螺纹紧固件

螺纹联接的特点：

(1)螺纹拧紧时能产生很大的轴向力；

(2)它能方便地实现自锁；

(3)外形尺寸小；

(4)制造简单，能保持较高的精度。

螺纹紧固件几乎在所有的机械设备上使用，因此，螺纹联接技术是确保机械系统可靠性的最重要技术之一。由于频繁使用，螺纹紧固件已成为最标准化的零部件之一。在ISO和JIS之类的通用标准中已经提供了螺栓、螺母以及垫片等按其尺寸（公称直径、长度、头部形状等）和强度等级分类的零件目录表。因此，只需从标准中选择，任何规格的螺纹紧固件很容易使用。带来的结果是螺纹紧固件变成了一种非常简便的零件，通过“单纯的选择”就可以“设计”。

螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。传统的螺纹检测方法是利用螺纹量规进行接触或利用万能工具显微镜进行人工测量，工作量大，工作效效率规的低，测量结果易受人为影响。

根据平面图形的形状，螺纹可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹等。根据螺旋线的绕行方向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹，规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。根据螺旋线的数目，可分为单线螺纹和等距排列的多线螺纹。为了制造方便，螺纹一般不超过4线 。

螺纹可以被定义为一个围绕圆柱的斜面并与斜面等效。反之，螺纹的展开就是一个斜面。自锁现象，指的是如果作用于物体的主动力的合力Q的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力R与之平衡，物体保持静止。

反之，如果主动力的合力Q的作用线在摩擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。摩擦角与自锁现象法向反力N与摩擦力F的合力R称为支持面对物体的全反力。 即摩擦力F达到最大值Fmax时，这时的夹角a也达到最大值b，把b称为摩擦角 。

