紧固件设计规范

版本号制定/更改概述制定/更改会签审核批准实施日期V10创建蒋壮紧固件设计规范广电运通金融电子股份有限公司文控中心发文件制定/更改记录文档历史记录编号与名称版本日期修改说明参与人员紧固件设计规范V1020111012新建编写蒋壮王建刚审核李喆陈小电批准谭栋目录1目的52适用范围53紧固件设计规范531螺栓，螺钉的选用5311螺栓组受力计算5312按强度计算螺栓尺寸732螺栓，螺钉的预紧10321预紧的目的10322预紧力F的确定10323拧紧力矩M的计算11324拧紧力矩的控制方法1333螺栓，螺钉的防松14331松动机理14332防松方法154常见紧固件的技术参数1541螺栓15411六角头螺栓15412六角头螺栓全螺纹1742螺母18421六角螺母C级18422六角薄螺母无倒角1943螺钉19431十字槽盘头螺钉19432十字槽沉头螺钉十字平头螺钉20433内六角圆柱端紧定螺钉21434组合螺钉22435螺钉、螺栓的过孔和沉头座2344自攻螺钉24441十字槽盘头自攻螺钉（十字圆头自攻螺钉）24442十字沉头自攻螺钉十字平头自攻螺钉2545垫圈27451标准型弹簧垫圈27452平垫圈2746开口挡圈2947圆柱销32471弹性圆柱销32472实心圆柱销3248铆钉34481沉头铆钉34482圆头铆钉35483开口型肩圆头抽芯铆钉35484开口型沉头抽芯铆钉36485铆钉规格适用于被铆件的总厚度375常见紧固件的材料要求376机械螺纹的主要技术参数407参考文献418附录4181常用紧固件选用便览表4182世界钢号对照表461目的规范广电运通研究院紧固件的设计选型，并为生产装配螺栓，螺钉时扭力的确定提供依据。2适用范围本规范适用于广电运通研究院自研模块紧固件设计选型。3紧固件设计规范31螺栓，螺钉的选用311螺栓组受力计算在计算螺栓组时，要求出受力最大的螺栓载荷，首先把螺栓组所受载荷向接合面螺栓组几何中心简化，找出受力最大的螺栓，进行强度计算，求出螺栓直径，其余螺栓取相同直径。下面列出四种典型情况下每个螺栓受力的计算方法（1）受横向力螺栓组普通螺栓,各螺栓受力相等；XAFZ铰制孔螺栓,各螺栓受力相等。（2）受扭转力矩螺栓组普通螺栓,各螺栓受力相等；12ZBNTFRR铰制孔螺栓,各螺栓受力与其值中心的距离成正比。MAX221ZBN（3）受轴向力螺栓组，各螺栓受力相等。ZCFZ（4）受翻转力矩螺栓组，各螺栓受力与其到中心的距离成正比。MAX221XDNMLF312按强度计算螺栓尺寸普通螺栓强度计算（1）受轴向载荷松螺栓连接，214CFDSS轴向载荷CF螺纹小径1D螺栓屈服强度S安全系数，一般取1217SS（2）受横向载荷紧螺栓连接；2134PFDSSFAPKFM横向载荷，按前述章节进行计算。AF可靠性系数，取1113FK接合面数M接合面间摩擦系数F螺纹小径1D螺栓屈服强度S安全系数，见下表。SS预紧螺栓连接的安全系数（）SS静载荷变载荷材料种类M6M16M16M30M30M60M6M16M16M30M30M60碳钢43322131065656510合金钢54425257555675（3）受轴向载荷紧螺栓连接1静载荷按螺栓最大拉伸力计算，0F02134FDSS其中螺栓所受的总载荷0F螺纹小径1D螺栓屈服强度S安全系数，见上表SS2变载荷按螺栓应力幅计算A21AADCF其中轴向载荷CF许用应力幅A附表常用螺纹材料的力学性能32螺栓，螺钉的预紧321预紧的目的预紧能保证螺栓连接的可靠性，提高防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。大量的试验和使用经验证明较高的预紧力对连接的可靠性和被连接件的寿命都是有益的，特别是对有密封要求的连接更为必要。但过高的预紧力，如果控制不当或过载常会导致连接失效。322预紧力F的确定普通结构形式的螺栓螺母连接，由于拧紧螺母时螺栓螺纹部分受到有两种应力，由预紧力引起的拉应力和由螺纹力矩引起的扭转剪应力。所以拧紧螺母使螺栓断裂的预紧力一般为使螺栓单纯拉伸断裂的拉力的80以下。