紧固件连接可靠性研究

紧固件连接可靠性研究

（2018版）

技术中心办公室

**有限公司

前言

高端紧固件是指用于高端装备或装备的高端部位紧固件，在汽车领域、特种车辆或特殊用途领域的农机装备，其某些部位的连接和紧固件也涉及高的连接强度、先进的防腐蚀技术以及长寿命等要求，不是普通意义上认为的螺钉螺帽所能够胜任的，而是需要选用高端紧固件。显而易见，由于使用中的高端紧固件非正常失效可能造成的危害或损失难以估量，所以，如果说质量是紧固件的生命，那么，可靠性就是高端紧固件的灵魂。针对高端紧固件的连接，尤其是高端装备制造的生产，在实践中人们重视所要求的连接即符合性的要求，更强调连接的适用性要求，也就是说，紧固件在使用时能成功地适合用户的明确的要求和隐含的需求才是高质量的。

保证高端紧固件的可靠性，就要采用系统的方法，实行可靠性工程。可靠性工程是指为了达到产品的可靠性要求而进行的使用设计(包括选型)、产品设计、生产、试验验证等一系列的工作。这里特别提出使用设计的问题，是因为高端紧固件产品不同于其他产品，其使用设计和正确选型对于高端紧固件完成设定的功能具有非常重要的意义。

紧固件的连接，根据需要有大有小，大部分是群体使用，要能够适应连接的强度、应力、温度、环境等工况要求，还要受到安装操作空间的限制等等，因此，做好使用设计、正确合理选择高端紧固件的型号规格、防松形式、耐环境方式等是高端紧固件使用中实现可靠性的前提。

这就要求在特别重要的部位，除理论计算连接强度等力学要求外，还要综合考虑冲击、振动等综合特性，以及应力腐蚀、氢脆、耐久性等理化因素，必要时要建立连接可靠性的数学模型，进行理论分析，并根据模拟仿真来进行验证。

汽车紧固件分基础件和重要件两个档次，重要件的质量和使用不当等是造成汽车质量问题的主因，因此做好紧固件可靠性的研究工作至关重要。

紧固件结构简单，品种繁多，约占整车零件数的30%～40%。它是车辆的主要连接件，约占整车装配的工作量的70%。正确合理的选用装配紧固件可以优化车辆结构设计，提高装配效率，降低成本，保障车辆行驶的安全性。

目前紧固件可靠性研究方面的资料很多,但比较零散,系统性研究的不多，未对车辆设计人员连接结构设计及装配工艺参数的编制确定提供系统性的参考指导意见。为提高我公司的工作效率，我们根据设计生产的需要，选取机械设计手册、紧固件选用手册、表面处理手册、国内外紧固件期刊杂志等资料内有关车辆连接设计可靠性相关的内容编制本文件。

由于水平所限，难免有错误和欠妥之处，请相关部门进行批评指正！

技术中心办公室

2018年8月

一、螺纹连接松动的原因[1] (5)

1主要包含哪几个方面 (5)

2螺纹连接松动的定义及危害 (5)

3螺纹连接松动的原因及解决方案 (5)

3.1旋转松动的原因及解决方案 (5)

3.2非旋转松动的原因及解决方案 (6)

4螺纹连接松动的监控 (7)

5总结 (7)

二、建议取消弹簧垫圈[4] (7)

1松动机理 (7)

1.1压陷导致的松动 (7)

1.2轴向载荷导致的松动 (7)

1.3横向载荷导致的松动 (8)

2试验介绍 (8)

3行业对比 (8)

4结语 (8)

三、轴向载荷作用下钢/钢螺纹连接的松动行为研究[9] (8)

1螺纹联接结构的预紧 (8)

1.1螺纹联接结构预紧方法 (9)

2螺纹联接结构松动过程国内外研究现状 (9)

3微动摩擦学概述 (10)

3.1微动及其分类 (10)

3.2磨损的分类 (11)

3.3常见微动损伤实例 (11)

4轴向载荷作用下钢/钢螺纹联接的松动试验研究 (12)

4.1螺栓联接结构静态试验 (12)

4.2交变载荷对螺栓松动行为的影响 (13)

4.2.1松动程度 (13)

4.2.2松动曲线 (14)

4.2.3螺纹表面扫描电镜形貌 (14)

4.3预紧力矩对螺栓松动行为的影响 (15)

4.3.1松动程度 (15)

4.3.2松动曲线 (15)

4.3.3螺纹表面3D形貌 (16)

4.4本章小结 (16)

四、螺纹紧固件扭矩系数影响因素分析[6] (17)

1引言 (17)

2影响扭矩系数的因素 (17)

2.1被连接件材料、硬度和刚度的影响 (17)

2.2螺纹加工精度、牙侧粗糙度、支撑面的大小和粗糙度 (18)

2.3表面处理 (18)

2.4表面介质的影响 (18)

2.5温度的影响 (18)

2.7重复装配对摩擦系数的影响 (18)

3结论 (19)

五、高强度镀锌螺栓扭矩衰减控制技术分析[5] (19)

1.1试验材料 (19)

1.2试验思路分析 (19)

1.3试验结果分析 (20)

1.4总结 (20)

六、非金属嵌件锁紧螺母的试验研究 [7] (20)

1引言 (21)

2理论分析 (21)

3非金属嵌件螺母的试验研究 (21)

4非金属嵌件螺母的防松性能研究 (23)

5结论 (23)

七、紧固件的工作环境及部分选配问题 (24)

1高强度螺栓钢及其制品螺栓应满足要求 (24)

2表面处理工艺对螺纹紧固件装配性能有哪些影响 (24)

2.1对摩擦系数及夹紧力的影响 (24)

2.2对安装扭矩及摩擦系数稳定性影响 (24)

2.3部分表面处理工艺对应的摩擦系数推荐经验值 (25)

2.4拧紧转速对摩擦系数和轴向夹紧力的影响 (25)

3可靠性驱动的紧固件装配方案实施 (25)

一、螺纹连接松动的原因[1]

1主要包含哪几个方面

从原理上说，螺纹连接能够满足自锁条件，在静载荷下不会发生松脱，但在摩擦、冲击、振动或交变载荷作用下，螺纹连接松动现象时有发生。

2螺纹连接松动的定义及危害

螺纹连接的本质在于获得合适的夹紧力，以保证被连接件稳定的连接到一起。所谓松动，是指螺栓连接全部或部分丧失轴向夹紧力，这种松动通常会导致：

a)连接部分的分离和脱落；

b)连接部分的滑移；

c)过度的相对位移和连接部分的碰撞；

d)分离产生的噪音及不密封；

e)连接处的牢固性降低，导致增大的振动；

f)振动导致疲劳断裂；

g)高速运转下惯性冲击断裂。

因此，为减少螺纹连接松动失效的危害，其关键在于保证合适及稳定的夹紧力。

3螺纹连接松动的原因及解决方案

螺纹连接松动通常分为两种类型：旋转松动和非旋转松动。

3.1旋转松动的原因及解决方案

旋转松动由螺纹副的相对移动导致，正常情况下，各紧固件厂家对螺纹摩擦系数均有要求，从而保证螺纹的自锁性能,经相关研究资料表明：