序

译者的话

前言

第1章螺纹联接设计的基本

过程1

第2章螺纹联接的故障现象3

2.1拧紧过程中的故障3

2.2拧紧过程后的故障4

2.3故障的特点和原因5

第3章螺纹紧固件的基本

原理7

3.1螺纹紧固件的力学原理7

3.1.1斜面原理7

3.1.2紧固扭矩与螺栓轴向预紧力

之间的关系8

3.1.3螺栓轴向预紧力与螺栓、被

联接件的弹性变形之间的

关系12

3.1.4外加载荷和施加在螺栓上的

载荷之间的关系14

3.1.5螺栓和被联接件的弹簧

常数19

3.2螺纹紧固件的装配24

3.2.1轴向预紧力作用下螺栓的

屈服24

3.2.2扭矩（紧固）法27

3.2.3塑性区紧固法29

3.2.4其他装配方法31

3.3螺栓的静态失效32

3.3.1螺栓的拉伸断裂32

3.3.2螺栓的剪切断裂32

3.4螺栓的疲劳断裂33

3.4.1疲劳断裂33

3.4.2螺纹的疲劳断裂34

3.4.3偏心载荷作用下的系统

形变图35

3.4.4螺纹的疲劳极限36

3.5螺纹失效38

3.6螺栓的延迟断裂43

3.7被联接件的分离45

3.8被联接件的滑动46

3.9螺栓松动47

3.9.1旋转松动47

3.9.2非旋转松动57

3.9.3防松措施67

3.10螺纹规格72

3.10.1螺纹的基本形状72

3.10.2螺纹牙底的形状73

3.10.3外螺纹的应力面积73

3.10.4支承面面积74

3.10.5螺栓和螺母的力学性能74

3.10.6螺栓头下圆角半径76

第4章螺纹联接设计方法77

4.1确定作用在机器（系统或部件）

上的载荷78

4.2计算作用在螺纹联接系统上的

载荷79

4.3将螺纹联接系统上的载荷分解成

剪切载荷分量、拉伸载荷分量

和偏心量79

4.4防止各种问题发生的研究79

4.4.1与剪切载荷Ws有关的

研究79

4.4.2（纯）拉伸载荷的研究83

4.4.3偏心拉伸载荷的研究85

4.5螺栓尺寸、螺栓强度和紧固扭矩

的确定86

4.6对过度拧紧和应力腐蚀开裂的

研究88

4.7使用样件进行功能验证试验89

第5章螺纹联接可靠性评价

方法90

5.1样品的条件90

5.2试验载荷91

5.2.1概述91

5.2.2最大保证载荷91

5.2.3防滑保证载荷91

5.2.4防松保证载荷91

5.2.5防分离保证载荷92

5.2.6防疲劳保证载荷92

5.2.7温度92

5.3故障分析迹象92

5.3.1是否拧紧92

5.3.2螺栓失效原因93

5.3.3松动及其原因研究93

5.4故障特征99

5.4.1剪切载荷作用下的旋转

松动99

5.4.2拉伸载荷作用下的螺栓

疲劳断裂100

5.4.3蠕变（应力松弛）引起的

松动100

5.5松动的测量方法101

5.5.1残余扭矩的测量方法101

5.5.2螺栓和螺母的松动角度测量

方法102

5.5.3弹簧垫圈上升量测量

方法103

5.5.4检查旋转和滑动存在的

方法103

5.5.5残余轴向预紧力的测量

方法104

5.6轴向预紧力的测量方法104

5.6.1使用超声轴向预紧力测

量仪的方法104

5.6.2使用螺栓贴应变片的测量

方法106

5.6.3使用压力传感器的方法108

5.7螺纹紧固件摩擦系数的测量

方法109

5.7.1样品109

5.7.2测量装置109

5.7.3拧紧速度110

5.7.4螺纹摩擦系数、支承面摩擦

系数和总摩擦系数的

计算110

螺纹紧固件联接工程第6章螺纹联接的检查方法113

6.1紧固扭矩和检查扭矩之间的

关系113

6.2紧固扭矩的检查114

6.3紧固扭矩的监测和记录114

6.4根据轴向预紧力进行的检查114

第7章各类螺纹紧固件的

使用116

7.1垫片116

7.1.1垫片的承载表面功能117

7.1.2垫片的隔离功能117

7.1.3弹簧垫圈的弹簧功能118

7.1.4垫片的必要性120

7.2双头螺柱120

7.3自攻螺钉121

7.4止动部件122

7.4.1螺纹阻力型止动123

7.4.2机械式止动124

7.4.3支承面阻力型止动125

7.4.4胶粘剂125

7.4.5如何评价止动部件的

性能125

7.5双螺母128

7.6粗牙螺纹和细牙螺纹128

7.7支承面角度129

第8章螺纹设计计算实例131

8.1承受剪切载荷的联接系统：曲轴

和飞轮之间的联接131

8.2承受扭转载荷的联接系统：曲轴

和带轮之间的联接137

8.3承受偏心拉伸载荷的联接系统：

连杆和连杆盖之间的联接145

8.4承受惯性力的联接系统：安装

计算机152

8.5承受一次性大冲击载荷的联接

系统：安全带肩带固定器的

安装156

8.6电气功能件的联接系统：车窗

玻璃电动升降器的安装162

8.7暴露于高温下的联接系统：

排气歧管和排气管之间的

联接166

第9章为进一步理解螺纹紧固件

进行的计算练习171

附录185

附录A附图185

附图1~6六角头螺栓（粗牙）

的T-F-μ-σy

图185~188

附图7~12六角法兰面螺栓（细

牙）的T-F-μ-σy

图188~191

附图13~18小六角头螺栓（细牙）的T-F-μ-σy

图191~194

附录B附表194

附表1螺纹中径、底径、应力面积

（As）和牙底横截面积（A3）

一览表194

附表2外螺纹零件（粗牙和细牙

螺纹）轴向拉伸试验中最

小屈服载荷196~197

附表3材料的临界面压198

附表4支承面积Aw（最小值）和

应力面积As比值表199

附表5支承面等效摩擦直径

dw200

附表6接触面的摩擦系数201

附表7不同材料的热膨胀系数α、

弹性模量E和剪切

模量G201

附表8推荐的螺纹临界啮合

长度值203

附表9从维氏硬度值获得的钢铁

材料（光滑试样）强度值

的估算203

附录C符号列表204

参考文献2072100433B