螺纹紧固件设计手册

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1、螺纹紧固件设计手册1.螺纹紧固件设计概述螺纹紧固件依据头部、杆部、尾部及螺纹形式的不同，有非常多的种类；同时，螺栓/螺母的强度等级及表面处理也是多种多样的，工程师将依据需求来选择、设计紧固件。一个完整的设计，需要进行如下设计校核：1）螺纹连接轴向预紧力设计计算2）螺栓规格及强度等级选择3）配合螺母的等级及内螺纹啮合长度确定4）螺栓长度确定5）表面处理选择6）头部形式及装配空间确认7）装配工艺试验验证2.螺纹连接预紧力设计计算螺栓/螺母连接是通过完成装配后，产生一定的轴向预紧力，来保证被连接件的固定，或传递载荷或密

2、封等功能。在设计选择螺栓/螺母时，对于关键的联结部位，首先必须确认需要螺栓提供的轴向预紧力的范围。在确定预紧力时，应考虑下列因素：——最小预紧力满足功能要求——最大等效应力不超过螺栓的破坏应力——螺栓的应力幅不超过疲劳极限——联接体装配后的变形下面是一些常见的连接形式中，最小轴向预紧力的计算：（1）螺栓的轴向力FKQ通过配合面产生的静摩擦力，用以传递切向载荷FQ或扭矩MY，q为配合面数量。μΤ：配合面的摩擦系数ra：摩擦半径，对于车轮螺栓为PCD/2图1通过配合面间的摩擦力传递载荷（2）螺栓的轴向力FKp用于提供

3、保证密封所需的压力Fkp=AD•PiPi：密封介质的压强AD：密封面积（3）防止张开所需的轴向力FV，在有轴向外力FA作用时，被联接件仍留有一压力FKR。FV=FPA+FKR图2轴向外力在螺纹联结体上的分布图同时还要考虑工作中预紧力的变化ΔF：*材料压陷或松弛,预紧力减小FZ*由于温度变化,在螺栓和被连接件间产生热膨胀差,导致预紧力发生变化ΔFvth综合考虑上述所有因素，所需的螺栓最小轴向力Fmin=FKQ+FKP+FV+ΔF（1）3.螺栓规格及强度等级确定螺栓在装配拧紧时，处于拉扭符合的应力状态，其屈服轴力和破

4、坏轴力都小于单纯拉伸时螺栓的载荷。对于采用扭矩法拧紧的连接，螺栓的等效应力最大可到屈服点90%，螺栓能承受的最大轴向预紧力FMzul与螺纹副的摩擦系数μG有关，表1为常用螺栓的保证载荷、最小拉力载荷及允许的最大装配轴力（等粗杆螺栓）。（2）D2—螺纹中径D0—螺杆部最小截面直径μG——螺纹副摩擦系数表1螺栓强度等级、保证载荷、最小拉力载荷及允许的最大装配轴力（等粗杆螺栓）螺纹规格强度等级保证载荷（kN）最小拉力载荷（kN）允许的最大装配轴力（kN）μG=0.12μG=0.20M68.811.616.110.29.

5、0M88.821.229.218.616.510.930.438.127.324.3M8×18.822.731.420.218.110.932.540.829.726.5M108.833.746.429.626.310.948.160.343.438.6M10×18.837.451.633.730.210.953.567.149.544.4M10×1.258.835.549.031.628.210.950.863.646.441.4M128.848.967.443.038.310.970.087.763.256.

6、3M12×1.258.853.473.748.043.010.976.495.870.563.2M12×1.58.851.170.545.540.610.973.191.666.859.7M148.866.792.059.152.610.995.5120.086.777.2M14×1.58.872.5100.064.858.110.9104.0130.095.285.3对于M6以上的螺纹，有粗牙和细牙之分，下表列出了各自的优劣势。可依据需求选用。依据螺栓需要提供的最小轴向预紧力，考虑到将要采用的装配工艺和工具，对

7、可能产生的最大轴向力Fmax进行粗略估计，对于扭矩控制拧紧，Fmax∕Fmin=0.14-0.16；对于扭矩转角控制拧紧，Fmax∕Fmin=0.12-0.14。可能产生的最大轴向力Fmax必须小于螺栓装配时允许的最大装配轴力FMzul。4.配合螺母的等级及内螺纹啮合长度螺纹连接件强度匹配设计原则是，在超拧时失效型式应是螺杆断裂，因为内螺纹的破坏不易发现，且内螺纹的损坏带来的损失较大。螺栓螺钉的强度主要是由材料及热处理的工艺决定，标准的等级有4.8、5.6.、5.8、8.8、10.9、12.9等[1]。但内螺纹的

8、强度不只是与材料及热处理的工艺有关，同时还与螺纹连接长度有关。标准的螺母的强度等级有4、5.、6、8、10、12等[2]、[3]。对于螺母的选择，需要螺母的保证载荷大于螺栓，按2表来选择。表2螺栓/螺母等级匹配螺纹规格螺栓性能等级螺母性能等级＞M163.64.64.84≤M163.64.64.85≤M395.65.8≤M396.86≤M398.88≤M169.89≤M39