螺纹紧固件设计手册

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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F通过配合面产生的静摩擦力，用以传递切向载荷F或扭矩M，YQKQ q为配

合面数量。

μ：配合面的摩擦系数ΤPCD/2

ra：摩擦半径，对于车轮螺栓为图1 通过配合面间的摩擦力传递载荷F（2）螺栓的轴向力用于提供保证密封所需的压力Kp P? F=A ikpD Pi：密封介质的压强：密封面积A D

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。作用时，被联接件仍留有一压力F）3防止张开所需的轴向力F，在有轴向外力（FA KRV

=F+FF KRPA V

2 轴向外力在螺纹联结体上的分布图图

：同时还要考虑工作中预紧力的变化ΔFFZ

预紧力减小* 材料压陷或松弛,Fvth 导致预紧力发生变化Δ* 在螺栓和被连接件间产生热膨胀差由于温度变化,,

综合考虑上述所有因素，所需的螺栓最小轴向力

）（1 Δ+F=FF+F+F VminKQKP

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，其屈服轴力和破坏轴力都小于单纯拉伸时螺栓的载荷。

螺栓能承受的90%，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为常用螺栓的保证载荷、最小1与螺纹副的摩擦系数μ最大轴向预紧力F有关，表GMzul。拉力载荷及允许的最大装配轴力（等粗杆螺栓）

）（2

—D2螺纹中径螺杆部最小截面直径—D0 ——螺纹副摩擦系数μG

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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）

允许的最大装配轴力（kN）最小拉力载荷保证载荷强度等级螺纹规格）（（kN）kNμ=0.12μ=0.20GG9.0 11.6 8.8 M6 10.2 16.1

16.5 18.6 21.2 M8 29.2 8.8

24.3 38.1 10.9 30.4 27.3

18.1 8.8 31.4 1M8×22.7 20.2

26.5 10.9 29.7 32.5 40.8

26.3 46.4 33.7 M10 29.6 8.8

38.6 43.4 10.9 48.1 60.3

30.2 33.7 ×M101 37.4 51.6 8.8

44.4 67.1 53.5 49.5 10.9

28.2 ×M101.2531.6 35.5 8.8 49.0

41.4 63.6 50.8 46.4 10.9

38.3 43.0 48.9 8.8 M12 67.4

56.3 87.7 70.0 10.9 63.2

43.0 53.4 1.25×8.8 48.0 73.7 M1263.2 10.9 76.4 70.5 95.8

40.6 70.5 45.5 1.5×M12 51.1 8.8

59.7 66.8 91.6 73.1 10.9

52.6 92.0 M14 66.7 8.8 59.1

77.2 10.9 86.7 95.5 120.0

58.1 72.5 ×M141.564.8 100.0 8.8

85.3

95.2

130.0

104.0

10.9

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。

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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，对可能产生的最大轴向力F进行粗略估计，对于扭矩控制拧紧，FF=0.14-0.16；对于扭minmaxma∕x矩转角控制拧紧，

FF=0.12-0.14。minma∕x可能产生的最大轴向力F必须小于螺栓装配时允许的最大装配轴力F Mzul max。

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、[1]。等10.9、12.9但内螺纹的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、[2][3]。12等6、8、10、的螺母的强度等级有4、5.、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

4 4.8 4.6 3.6 ＞M16

5 4.8 4.

6 ≤M16 3.6

5.8 5.6 ≤M39

6 6.8 ≤M39

8 M39 ≤8.8

9 ≤M16 9.8

10 M39 ≤10.9

12

M39

12.9