลาง) สำหรับข้อต่อที่สามารถซ่อมบำรุงได้ หรือ 271 (ความแข็งแรงสูง) สำหรับการประกอบถาวร
• แหวนล็อค: แหวนรองแบบแยกส่วนและแหวนรองฟันเฟืองมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่เคยเชื่อกัน การทดสอบแสดงให้เห็น การปรับปรุงความต้านทานการสั่นสะเทือนน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับแหวนรองธรรมดา

ลำดับการติดตั้ง

สำหรับข้อต่อแบบหลายตัวยึด เช่น หัวกระบอกสูบหรือการติดตั้งล้อ ให้ทำตามรูปแบบดาวโดยเริ่มจากตรงกลางและยื่นออกด้านนอก ขันให้แน่นทีละขั้น: ผ่านครั้งแรกที่แรงบิด 50% ครั้งที่สองที่ 75% สุดท้ายที่ 100% ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกระจายน้ำหนักที่สม่ำเสมอและป้องกันการบิดงอของพื้นผิวการผสมพันธุ์ ตัวยึดที่สำคัญบางตัวใช้วิธีการทำมุมแรงบิด: ขันให้แน่นตามแรงบิดเริ่มต้น (ข้อกำหนดที่กระชับพอดี) จากนั้นหมุนองศาเพิ่มเติม (โดยทั่วไปคือ 90-180°) เพื่อให้ได้โหลดแคลมป์ที่แม่นยำ

มาตรฐานคุณภาพและข้อกำหนดการปฏิบัติตามข้อกำหนด

ผู้ผลิตตัวยึดยานยนต์จะต้องปฏิบัติตามมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ ระบบการจัดการคุณภาพ ISO/TS 16949 (ปัจจุบันคือ IATF 16949) ตอบสนองความต้องการด้านการผลิตยานยนต์โดยเฉพาะ การตรวจสอบมิติ 100% การรับรองวัสดุ และการตรวจสอบย้อนกลับผ่านหมายเลขล็อตความร้อน .

เกณฑ์วิธีการทดสอบประกอบด้วยการทดสอบแรงดึง (ดึงจนกระทั่งล้มเหลว) การทดสอบโหลดพิสูจน์ (โหลดถึง 90% ของความแข็งแรงคราก) การทดสอบความแข็ง (Rockwell หรือ Vickers) และการทดสอบสเปรย์เกลือ (ASTM B117) สำหรับการต้านทานการกัดกร่อน ตัวยึดความปลอดภัยที่สำคัญผ่านการสุ่มตัวอย่างทางสถิติโดยมีค่า Cpk 1.67 หรือสูงกว่า ซึ่งหมายถึง ข้อบกพร่องน้อยกว่า 0.6 ต่อโอกาสหนึ่งล้าน .

ตัวยึดปลอมถือเป็นข้อกังวลด้านความปลอดภัยอย่างร้ายแรง สกรูรถยนต์ของแท้มีเครื่องหมายหัวที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ซึ่งระบุผู้ผลิตและเกรด ตัวยึดแบบ OEM มักจะมีเครื่องหมายหรือสีที่เป็นกรรมสิทธิ์เพื่อระบุตัวตน เมื่อจัดหาสกรูทดแทน ให้ตรวจสอบข้อมูลประจำตัวของซัพพลายเออร์และขอใบรับรองวัสดุเพื่อให้มั่นใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะ

แนวโน้มใหม่ของเทคโนโลยีตัวยึดยานยนต์

อุตสาหกรรมยานยนต์ยังคงคิดค้นเทคโนโลยีตัวยึดอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองเป้าหมายเรื่องน้ำหนักเบา การประกอบอัตโนมัติ และเป้าหมายด้านความยั่งยืน

วัสดุน้ำหนักเบา: ตัวยึดไททาเนียมลดน้ำหนักได้ 40% เมื่อเทียบกับเหล็กในขณะที่ยังคงความแข็งแกร่งไว้ แม้ว่าราคาจะยังคงเป็นสิ่งที่ห้ามปรามสำหรับรถยนต์ในตลาดมวลชนก็ตาม สกรูอะลูมิเนียมพร้อมเกลียวชุบแข็งรองรับการใช้งานที่ไม่สำคัญ ตัวยึดแบบคอมโพสิตและแบบผสมรวมประเภทวัสดุเข้าด้วยกันเพื่อปรับอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักให้เหมาะสม

ตัวยึดอัจฉริยะ: เซ็นเซอร์แบบฝังจะตรวจสอบความตึงของสลักเกลียว อุณหภูมิ และการสั่นสะเทือนแบบเรียลไทม์ โดยส่งข้อมูลแบบไร้สาย เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์และตรวจจับข้อผิดพลาดได้ทันทีในรถยนต์เพื่อการพาณิชย์และการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง ต้นทุนการใช้งานปัจจุบัน 50-200 เหรียญสหรัฐต่อตัวยึดที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ แต่อาจจะประหยัดสำหรับข้อต่อที่สำคัญตามขนาดการผลิต

ทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม: ผู้ผลิตพัฒนาสารประกอบล็อคเกลียวจากแหล่งชีวภาพจากทรัพยากรหมุนเวียนและสารเคลือบที่ปราศจากโครเมียมซึ่งเป็นไปตามกฎระเบียบ REACH บริษัทบางแห่งสำรวจตัวยึดที่ละลายได้เพื่อการรีไซเคิลที่หมดอายุอย่างง่ายดาย โดยใช้โพลีเมอร์ที่สลายตัวภายใต้สภาวะเฉพาะ (ความร้อน การสัมผัสสารเคมี) ระหว่างการรื้อยานพาหนะ

เทคนิคการเข้าร่วมขั้นสูง: การขันสกรูแบบ Flow-drill (การเจาะแบบฟอร์ม) ช่วยลดขั้นตอนการเจาะรูโดยให้สกรูสร้างและแตะรูในการทำงานครั้งเดียว ช่วยลดเวลาในการประกอบโดย 30-40% สำหรับงานโลหะแผ่น . สกรูเชื่อมแบบเสียดทานจะสร้างพันธะโมเลกุลผ่านความร้อนแบบหมุน ทำให้เกิดข้อต่อแบบกันแก๊สโดยไม่ต้องเคลือบหลุมร่องฟันเพิ่มเติม