螺紋緊固件設(shè)計手冊

1、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!螺紋緊固件設(shè)計手冊1. 螺紋緊固件設(shè)計概述螺紋緊固件依據(jù)頭部、桿部、尾部及螺紋形式的不同，有非常多的種類；同時，螺栓/螺母的強度等級及表面處理也是多種多樣的，工程師將依據(jù)需求來選擇、設(shè)計緊固件。一個完整的設(shè)計，需要進行如下設(shè)計校核：1）螺紋連接軸向預(yù)緊力設(shè)計計算2）螺栓規(guī)格及強度等級選擇3）配合螺母的等級及內(nèi)螺紋嚙合長度確定4）螺栓長度確定5）表面處理選擇6）頭部形式及裝配空間確認(rèn)7）裝配工藝試驗驗證2. 螺紋連接預(yù)緊力設(shè)計計算螺栓/螺母連接是通過完成裝配后，產(chǎn)生一定的軸向預(yù)緊力，來保證被連接件的固定，或傳遞載荷或密封等功能。在設(shè)計選擇螺栓/螺母時，對

2、于關(guān)鍵的聯(lián)結(jié)部位，首先必須確認(rèn)需要螺栓提供的軸向預(yù)緊力的范圍。在確定預(yù)緊力時，應(yīng)考慮下列因素：最小預(yù)緊力滿足功能要求最大等效應(yīng)力不超過螺栓的破壞應(yīng)力螺栓的應(yīng)力幅不超過疲勞極限聯(lián)接體裝配后的變形下面是一些常見的連接形式中，最小軸向預(yù)緊力的計算：（1）螺栓的軸向力fkq通過配合面產(chǎn)生的靜摩擦力，用以傳遞切向載荷fq或扭矩my，q為配合面數(shù)量。：配合面的摩擦系數(shù)ra：摩擦半徑，對于車輪螺栓為pcd/2圖1 通過配合面間的摩擦力傳遞載荷（2）螺栓的軸向力fkp用于提供保證密封所需的壓力 fkp=adpipi：密封介質(zhì)的壓強ad：密封面積1 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!（3）防止張

3、開所需的軸向力fv，在有軸向外力fa作用時，被聯(lián)接件仍留有一壓力fkr 。 fv=fpa+fkr圖2 軸向外力在螺紋聯(lián)結(jié)體上的分布圖同時還要考慮工作中預(yù)緊力的變化f： * 材料壓陷或松弛,預(yù)緊力減小fz* 由于溫度變化,在螺栓和被連接件間產(chǎn)生熱膨脹差,導(dǎo)致預(yù)緊力發(fā)生變化fvth綜合考慮上述所有因素，所需的螺栓最小軸向力fmin=fkq+fkp+fv+f （1）3. 螺栓規(guī)格及強度等級確定螺栓在裝配擰緊時，處于拉扭符合的應(yīng)力狀態(tài)，其屈服軸力和破壞軸力都小于單純拉伸時螺栓的載荷。 對于采用扭矩法擰緊的連接，螺栓的等效應(yīng)力最大可到屈服點90%，螺栓能承受的最大軸向預(yù)緊力fmzul與螺紋副的摩擦系數(shù)g

4、有關(guān)，表1為常用螺栓的保證載荷、最小拉力載荷及允許的最大裝配軸力（等粗桿螺栓）。 （2）d2螺紋中徑d0螺桿部最小截面直徑g螺紋副摩擦系數(shù)2 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!表1 螺栓強度等級、保證載荷、最小拉力載荷及允許的最大裝配軸力（等粗桿螺栓）螺紋規(guī)格強度等級保證載荷（kn）最小拉力載荷（kn）允許的最大裝配軸力（kn）g=0.12g=0.20m68.811.616.110.29.0m88.821.229.218.616.510.930.438.127.324.3m8×18.822.731.420.218.110.932.540.829.726.5m108.8

5、33.746.429.626.310.948.160.343.438.6m10×18.837.451.633.730.210.953.567.149.544.4m10×1.258.835.549.031.628.210.950.863.646.441.4m128.848.967.443.038.310.970.087.763.256.3m12×1.258.853.473.748.043.010.976.495.870.563.2m12×1.58.851.170.545.540.610.973.191.666.859.7m148.866.792.059.1

6、52.610.995.5120.086.777.2m14×1.58.872.5100.064.858.110.9104.0130.095.285.3 對于m6以上的螺紋，有粗牙和細(xì)牙之分，下表列出了各自的優(yōu)劣勢。可依據(jù)需求選用。3 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!依據(jù)螺栓需要提供的最小軸向預(yù)緊力，考慮到將要采用的裝配工藝和工具，對可能產(chǎn)生的最大軸向力fmax進行粗略估計，對于扭矩控制擰緊，fmaxfmin=0.14-0.16；對于扭矩轉(zhuǎn)角控制擰緊，fmaxfmin=0.12-0.14。可能產(chǎn)生的最大軸向力fmax必須小于螺栓裝配時允許的最大裝配軸力fmzul。4.

