MJ螺纹紧固件简介一.docx

MJ 螺纹紧固件简介 （一）孙小炎（中 国 航 天 标 准 化 研 究 所 ， 北 京 ， 100071）文摘：概 述 MJ 螺纹现行的国内外标准情 况及其主要特征 ， 介 绍 MJ 螺纹紧固件的结 构 和 性 能 特 点 ， 展 望 MJ 螺纹紧固件在航天领域的应用前景 。关键词：MJ 螺 纹 ； 螺 纹 紧 固 件 ； 结 构 ；性 能 ； 紧 固 件 标 准 ； 应 用 前 景 。紧固件在国际上通常分为两大类 ：第 一 类 是是在统一螺纹的基础上加大 牙 底 圆 弧 半 径 ，最 早一 般 用 途 紧 固 件 ， 其 标 准 由 ISO/TC2 （ 紧 固 件 技出 现 在 美 国 军 用 标 准 MIL S 8879 加 大 小 径控制牙底圆弧半径的螺纹通用规范 中 。术 委 员 会 ） 归 口 ，我 国 的 紧 固件国家标准即属于 该标准体系范畴 ； 第 二 类 是 航空航天紧固件 ，由国 际 标 准 化 组 织（ISO ） 于 1981 年 正 式 制 定ISO/TC20/SC4 （ 航空航天紧固件分技术委 员 会 ）了 MJ 螺纹的国际标准 。 现行的国际标准共有 6归 口 ， 我国的军用标准 、航 空行业标准和航天行 个 ：ISO 5855 -1 ： 1999 航 空 航 天 MJ螺 纹业标准均属于该标准体系范畴 。在航空航天紧固 第 1 部 分 ： 通 用 要 求 ； ISO 5855 -2 ： 1999 航件 国 际 标 准 中 ，全 都 采 用 MJ 螺 纹 ，这 类 紧 固 件空 航 天 MJ 螺 纹纹 的 极 限 尺 寸 ；第 2 部 分 ：螺栓和螺母用螺 又 称 为“ MJ 螺 纹 紧 固 件 ” ， MJ 螺纹紧固件是国 ISO 5855 -3 ： 1999 航 空 航际上航空航天专用紧固件 。为了使航天产品的设 天 MJ 螺 纹第 3 部 分 ：管路件用螺纹的极限 计人员对这类紧固件有个基 本 了 解 ，本 文 将 简 要尺 寸 ； ISO 3161 ： 1999 航 空 航 天 UNJ 螺 纹一般要求和极限尺寸 ； ISO 3353 -1 ： 2000 航介 绍 MJ 螺 纹 及 其 紧固件的主要特点 、标 准 及 其应 用 情 况 。 为 叙 述 方 便 ，文 中 将 MJ 螺 纹 紧 固 件空 航 天 螺纹引导和收 尾第 1 部 分滚 压 外 螺简 称 为“MJ 紧 固 件 ” 、 相 应 的 螺 栓 、螺 母 简 称 为纹 ； ISO 3353 -2 ： 2002 航 空 航 天 螺 纹 引 导“ MJ 螺 栓 ” 、“ MJ 螺 母 ” ；而将普通螺纹螺栓 、“M 螺 母 ”。和 收 尾第 2 部 分内 螺 纹 。螺 母 则 简 称 为“M 螺 栓 ”、我 国 于 1982 年就根据国际标准制定 了 相 应的 MJ 螺纹国家军用标准 。 现 行 标 准 共 有 4 个 ：MJ 螺纹概述MJ 螺纹是一种螺纹牙底圆弧半径加 大 并 受1GJB 3.1A 2003 MJ 螺 纹第 1 部 分通 用 要求 ；GJB 3.2A 2003 MJ 螺 纹第 2 部 分螺控 的 米 制 螺 纹 ，表 示 米 制 ， 以 字 母“ M ”“ J ”栓 和 螺 母 螺 纹 的 极 限 尺 寸 ； GJB 3.3A 2003的形状表示螺纹牙底的特征 。 加大螺纹牙底圆弧 半 径 ， 是为了减少螺纹承载 的 应 力 集 中 ， 提 高 螺 纹的抗疲劳寿命 。 由 于 这 种 螺纹的抗疲劳寿命远 MJ 螺 纹第 3 部分 管路件用螺纹的极限尺 寸 ； GJB 521985 MJ 螺 纹首 尾 。MJ 螺纹的基本牙型与普通螺纹惟一 的 区 别是 ： 螺纹小径的削平高度由 H/4 增 大 到 5H/16比 普 通 螺 纹 高 ，纹 ”。