螺紋緊固件緊固原理

螺紋可以被定義為一個圍繞圓柱的斜面并與斜面等效。反之，螺紋的展開就是一個斜面。自鎖現(xiàn)象，指的是如果作用于物體的主動力的合力Q的作用線在摩擦角之內，則無論這個力怎樣大，總有一個全反力R與之平衡，物體保持靜止。

反之，如果主動力的合力Q的作用線在摩擦角之外，則無論這個力多么小，物體也不可能保持平衡。這種與力大小無關而與摩擦角有關的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。摩擦角與自鎖現(xiàn)象法向反力N與摩擦力F的合力R稱為支持面對物體的全反力。 即摩擦力F達到最大值Fmax時，這時的夾角a也達到最大值b，把b稱為摩擦角 。

螺紋聯(lián)接的特點：

(1)螺紋擰緊時能產生很大的軸向力；

(2)它能方便地實現(xiàn)自鎖；

(3)外形尺寸?。?

(4)制造簡單，能保持較高的精度。

螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有結構簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點。傳統(tǒng)的螺紋檢測方法是利用螺紋量規(guī)進行接觸或利用萬能工具顯微鏡進行人工測量，工作量大，工作效效率規(guī)的低，測量結果易受人為影響。

根據(jù)平面圖形的形狀，螺紋可分為三角形、矩形、梯形和鋸齒形螺紋等。根據(jù)螺旋線的繞行方向，可分為左旋螺紋和右旋螺紋，規(guī)定將螺紋直立時螺旋線向右上升為右旋螺紋，向左上升為左旋螺紋。機械制造中一般采用右旋螺紋，有特殊要求時，才采用左旋螺紋。根據(jù)螺旋線的數(shù)目，可分為單線螺紋和等距排列的多線螺紋。為了制造方便，螺紋一般不超過4線 。

螺紋緊固件幾乎在所有的機械設備上使用，因此，螺紋聯(lián)接技術是確保機械系統(tǒng)可靠性的最重要技術之一。由于頻繁使用，螺紋緊固件已成為最標準化的零部件之一。在ISO和JIS之類的通用標準中已經(jīng)提供了螺栓、螺母以及墊片等按其尺寸（公稱直徑、長度、頭部形狀等）和強度等級分類的零件目錄表。因此，只需從標準中選擇，任何規(guī)格的螺紋緊固件很容易使用。帶來的結果是螺紋緊固件變成了一種非常簡便的零件，通過“單純的選擇”就可以“設計”。

序

譯者的話

前言

第1章螺紋聯(lián)接設計的基本

過程1

第2章螺紋聯(lián)接的故障現(xiàn)象3

2.1擰緊過程中的故障3

2.2擰緊過程后的故障4

2.3故障的特點和原因5

第3章螺紋緊固件的基本

原理7

3.1螺紋緊固件的力學原理7

3.1.1斜面原理7

3.1.2緊固扭矩與螺栓軸向預緊力

之間的關系8

3.1.3螺栓軸向預緊力與螺栓、被

聯(lián)接件的彈性變形之間的

關系12

3.1.4外加載荷和施加在螺栓上的

載荷之間的關系14

3.1.5螺栓和被聯(lián)接件的彈簧

常數(shù)19

3.2螺紋緊固件的裝配24

3.2.1軸向預緊力作用下螺栓的

屈服24

3.2.2扭矩（緊固）法27

3.2.3塑性區(qū)緊固法29

3.2.4其他裝配方法31

3.3螺栓的靜態(tài)失效32

3.3.1螺栓的拉伸斷裂32

3.3.2螺栓的剪切斷裂32

3.4螺栓的疲勞斷裂33

3.4.1疲勞斷裂33

3.4.2螺紋的疲勞斷裂34

3.4.3偏心載荷作用下的系統(tǒng)