7、配合螺母的等級及內(nèi)螺紋嚙合長度螺紋連接件強度匹配設(shè)計原則是，在超擰時失效型式應(yīng)是螺桿斷裂，因為內(nèi)螺紋的破壞不易發(fā)現(xiàn)，且內(nèi)螺紋的損壞帶來的損失較大。螺栓螺釘?shù)膹姸戎饕怯刹牧霞盁崽幚淼墓に嚊Q定，標(biāo)準(zhǔn)的等級有4.8、5.6.、5.8、8.8、10.9、12.9等1。但內(nèi)螺紋的強度不只是與材料及熱處理的工藝有關(guān)，同時還與螺紋連接長度有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)的螺母的強度等級有4、5.、6、8、10、12等2、3。對于螺母的選擇，需要螺母的保證載荷大于螺栓，按2表來選擇。表2 螺栓/螺母等級匹配螺紋規(guī)格螺栓性能等級螺母性能等級m163.6 4.6 4.84m163.6 4.6 4.85m395.6 5.8m396.8

8、6m398.88m169.89m3910.910m3912.912注：性能等級高的螺母可替換性能等級低的螺母。4 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!對于在零件上帶螺紋孔的設(shè)計，需要合理的設(shè)計螺紋的嚙合長度，以保證裝配螺栓時，內(nèi)螺紋有足夠的強度來匹配。下表是各種內(nèi)螺紋材料所需的最小嚙合長度。表3 各種內(nèi)螺紋材料所需的最小嚙合長度內(nèi)螺紋（粗牙）最小嚙合長度（螺栓等級不超過10.9）材料最小抗拉強度（硬度hbw）滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼1000n/mm2（315hbw）0.8d調(diào)質(zhì)鋼、抗磨硬化鋼800n/mm2（250hbw）1.0 d低合金鋼、碳素鋼400n/mm2（120hbw）1.3d可

9、鍛鑄鐵550n/mm2（180hbw）0.9d球化鑄鐵500n/mm2（170hbw）1.0d球化鑄鐵400n/mm2（140hbw）1.3d灰鐵250n/mm2（180hbw）1.3d鋁鎂鑄造合金80hbw2.0 d（8.8級）2.5 d（10.9級）60hbw2.7 d（不超過8.8級）注：對于細(xì)牙螺紋，嚙合長度需增加20%。 5. 螺栓長度1）螺栓有效長度不能太短：至少保證完整螺紋伸出螺母2-3牙（倒角不算完整螺紋）；對于被連接件帶有內(nèi)螺紋的，螺栓的長度要保證上一章節(jié)中的嚙合長度。2）螺栓總長l不能太長：螺栓不與其他零件產(chǎn)生干涉。6. 表面處理 依據(jù)螺栓/螺母所處的環(huán)境、位置及功能要求，

10、選擇表面處理類別及顏色等。 6.1 常用類別緊固件常用的表面處理類別有電鍍鋅、電鍍鋅鎳、鋅鋁涂覆，主要技術(shù)要求見表4。表4 緊固件常用表面處理電鍍鋅電鍍鋅鎳鋅鋁涂覆標(biāo)準(zhǔn)代號顏色銀黃色黑色銀色黑色銀色黑色銀色黑色耐腐蝕性96h 白銹/240h 紅銹120h 白銹/720h 紅銹480 h 紅銹720 h 紅銹膜厚（m）8-158-15810摩擦系數(shù)如果需要，0.12-0.180.12-0.18適用1.強度等級8.8級的螺栓，10級的螺母1.強度等級8.8級的螺栓，10級的螺母1.特別適用高強度螺栓/螺母2.溫度載荷增加至1805 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!2.溫度載荷增加

11、至1503.適用與鋁材料連接不適用不適用持續(xù)溫度高于100的環(huán)境不適用與鎂材料連接1. 不適用有導(dǎo)電性要求的零件2. m6以下的螺栓/螺母及內(nèi)槽螺釘6.2 設(shè)計規(guī)則 依據(jù)緊固件的使用部位及功能要求，按下面的要求進行設(shè)計。對于10.9級高強度螺栓，除非外觀有特殊要求，表面處理采用鋅鋁涂覆；對于可視件，除非高強度螺栓，表面處理采用電鍍鋅或電鍍鋅鎳。表5 各部位緊固件耐腐蝕性要求車輛部位零件安裝位置鹽霧試驗時間（小時），紅銹一般件可視件底盤所有位置480720發(fā)動機倉如有飛濺或高溫區(qū)（100）480720其他位置240480車身外部所有位置240720乘客倉所有位置240480對于可視件，其外觀顏色