所 以 MJ 螺 纹 又 称“ 抗 疲 劳 螺（如 图 1 所 示 ），这是由于相应外螺纹的 牙 底 圆 弧MJ 螺纹来源于英制的 UNJ 螺 纹 ，UNJ 螺 纹半径加大的结果 。航天标准化2009 年第 1 期- 9 -注 ： d 螺 纹 大 径 ； d2 螺 纹 中 径 ； d1 螺 纹 小 径 ； P 螺 距 ； Td 大 径 公 差 ； Td 小1径 公 差 ； T d 中 径 公 差 ； 半 角 误 差 ；2Rmax 最大牙底圆弧半径 ； Rmin 最 小 牙 底 圆 弧 半 径 。图 2MJ 外 螺 纹 牙 型MJ 螺纹紧固件简介（一）孙小炎MJ 螺纹的主要特点 表 现 在 外 螺 纹 。 MJ 外 螺纹的最大实体牙型和最小实体牙型如图 2 所 示 。外螺纹的收尾对螺纹连接的影响较大 ，螺 纹收尾是螺栓发生失效的常见 部 位 之 一 。螺 纹 收 尾螺纹的牙底与牙侧由光滑圆 弧 连 接 ，螺 纹 的 牙 底是完整螺纹的最后一 个牙底到螺栓光滑圆柱 （x ）圆 弧 半 径 处 在 0.15011P 0.18042P 的 范 围 内 。螺纹的实际牙型是一条连续 光滑的凹形曲线 ，外曲面起点之间的部分 （ 长 度 不 超 过 2P ） 。收 尾 不 完整的螺纹沟槽深度应逐渐减小 ，平滑地过渡到光 线上的任何一处的连接圆弧 ，其半径都不小于 杆的外圆表面上 ，并 且 沟 槽 的牙底圆弧半径不能 0.15011P 。 而 在 M 螺 纹 中 ， 8.8 级 以 上 的 螺 栓 ，螺纹牙底圆弧半径 不 小 于 0.125P ， 显 然 要 比 MJ 螺 纹 小 得 多 。 这 就 是 MJ 螺纹的疲劳寿命高于普 通螺纹的最主要的原因 。小 于 0.15011P 。如 此 规 定 对 减小收尾部分的应力 集 中 、 改善螺栓的受力情况有重要作用 。MJ 内螺纹没有特殊 要 求 ， 与普通螺纹相似 。为了防止与外螺纹最大实体 牙 型 发 生 干 涉 ，内 螺纹的牙顶削平高度由 H/4 加 大 到 5H/16 。基 于 此原 因 ， MJ 螺纹螺母的小径要比普通螺纹螺 母 的小 径 大 ， 一般来说两者不能互换 。标 准 规 定 ， MJ 螺 栓 螺纹的公差带全部为 4h6h ， 螺 母 螺 纹 为 4H6H （ 公 称 直 径 5mm ）或4H5H （ 公 称 直 径 6mm ） 。高 精 度 的 螺 纹 配 合 不仅可以实现紧固件的精装配 ，紧固件的锁紧力矩 。也有利于稳定自锁 国内外 MJ 紧固件标准情况ISO 从 上 世 纪 70 年代起就开始制定航空航 2天紧固件国际标准 ，截 至 2003 年 ，共 发 布 标 准95 项 ， 其 中 有 MJ 紧 固 件 标 准 75 项 。这 些 标 准只有紧固件的基础标准 ， 包 括 ： 紧 固 件 尺 寸 标准 、 螺 纹 及 其 测 量 、 紧固件形位公差 、 试 验 方 法 、 采 购 规 范 等 ， 适 用 于 航 空 航 天 器 （飞 机 、 航 天 器 、 导弹、 火箭等 ） 的结构和发动机 。航天标准化2009 年第 1 期- 10 -MJ 螺纹紧固件简介（一）孙小炎欧洲标准是世界上最大的区域性标准 。随 着“ 螺 钉 ”称 为“ 螺 纹 到 头 螺 栓 ” 。 在 这 种 情 况 下 ，欧洲经济一体化进程的推进 ，欧洲航空航天紧固 就没有必要去刻意理清螺栓 和 螺 钉 的 定 义 。使 用件标准得到了迅速发展 ， 特别是从上世纪 90 年什 么 标 准 ， 就按什么标准去 称 呼 它 ，服 从 相 应 标代 以 来 ， 发展速度明显加快 。欧洲标准在直接采 准 给 出 的 名 称 。 本 文为了叙述方便 ， 采 用 ISO/用 ISO 标 准 的 基 础 上 ， 结合欧洲的具体情况 ，制TC20/SC4 的 做 法 ，将有头的外螺纹紧固件统称 定了大量的产品标准 。截 至 2008 年 ，欧 洲 航 空为 螺 栓 ， 但这里的螺栓不包 括 紧 定 螺 钉 、钉 、 自攻螺钉以及自攻自钻螺钉等 。