形變圖35

3.4.4螺紋的疲勞極限36

3.5螺紋失效38

3.6螺栓的延遲斷裂43

3.7被聯(lián)接件的分離45

3.8被聯(lián)接件的滑動46

3.9螺栓松動47

3.9.1旋轉松動47

3.9.2非旋轉松動57

3.9.3防松措施67

3.10螺紋規(guī)格72

3.10.1螺紋的基本形狀72

3.10.2螺紋牙底的形狀73

3.10.3外螺紋的應力面積73

3.10.4支承面面積74

3.10.5螺栓和螺母的力學性能74

3.10.6螺栓頭下圓角半徑76

第4章螺紋聯(lián)接設計方法77

4.1確定作用在機器（系統(tǒng)或部件）

上的載荷78

4.2計算作用在螺紋聯(lián)接系統(tǒng)上的

載荷79

4.3將螺紋聯(lián)接系統(tǒng)上的載荷分解成

剪切載荷分量、拉伸載荷分量

和偏心量79

4.4防止各種問題發(fā)生的研究79

4.4.1與剪切載荷Ws有關的

研究79

4.4.2（純）拉伸載荷的研究83

4.4.3偏心拉伸載荷的研究85

4.5螺栓尺寸、螺栓強度和緊固扭矩

的確定86

4.6對過度擰緊和應力腐蝕開裂的

研究88

4.7使用樣件進行功能驗證試驗89

第5章螺紋聯(lián)接可靠性評價

方法90

5.1樣品的條件90

5.2試驗載荷91

5.2.1概述91

5.2.2最大保證載荷91

5.2.3防滑保證載荷91

5.2.4防松保證載荷91

5.2.5防分離保證載荷92

5.2.6防疲勞保證載荷92

5.2.7溫度92

5.3故障分析跡象92

5.3.1是否擰緊92

5.3.2螺栓失效原因93

5.3.3松動及其原因研究93

5.4故障特征99

5.4.1剪切載荷作用下的旋轉

松動99

5.4.2拉伸載荷作用下的螺栓

疲勞斷裂100

5.4.3蠕變（應力松弛）引起的

松動100

5.5松動的測量方法101

5.5.1殘余扭矩的測量方法101

5.5.2螺栓和螺母的松動角度測量

方法102

5.5.3彈簧墊圈上升量測量

方法103

5.5.4檢查旋轉和滑動存在的

方法103

5.5.5殘余軸向預緊力的測量

方法104

5.6軸向預緊力的測量方法104

5.6.1使用超聲軸向預緊力測

量儀的方法104

5.6.2使用螺栓貼應變片的測量

方法106

5.6.3使用壓力傳感器的方法108

5.7螺紋緊固件摩擦系數(shù)的測量

方法109

5.7.1樣品109

5.7.2測量裝置109

5.7.3擰緊速度110

5.7.4螺紋摩擦系數(shù)、支承面摩擦

系數(shù)和總摩擦系數(shù)的

計算110

螺紋緊固件聯(lián)接工程第6章螺紋聯(lián)接的檢查方法113

6.1緊固扭矩和檢查扭矩之間的

關系113

6.2緊固扭矩的檢查114

6.3緊固扭矩的監(jiān)測和記錄114

6.4根據(jù)軸向預緊力進行的檢查114

第7章各類螺紋緊固件的

使用116

7.1墊片116

7.1.1墊片的承載表面功能117

7.1.2墊片的隔離功能117

7.1.3彈簧墊圈的彈簧功能118

7.1.4墊片的必要性120

7.2雙頭螺柱120

7.3自攻螺釘121

7.4止動部件122

7.4.1螺紋阻力型止動123

7.4.2機械式止動124

7.4.3支承面阻力型止動125

7.4.4膠粘劑125

7.4.5如何評價止動部件的

性能125

7.5雙螺母128

7.6粗牙螺紋和細牙螺紋128

7.7支承面角度129

第8章螺紋設計計算實例131

8.1承受剪切載荷的聯(lián)接系統(tǒng)：曲軸

和飛輪之間的聯(lián)接131

8.2承受扭轉載荷的聯(lián)接系統(tǒng)：曲軸

和帶輪之間的聯(lián)接137

8.3承受偏心拉伸載荷的聯(lián)接系統(tǒng)：

連桿和連桿蓋之間的聯(lián)接145

8.4承受慣性力的聯(lián)接系統(tǒng)：安裝

計算機152

8.5承受一次性大沖擊載荷的聯(lián)接

系統(tǒng)：安全帶肩帶固定器的

安裝156

8.6電氣功能件的聯(lián)接系統(tǒng)：車窗

玻璃電動升降器的安裝162

8.7暴露于高溫下的聯(lián)接系統(tǒng)：

排氣歧管和排氣管之間的

聯(lián)接166

第9章為進一步理解螺紋緊固件

進行的計算練習171

附錄185

附錄A附圖185

附圖1~6六角頭螺栓（粗牙）

的T-F-μ-σy

圖185~188

附圖7~12六角法蘭面螺栓（細

牙）的T-F-μ-σy

圖188~191

附圖13~18小六角頭螺栓（細牙）的T-F-μ-σy

圖191~194

附錄B附表194

附表1螺紋中徑、底徑、應力面積

（As）和牙底橫截面積（A3）

一覽表194

附表2外螺紋零件（粗牙和細牙

螺紋）軸向拉伸試驗中最

小屈服載荷196~197

附表3材料的臨界面壓198

附表4支承面積Aw（最小值）和

應力面積As比值表199

附表5支承面等效摩擦直徑

dw200

附表6接觸面的摩擦系數(shù)201

附表7不同材料的熱膨脹系數(shù)α、

彈性模量E和剪切

模量G201

附表8推薦的螺紋臨界嚙合

長度值203

附表9從維氏硬度值獲得的鋼鐵

材料（光滑試樣）強度值

的估算203

附錄C符號列表204

參考文獻2072100433B