12、需考慮與周圍顏色的匹配。與鋁制件或淺色件匹配的零件采用銀色，與黑色塑料或油漆件匹配的采用黑色，如有多種色調(diào)，緊固件采用黑色。對于接地螺釘，為了保證良好的導(dǎo)電性，只能用透明的鈍化劑。7. 頭部形式及裝配空間螺栓/螺母通常頭部選用六角法蘭面或六角頭，依據(jù)裝配時產(chǎn)生的最大軸向力計算支撐面承受的最大壓應(yīng)力，不能超出支撐面的抗壓極限。同時需要考慮裝配空間是否足夠。表6是一般的需求。如果確認(rèn)裝配空間有問題，可采用內(nèi)六角或內(nèi)六花頭部形式。表6 六角頭對邊寬度與需要的裝配空間六角頭對邊寬度hex opening套筒外徑socket od所需空間的直徑space required (diameter)819.1

13、261019.1301320.6331219.1326 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!1522.2371422.2361825.4401725.4392131.7481928.6462434.9518. 裝配工藝參數(shù)的確定裝配工藝確定的關(guān)鍵兩點：裝配產(chǎn)生的最小軸向預(yù)緊力滿足功能要求、最大不能超出螺栓允許的載荷。螺紋緊固件的裝配方法有為扭矩法、扭矩轉(zhuǎn)角法及扭矩率控制法。扭矩轉(zhuǎn)角法及扭矩率控制法可以更好的控制螺栓的裝配軸向力，更高的利用螺栓的強度，但對設(shè)備的要求也較高。多用在發(fā)動機或底盤的關(guān)鍵連接部位。扭矩法控制是最為常用的裝配工藝，公式（3）是典型的連接中裝配扭矩ma與裝配預(yù)

14、緊力fv的關(guān)系。依據(jù)螺紋的尺寸規(guī)格、強度等級及摩擦系數(shù)范圍，可確定螺栓的最大允許裝配力矩。7 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 對于沉頭（3）mg/mk螺紋副/頭下摩擦面分配的力矩，ma=mg+mkg/k螺紋副/頭下摩擦面摩擦系數(shù)ges螺栓綜合摩擦系數(shù)，ges=（g+k）/2p/d2螺紋螺距/中徑下表是按照理論公式計算得到的六角螺栓在不同的摩擦系數(shù)下的允許使用的最大預(yù)緊力和最大裝配扭矩。 表7 iso米制粗牙六角螺栓（等粗桿）8 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!表8 iso米制細(xì)牙六角螺栓（等粗桿）必須強調(diào)的是，對于關(guān)鍵的連接部位，裝配力矩必須通過設(shè)計計算及

15、裝配工藝模擬試驗，確認(rèn)裝配工藝滿足設(shè)計軸向力要求。對于一般的螺栓螺母連接，初始釋放動態(tài)扭矩值時可以采用以下表格推薦的扭矩，經(jīng)臺架試驗或路試，驗證無問題時，可作為正式動態(tài)扭矩釋放。表9 推薦裝配扭矩螺紋規(guī)格推薦裝配扭矩（nm）4.8級8.8級10.9級m41.5-22.5-3/m53-45-76-9m65-77-108-12m810-1519-2526-34m1022-2840-5050-65m1238-4575-9090-110m14/110-135140-170m16/160-200230-270對于自攻螺釘?shù)难b配力矩，最大裝配扭矩不能超過其規(guī)定破壞力矩的75%。表10 自攻螺釘?shù)淖钚∑茐牧?/p>

16、矩自攻螺釘規(guī)格size最小破壞力矩minimum breake torqur（nm）st2.91.5st3.52.7st4.24.4st4.86.39 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!st5.5109 螺紋連接中常見的失效形式及預(yù)防措施 下表列出了螺紋連接中常見的失效形式主要的失效原因，及從設(shè)計的角度采取的預(yù)防措施。表11失效形式失效原因預(yù)防措施設(shè)計考慮裝配中螺栓拉長、斷裂1. 螺栓強度、摩擦系數(shù)、裝配扭矩不匹配2. 螺栓強度、摩擦系數(shù)、裝配扭矩未滿足規(guī)范要求螺栓強度、摩擦系數(shù)、裝配扭矩匹配裝配中內(nèi)/螺紋滑牙1. 內(nèi)螺紋嚙合長度不足2. 內(nèi)螺紋強度低3. 內(nèi)/外螺紋尺寸超差螺紋嚙合長度與材料強度匹配工作中螺栓/螺母未發(fā)生轉(zhuǎn)動，但扭矩明顯降低被連接件發(fā)生了壓潰、或磨損。1 增大承壓面積2 提高被連接件材料強度工作中螺栓/螺母發(fā)生轉(zhuǎn)動，扭矩明顯降低1.裝配預(yù)緊力不足2 切向載荷過大1.提高裝配預(yù)緊力2 采用防松螺母/螺栓工