木 螺航天紧固件标准共有 226 项 ， 其 中 有 关 MJ 紧 固件 的 标 准 有 189 项 。螺栓头形结构螺栓头有两个主要功能 ：3.2俄罗斯没有采用 MJ 螺 纹 ，但在其航空航天 一是支承或者承载 器（ 包 括 导 弹 ） 上使用了类似的 MR 螺 纹 。 MR作 用 ； 二 是 扳 拧 作 用 。 支 承 面 越 大 ，螺 栓 头 部 的螺纹具有类似于 MJ 螺纹的基本特点 ，外 螺 纹 牙承 载 能 力 越 强 。 一 般 来 说 ，凸 头（ 非 沉 头 ）的 承底 圆 弧 半 径 为 0.144P0.180P ， 与 MJ 螺 纹 基 本 相符 ， 完 全 可 以 用 MJ 螺 纹 代 替 之 。拉能力大于沉头的承拉能力 。 凸 头 包 括 六 角 头 、双 六 角 头 、 花 键 头 、 盘 头 、 圆 柱 头 等 。国 内 的 MJ 紧 固 件 标 准有国家军用标准 、航六角头可分为标准六角头 、大六角头和小六 天行业标准和航空行业标准 。航天行业标准是上 角头等三个基本 系 列 。 表 1 给 出 了 MJ 六 角 螺 栓头的对边宽度和 M 螺 栓 的 比 较 。世 纪 90 年 代 初 依 据 ISO/TC20/SC4 标 准 或 标 准 草案 制 定 的 ， 内 容 包 括 螺 栓 、 螺 钉 、 螺 柱 、普 通 螺表 1六角螺栓头的对边宽度 mm母 、 开 槽 螺 母 、 自 锁 螺 母 、 高 锁 螺 栓 等 ，共 有54 项 标 准 ， 其结构尺寸完 全 采 用 了 ISO TC20 SC4 的 标 准 ， 性 能 指 标 也 符合现行国际标准 ，并且采用了相应的强度等级和 温 度 等 级 制 度 ，代号及其标记都采用了国际 上 通 用 的 方 法 。规 格国 家军用标准和航空行业标准是 在原航空行业标准 （M 紧 固 件 ） 的 基 础 上 吸 收 ISO/TC20/SC4 标 准 的技 术 内 容 ， 主要品种包括螺栓 、 螺 钉 、高 锁 螺栓 、 高 锁 螺 母 等 ， 结构尺寸既有符合 ISO 标 准的 ， 又有符合原航空行业标准的 ， 特 点 是 螺 栓 、螺钉的品种较多 ， 性能指标符合现行国际标准 。MJ 紧固件的结构特点螺栓和螺钉的基本概念螺栓和螺钉都是最常用的螺纹紧固件 ， 但 是33.1什 么 叫 螺 栓什 么 叫 螺 钉国 内（Bolt ） 、（Screw ） ，外的标准都没有明确定义 。 国 内 的 航 空 、 航 天 行业 习 惯 上 将 “ 半 螺 纹 ” 的 叫 做 “ 螺 栓 ” ， 而 将 “ 全 螺 纹 ” 的 称 为 “ 螺 钉 ” 。 在我国的国家标准 中 ， 则习惯于将六角头的外 螺纹紧固件称为螺 栓 ， 其它头形的叫做螺钉 。 这些区分方法都没有 双 六 角（ bihexagon ， 12 point ）是 由 两 个 正六 边 形围绕中心相对转动 30 所形成的几何图 形 。双 六 角 头 是 MJ 紧固件最常用的头形 ，国 内也 有 人 将 这 种 头 形 称 为“12 角 头 ” 。双 六 角 头 根据头部的厚薄分为厚 、 标 准 、薄 等 3 个 系 列 。花严格的国际标准 依 据 。在 ISO/TC20/SC4 制 定 的键 头 （ spline head ） 也 是 MJ 紧固件的基本头形 紧 固 件 标 准 体 系 中 ， 很 少 出 现 “ 螺 钉 ”（Screw ）之 一 。度 小 ，与六角头螺栓相比 ， 这两种头形的对边宽 既 可 减 轻 重 量 ， 又 可 节 省 安 装 空 间 ， 而 其一 词 ， 统 称 为 “ 螺 栓 ” ， 而 将 我 们 通 常 所 说 的航天标准化2009 年第 1 期- 11 -螺 纹 公 称 直 径对 边 宽 度 （S）MJ 螺 栓M 螺 栓普 通六 角大 六 角小 六 角普 通六 角大 六 角3675.54787589861011108131412131017141612191718211422192124162422242718272427302030273034注 ： MJ 螺 栓 的普通六角系列主要用于强度等级小于或等 于 1100MPa 的 螺 栓 。