为了充分发挥螺栓连接的潜力和保证连接的可靠性，螺栓的预紧应力应P在小于08（为螺栓材料的屈服极限）的条件下取较高值。S在实践中，或按经验数据，或按所取预紧应力应取值，或根据连接工P作时应具有的残余预紧力或摩擦力来定出连接需要的预紧力大小。对于受拉螺栓连接，的取值如下P预紧力指标的确定要考虑如下因素是受拉螺栓还是受剪螺栓，螺栓是否承受变载荷，对连接有无密封要求，安装工具和方法的精确程度如何，连接所在部位是否便于安装等。一般机械连接，钢螺栓所用的预紧力也可考虑上述因素并参考下表数据确定。注上表计算是预紧应力乘以相应螺纹连接件的应力截面积所得。航空航天机械连接螺栓的预紧力按HBO6386确定。对于重要的螺栓连接，在产品装配图样中应注明预紧力或拧紧力矩指标，安装时要采取措施严格控制。323拧紧力矩M的计算要使螺栓或螺钉具有预紧力F,需施加拧紧力矩M,其计算方法如下所述324拧紧力矩的控制方法目前公司采用的是定力矩扭力批对螺钉的拧紧力进行控制。表1摘录和整理于机械设计手册，它是依螺纹连接拧紧力矩计算方法而得，它的计算主要考虑了螺钉螺纹的承受力，即在没有滑牙和拧断螺钉的情况下，从螺钉螺纹的强度考虑，对于电子装配中的静载荷，拧紧力矩要取破坏力矩的081以下。螺钉拧紧力矩参考值M（NM）螺纹类型螺钉规格（MM）88级109级120级M20304045M25060809M3121518M3522253粗牙M4304451M5598710M6101618M8253643表1螺钉的扭力值参考表注88/109/120是螺钉的机械性能等级，未标注的螺钉按低等级取。33螺栓，螺钉的防松螺纹连接的不足之处就是在变载、振动和冲击作用下，以及工作温度变化很大时可能松动。由松动引起连接预紧力减小甚至丧失，从而不能保证连接的紧密性，甚至造成连接松脱或连接中各件过早产生疲劳破坏，最后导致机器或飞行器等严重事故发生。松动是一个极复杂和涉及范围很广的问题，至今还有许多问题没有得到很好的解决。例如载荷引起连接松动特性数据变化的关系，通过典型松动试验方法来评价连接松动特性与实际使用情况的关系，防松方法的应用与选择等。331松动机理一般螺栓螺母均用普通螺纹，由于在静载荷下，螺纹升角小于螺纹副的当量摩擦角P，所以螺栓螺母螺纹副可满足自锁条件，再加上拧紧后螺母（或螺栓）与被连接件或垫圈支承面之间的摩擦，因此如果不是支承面压陷过深，在静载荷下连接都能保证不会松动。螺母在开始松动时，要克服螺纹力矩和螺母支承面力矩的阻碍。在螺栓预紧应力的作用下，总的阻止螺母松动力的力矩T近似等于拧紧力矩PT80。可以认为，以力矩T拧紧的螺栓连接，只要作用在螺母或螺栓头部的松动力矩不大于08T，连接就不会发生松动。但在变载、振动和冲击作用下，螺纹副的摩擦系数急剧降低，且螺纹副和螺母支承面处的摩擦阻力会瞬时消失，螺纹副不能满足自锁条件而有微量相对滑动，导致螺母回转，这样多次重复就会导致螺栓连接松动。在螺母受压和受拉螺栓连接中，当拉力作用时，由于螺纹牙侧面正压力的径向分力使螺母母体径向扩张；而螺栓栓杆则径向收缩，因此螺纹副间将有微量相对滑动。试验证明，当有此径向相对滑动时，螺母相对于螺栓回转的切向滑动很容易产生，这种现象重复多次导致连接松动。另外即使螺母不回转，螺母和螺栓头部与被连接件或垫圈的支承面由于压强过大而产生塑性环状压陷，并且在使用中这种塑性变形还可能继续发生，结果使连接的预紧力减小，也可能造成连接松动。还有螺栓连接中互相接触面（如螺纹牙侧面、各支承面、被连接件相互接触面）由于粗糙度、波纹、形状误差等，在拧紧时产生局部塑性变形，并且在使用中的外力积累作用下，有一部分变形继续发展，也会导致连接松动。对于某一具体螺栓连接，其松动可能是多种因素引起的，因而涉及的几种松动机理，其中有主有次。因此防止螺栓连接松动应针对各个因素采取措施，而其根本之点是防止螺纹副向松动方向相对转动。一般情况增大预紧力是有利于防松的。再如克服上述两种塑性变形松动的常用方法是采用大垫圈以减小压强和在连接工作一段时间后补拧螺母以消除松动。