1、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!螺紋緊固件設計手冊1. 螺紋緊固件設計概述螺紋緊固件依據頭部、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，工程師將依據需求來選擇、設計緊固件。一個完整的設計，需要進行如下設計校核：1）螺紋連接軸向預緊力設計計算2）螺栓規格及強度等級選擇3）配合螺母的等級及內螺紋嚙合長度確定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7）裝配工藝試驗驗證2. 螺紋連接預緊力設計計算螺栓/螺母連接是通過完成裝配后，產生一定的軸向預緊力，來保證被連接件的固定，或傳遞載荷或密封等功能。在設計選擇螺栓/螺母時，對

2、于關鍵的聯結部位，首先必須確認需要螺栓提供的軸向預緊力的范圍。在確定預緊力時，應考慮下列因素：最小預緊力滿足功能要求最大等效應力不超過螺栓的破壞應力螺栓的應力幅不超過疲勞極限聯接體裝配后的變形下面是一些常見的連接形式中，最小軸向預緊力的計算：（1）螺栓的軸向力fkq通過配合面產生的靜摩擦力，用以傳遞切向載荷fq或扭矩my，q為配合面數量。：配合面的摩擦系數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，被聯接件仍留有一壓力fkr 。 fv=fpa+fkr圖2 軸向外力在螺紋聯結體上的分布圖同時還要考慮工作中預緊力的變化f： * 材料壓陷或松弛,預緊力減小fz* 由于溫度變化,在螺栓和被連接件間產生熱膨脹差,導致預緊力發生變化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. 螺栓規格及強度等級確定螺栓在裝配擰緊時，處于拉扭符合的應力狀態，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，螺栓的等效應力最大可到屈服點90%，螺栓能承受的最大軸向預緊力fmzul與螺紋副的摩擦系數g

4、有關，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，有粗牙和細牙之分，下表列出了各自的優劣勢。可依據需求選用。3 / 12如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!依據螺栓需要提供的最小軸向預緊力，考慮到將要采用的裝配工藝和工具，對可能產生的最大軸向力fmax進行粗略估計，對于扭矩控制擰緊，fmaxfmin=0.14-0.16；對于扭矩轉角控制擰緊，fmaxfmin=0.12-0.14。可能產生的最大軸向力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螺紋嚙合長度螺紋連接件強度匹配設計原則是，在超擰時失效型式應是螺桿斷裂，因為內螺紋的破壞不易發現，且內螺紋的損壞帶來的損失較大。螺栓螺釘的強度主要是由材料及熱處理的工藝決定，標準的等級有4.8、5.6.、5.8、8.8、10.9、12.9等1。但內螺紋的強度不只是與材料及熱處理的工藝有關，同時還與螺紋連接長度有關。標準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計，需要合理的設計螺紋的嚙合長度，以保證裝配螺栓時，內螺紋有足夠的強度來匹配。下表是各種內螺紋材料所需的最小嚙合長度。表3 各種內螺紋材料所需的最小嚙合長度內螺紋（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、調質鋼1000n/mm2（315hbw）0.8d調質鋼、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螺紋的，螺栓的長度要保證上一章節中的嚙合長度。2）螺栓總長l不能太長：螺栓不與其他零件產生干涉。6. 表面處理 依據螺栓/螺母所處的環境、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準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溫度高于100的環境不適用與鎂材料連接1. 不適用有導電性要求的零件2. m6以下的螺栓/螺母及內槽螺釘6.2 設計規則 依據緊固件的使用部位及功能要求，按下面的要求進行設計。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發動機倉如有飛濺或高溫區（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，緊固件采用黑色。對于接地螺釘，為了保證良好的導電性，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，依據裝配時產生的最大軸向力計算支撐面承受的最大壓應力，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。如果確認裝配空間有問題，可采用內六角或內六花頭部形式。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. 裝配工藝參數的確定裝配工藝確定的關鍵兩點：裝配產生的最小軸向預緊力滿足功能要求、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、扭矩轉角法及扭矩率控制法。扭矩轉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，但對設備的要求也較高。多用在發動機或底盤的關鍵連接部位。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

14、緊力fv的關系。依據螺紋的尺寸規格、強度等級及摩擦系數范圍，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ges螺栓綜合摩擦系數，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下的允許使用的最大預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米制細牙六角螺栓（等粗桿）必須強調的是，對于關鍵的連接部位，裝配力矩必須通過設計計算及

15、裝配工藝模擬試驗，確認裝配工藝滿足設計軸向力要求。對于一般的螺栓螺母連接，初始釋放動態扭矩值時可以采用以下表格推薦的扭矩，經臺架試驗或路試，驗證無問題時，可作為正式動態扭矩釋放。表9 推薦裝配扭矩螺紋規格推薦裝配扭矩（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對于自攻螺釘的裝配力矩，最大裝配扭矩不能超過其規定破壞力矩的75%。表10 自攻螺釘的最小破壞力

16、矩自攻螺釘規格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，及從設計的角度采取的預防措施。表11失效形式失效原因預防措施設計考慮裝配中螺栓拉長、斷裂1. 螺栓強度、摩擦系數、裝配扭矩不匹配2. 螺栓強度、摩擦系數、裝配扭矩未滿足規范要求螺栓強度、摩擦系數、裝配扭矩匹配裝配中內/螺紋滑牙1. 內螺紋嚙合長度不足2. 內螺紋強度低3. 內/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/螺母未發生轉動，但扭矩明顯降低被連接件發生了壓潰、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/螺母發生轉動，扭矩明顯降低1.裝配預緊力不足2 切向載荷過大1.提高裝配預緊力2 采用防松螺母/螺栓工