双 六 角 头 花 键 头图 3双六角头螺栓和花键头螺栓 表 2常见内扳拧结构特点比较 MJ 螺纹紧固件简介（一）孙小炎抗扳拧能力却比六角头大得多 ，常用于强度等级 有较大的扳拧力矩 ， 在 欧 洲 的 MJ 螺 栓 标 准 中 已经 采 用 。高 于 1100MPa 的 MJ 高 强 度 螺 栓 。键 头 如 图 3 所 示 。双 六 角 头 和 花沉头有三种型式 ： 90 、 100 和 120 ，传 统使 用 90 和 120 沉 头 。 120 沉头主要用于薄壁结 构（ 如 薄 蒙 皮 ） ， 但因头部厚度太薄 ，十 字 槽 深度 不 易 控 制 ， 过 浅 ，装 拆 时 容 易“打 滑 ”； 过 深 ，则会削弱钉头强度 ， 易 掉 头 。在 MJ 螺 栓 中 ，只有 100 沉 头 和 100 小 沉 头 两 种 。小 沉 头 是 因 头部高度减小而使得直径变小 ， 用 于 薄 壁 结 构 。内扳拧结构内扳拧结构用于沉头 、 盘 头 、盘 头（pan head ） 的形状像个盘子 ，是 最 常3.3用的螺栓头形之一 。目 前 已 经逐步替代了大同小 圆 柱 头 等 圆 形异 的 半 圆 头 、 平 圆 头 、 扁 圆 头 、 平 凸 头 等 头 形 。头 。槽 、常见的内扳拧结构有开槽 （ 一 字 槽 ） 、十 字圆柱头具有独特的使用场合 ，在用作沉头时仍具 内六角和内六花形等 ，见 表 2 。偏 置 型 十 字 槽 是 国 际 标 准（ ISO 7994 ：承受很大的扭矩 ， 特 别 是 在 拧 松 螺 栓 时 ，更 能 表1985 ） 选 定 的 用 于 MJ 螺 栓 的 十 字 槽 ，我 国 等 同现 出 这 种 十 字 槽 的 优 越 性 。 另 外 ，这 种 十 字 槽采 用 后 制 定 了 GB T 12520 高 扭 矩 十 字 槽 。这还 有 一 个 特 点 ， 就是所需的插入深 度 比 较 浅 ，种 槽 的 4 个槽翼侧面各有一个高 0.1mm 的 纵 向比 普 通 H 型 十 字 槽 要 浅 1/4 左 右 ，对 保 证 螺 栓小 凸 棱（ 见 图 4 ） 。 拧 松 螺 栓 时 ，这 些 凸 棱 与 专头 的 强 度 ，特 别是小沉头螺栓 的头部强度有重 用旋具上的径向齿互相干涉 ，在小凸棱上形成能 要 保 护 作 用 。偏置型十字槽的最大缺点是制造工艺复杂 ，够阻止旋具退出的凹槽 。 因 此 ， 这种十字槽能够 航天标准化2009 年第 1 期- 12 -MJ 螺纹紧固件简介（一）孙小炎特别是旋具制 造 麻 烦 ， 严重影响推广应用 。 2002纹 长度分为长螺纹 、 中螺纹和短螺纹 ， 见 图 5 和年 ，ISO TC20 SC4 又制定了一套适于中低强度 表 3。 长 螺 纹 的 长 度 与 M 螺 栓 相 等 ，均 等 于螺 栓 的 飞利浦十字槽标准 （2d+6 ） mm ， 用 于 抗 拉 螺 栓 ；短 螺纹适用于抗剪 （ ISO 14279 ： 2002 ） 。我国航空航天通用零部件标 准化技术委员会根据 螺 栓 ； 中螺纹适用于承受拉剪复合载荷的 螺 栓 。该 标 准 ，针对盘头和沉头结构制定了 GJB 5430需 要 注 意 的 是 ， 中 、短 螺 纹 的螺纹长度包括螺纹 2005 十 字 槽 ，这种十字槽可使用通用的飞利 收 尾 ，长螺纹的螺纹长度不包括螺纹收尾 。浦十字槽旋具进行扳拧 ， 不必再专门制造 旋 具 ，但由于其抗扳拧性能较差 ，于 或 等 于 1100MPa 的 螺 栓 。只能用于强度等级小 螺纹长度按 照 ISO TC20 SC4 的 规 定 ，3.4MJ 螺