332防松方法根据防松原理可分为靠摩擦力、直接锁住和破坏螺纹运动副关系等三种。（1）摩擦防松，在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力，以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力，这种正压力可通过轴向或横向或同时两向压紧螺纹副来实现。（2）直接锁住，用止动件直接限制螺纹副的相对转动。（3）破坏螺纹运动副关系，在拧紧后采用冲点、焊接、粘结等方法，使螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆连接。采用细牙螺纹、利用其升角小而达到摩擦防松，或同时采取两种防松方法互为补充，也是很好的设计构思。航空航天机械用螺栓螺母其螺纹直径大于10MM的和许多承受变载的机械用螺栓螺母，都采用细牙螺纹的其原因也在于此。4常见紧固件的技术参数41螺栓411六角头螺栓1外形尺寸（2）优选的螺纹规格如下表3412六角头螺栓全螺纹（1）外形尺寸（2）优选的螺纹规格42螺母421六角螺母C级1）外形尺寸2）主要尺寸422六角薄螺母无倒角1）外形尺寸2）主要尺寸43螺钉431十字槽盘头螺钉1）十字槽盘头螺钉也称为十字圆头螺钉。2）十字圆头螺钉的型号M3X4，3代表是螺纹的公称直径，4代表是如图L的尺寸。注十字圆头的螺钉的L长度为螺纹的长度，不包括螺钉头的尺寸。主要尺寸螺纹规格DM25M3M4M5M6P050507081AMAX0910141620BMIN2525383838DAMAX3136475768公称MAX55689512DKMIN47537649141157公称MAX210240310370460KMIN196226292352430RMIN010010020020025RF4565810XMAX11125189229303432十字槽沉头螺钉十字平头螺钉1）、十字平头螺钉的型号M44，4代表是螺纹的公称直径，4代表是如图L的尺寸。图42注十字平头的L长度是整个螺钉的长度（包括螺钉头）2）主要尺寸螺纹规格DM25M3M4M5M6P050507081AMAX0910141620理论值556394104126实际值MAX47558493113DKMIN44528048941087K公称MA公称0608121216TMIN0506111123）公称长度L及每1000件钢制品的质量M（KG）LMLMLMLMLMD25D3D4D5D64024250395610781734083950272604398123101974592760302805271013912221501018036210061512154142455511100422120703141716269601191204821407911618520317140543160879202172537716060320106252563043720072325128302953549725087430153533440557403734561650676注（1）L小于或等于带符合的螺钉，制出全螺纹，如图42第一个图所示。（2）表中规格为通用规格，尽可能不采用括号内的规格。（3）P表示螺距。433内六角圆柱端紧定螺钉1）内六角圆柱端紧定螺钉的型号M44，4代表是螺纹的公称直径，4代表是如图L尺寸。2主要尺寸434组合螺钉1）组合螺钉是由十字小盘头螺钉平垫圈弹簧垫圈组成。2）组合螺钉的型号M4X8M代表的是螺纹，4代表是螺纹的公称直径，8代表是如图L的尺寸。3）主要尺寸螺纹规格DM25M3M4M5M6AMAX0810141620H公称0505081016H公称1216222632D2公称6791012D2公称43452367887510714）公称长度L及每1000件钢制品的质量M（KG）LMLMLMLMLMD25D3D4D5D660448079101781234614587805010088121931437166211005612096142081639420690120621410516223204422577614067161132025325502308611607320130252913056235947200852515130328356224010325099301733536540682451125012注（1）L小于或等于带符合的螺钉，制出全螺纹，如上图41所示。（2）表中规格为通用规格，尽可能不采用括号内的规格。435螺钉、螺栓的过孔和沉头座螺钉、螺栓过孔和沉头座的结构尺寸按下表选取。对于沉头螺钉的沉头座，如果板材太薄难以同时保证过孔D2和沉孔D，应优先保证过孔D2。用于螺钉、螺栓的过孔要求钣材厚度TH。用于沉头螺钉的沉头座及过孔44自攻螺钉441十字槽盘头自攻螺钉（十字圆头自攻螺钉）1）十字槽盘头自攻螺钉也称为十字圆头自攻螺钉。2）十字圆头自攻螺钉的型号ST29X6，29代表是螺纹的直径大小，6代表是如图L的尺寸。注十字圆头自攻螺钉的L长度为螺纹的长度，不包括螺钉头的尺寸。3）主要尺寸及长度注（1）P螺距。（2）表中带“”标记的规格，不予制造。442十字沉头自攻螺钉十字平头自攻螺钉1）十字沉头自攻螺钉也称为十字平头自攻螺钉。2）十字平头自攻螺钉的型号ST29X6，29代表是螺纹的直径大小，6代表是如图L的尺寸。注十字平头自攻螺钉的L长度为螺纹的长度，不包括螺钉头的尺寸。3）主要尺寸及长度注（1）P螺距。（2）表中带“”标记的规格，不予制造。45垫圈451标准型弹簧垫圈弹簧垫圈基本作用是在螺母拧紧之后给螺母一个力，增大螺母和螺栓之间的摩擦力，主要目的为了防止震动引起螺栓松动。如ATM机芯设备浮动轮支架固定螺钉一定要采用组合螺钉。但有些重要的连接，如主要依靠压紧产生摩擦力传递动力的地方是不能使用弹簧垫的。1外形尺寸2）主要尺寸452平垫圈平垫可以适应较大孔，用于增大螺栓与紧固件接触面积使之受力均匀，同时防止划伤工件表面。1平垫圈A级基本尺寸32去毛刺1优选的尺寸内径D1外径D2厚度H公称尺寸（螺纹规格D）公称（MINMAX公称（MAXMIN公称MAXMIN1617184437030350252222345470303502525272846570505504533233876640505504544344898640809075535481096411109664662121157161814884862161557161814101051077201948222182平垫圈C级1）外形尺寸2）优选尺寸3大垫圈C级1）外形尺寸2）优选尺寸说明（1）上表摘录了部分常用平垫圈的国家标准。（2）在选用垫圈时尽量采用国家标准，便于采购以及产品成本的控制。（3）因M6以上垫圈厚度公差较大，在涉及精度要求较高的配合时建议定制，以免不同批次的垫圈给装配带来影响。46开口挡圈1基本尺寸挡圈沟槽（推荐）公称直径DBSD2基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差D基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差N轴径D01209008033120415215124151225217522532522040030066250533530014257300601235435301250600400783507454359456545080040110509676001855015126007501579875168189109002280181018900901121013121051200501324121325131615002713021515006015301501101601403162047圆柱销471弹性圆柱销基本尺寸公称1152253456MIN1217222732435363DMMMAX1318232834455566SMM02030405050811AMM0203040505081120剪切KN双剪载荷MIN07015828438632112417542604BMM11111416162注销孔的公称直径等于D公称，推荐销孔公差带为H12，对于经常使用的直径为2，25的销孔的公差为0到01。472实心圆柱销基本尺寸A型D公差M6B型D公差H8C型D公差H8D型D公差U8MM公称112152253MIN100212021502200225023002A型MAX100812081508200825083008MIN098611861486198624862986B型MAX112152253MIN094114144194244294C型MAX112152253MIN101812181518201825183018DD型MAX103212321532203225323032A012016020025030040C020025030035040050L公称MINMAX54765246576624商8771829品109711029规1211651235格1413651435范1615651635围1817651835201958204222215822422423582442262558264228275828423029583042说明（1）上表摘录了常用圆柱销的国家标准。（2）A型属过渡配合，用手或木锤装配，是略有过盈的定位配合。（3）B型，C型属于间隙配合，D型属过盈配合用铜锤或压力机装配，用于紧密的组合件配合。48铆钉481沉头铆钉1）沉头铆钉的型号铆钉GB8654X8，4代表是铆钉的公称直径为，8代表是如图L的尺寸。2）主要尺寸及长度482圆头铆钉1）圆头铆钉的型号铆钉GB8674X8，4代表是铆钉的公称直径为，8代表是如图L的尺寸。2）主要尺寸及长度483开口型肩圆头抽芯铆钉1）开口型肩圆头抽芯铆钉的型号抽芯铆钉GB/T126184X8，4代表是铆钉的公称直径为，8代表是如图L的尺寸。2）主要尺寸及长度484开口型沉头抽芯铆钉1）开口型沉头抽芯铆钉的型号抽芯铆钉GB/T126174X8，4代表是铆钉的公称直径为，8代表是如图L的尺寸。2）主要尺寸及长度485铆钉规格适用于被铆件的总厚度5常见紧固件的材料要求螺栓，螺钉，螺柱，螺母的材料要求（见下表2），更多紧固件的材料选择请参考81章节。一目前市场上标准件主要有碳钢，不绣钢，铜三种材料。（一）碳钢。以碳钢中一碳的含量区分为低碳钢，中碳钢和高碳钢及合金钢。1低碳钢C025国内通常称为A3钢。国外基本称为1008，1015，1018，1022等。主要用于48级螺栓及4级螺母，小螺丝等无硬度要求的产品。2中碳钢025C045国内通常称为35号，45号钢，国外基本称为1035，CH38F,1039,40ACR等主要用于8级螺母，88级螺栓以及88级内六角产品。3高碳钢C045。目前市场上基本没有使用。4合金钢在普通碳钢中加入合金元素，增加钢材的一些特殊性能如35，40铬钼，SCM435，10B38芳生螺丝主要使用SCM435铬钼合金钢，主要成分有C,SI，MN,P,S,CR,MO。（二）不绣钢1奥氏体（18CR，8NI）耐热性好，耐腐蚀性好，可焊性好。组别A1,A2,A4。2马氏体（13CR）耐腐蚀性差，强度好，耐磨性好。组别C1,C3,C4。3铁素体不绣钢，18CR,镦锻性较好，耐腐蚀性强于马氏体。目前市场上主要是日本产品，按级别分为SUS302,SUS304,SUS316三铜。常用材料为，黄铜，锌铜合金。市场主要用H62,H65,H68铜做标准件。二碳钢产品所使用的盘元三材料中各元素对钢的性质的影响1碳（C）提高钢件强度，尤其是其热处理性能，但随着含碳量的增加，塑性和韧性下降，并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。2锰（MN）提高钢件强度，并在一定程度上提高可淬性。即在淬火时增加淬硬渗入的强度，锰还能改进表面质量，但太多锰对延展性和可焊性不利。并会影响电镀时渡层的控制。3镍（NI）提高钢件强度，改善低温下的韧性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处理效果过，减少氢脆的作用。4铬（CR）能提高可淬性，