紧固件的基础知识

1、精选优质文档-倾情为你奉上紧固件基础知识简介紧固件基础知识简介一、紧固件的种类紧固件是机器设备的基础零件。将几个(二个或二个以上)零件连接成一体所用的机械零件统称为紧固件。因为紧固件标准化程度高，实现标准化时间早，所以又习惯称为标准件。紧固件有螺栓、螺拄、螺钉、自攻螺钉、木螺钉、螺母、垫圈、销、铆钉及组合紧固件。按不同形状和用途，已发布的紧固件国家标准已超过300种。十一类紧固件的结构，特性分述如下：1、螺栓螺栓是由不同形状（六角的、方的或圆的）的头部和带外螺纹的杆部构成的紧固件。螺栓的正常用法是：用它穿过二个（或二个以上）有通孔的零件后，用螺母与螺栓杆部的外螺纹旋紧，使零件紧固成一体。见图1

2、。但也可用杆部外螺纹直接拧在有内螺纹的部件上。1-螺栓；2-螺母； 1-螺柱；2-螺母；3-垫圈； 1-螺钉；2-垫圈3-垫圈；4-零件 4-零件；5-机体 3-零件；4-机体图1 螺栓连接 图2 螺柱连接 图3 螺钉连接2、螺柱螺柱没有头部，是杆状紧固件，杆的二端均制造出外螺纹（但焊接用螺柱仅一端有外螺纹）。用法是：将一端的螺纹杆旋入有内螺纹机体，另一端螺纹杆穿过有通孔的一个（或一个以上）零件后，旋上螺母即将零件紧固成一体，见图2。旋入机体一端的螺纹长度根据机体的不同材质制出不同长度的螺纹，定为不同品种，这段螺纹长度不计算螺柱长度。(但等长双头螺柱和焊接用螺柱的长度是指全部长度)。3、螺钉螺

3、钉有三种类型：机螺钉，紧定螺钉和特殊用途螺钉。3.1 机螺钉机螺钉与螺栓相似。机螺钉的正常用法是：用带外螺纹的杆部穿过一个(或一个以上)有通孔的零件后，用杆部的螺纹直接旋紧在有内螺纹的机体上(不需再用螺母)，就将零件紧固成一体，见图3。但也可以在穿过被紧固的零件后用螺母旋紧。螺钉和螺栓常有相同的用法，二者没有绝对的区别。但一般说螺钉的尺寸规格小，强度低的较多，紧固力比螺柱小。3.2 紧定螺钉紧定螺钉分为有头部的和无头部的(螺纹杆的一端直接铣槽口或制出内六角孔)二种主要用于固定二个零件的相对位置见图4。1-紧定螺钉 2-零件 3-被固定的轴图4 紧定螺钉的应用3.3 特殊用途螺钉有不脱出螺钉，轴

4、位螺钉和吊环螺钉等。4、自攻螺钉自攻螺钉和机螺钉相似。但自攻螺钉在穿过有通孔的零件后，能用它硬度较高的自攻螺纹直接在机体的预制孔中制出螺纹，旋紧螺纹后将被连接的零件联成一体。5、木螺钉木螺钉也和机螺钉相似 ，但它杆部的螺纹可以直接在木硬构件上制出螺纹，旋紧后就将被连接的零件联成一本。6、螺母螺母是六角(方的或圆的)柱体中制出内螺纹的紧固件。螺母与螺栓、螺柱等杆部的外螺纹旋合后将被连接零件联成一体。见图1、图2。7、垫圈垫圈是圆形(方形或特殊形状)中间有孔的片状（或螺旋状）零件。垫圈置于螺栓（螺钉、螺杆）或螺母的支承面和被连接零件之间，能增大接触面积，降低单位压力，保护被连接零件的表面。见图1、

5、图2。带耳的垫圈能阻止螺母转动。弹簧垫圈对一般震动的情况能防止紧固的零件松脱。8、挡圈 挡圈是圆形(或环状)的带孔的零件。挡圈装在零件的端面，或轴或孔的槽中能挡住零件左右移动。9、销销一般为长的圆柱形（也有带孔的）紧固件。销用作零件定位或连接，也有的能传递动力。10、铆钉铆钉由不同形状的头部和圆柱形（也有带孔的）杆部组成的紧固件。铆钉穿过三个（或二个以上）有通孔的零件后，加重力使外露端变形成头状，就将连接零件联成一体。抽芯铆钉和击芯铆钉是可在外表作业的铆钉。用法是：将铆钉抻入需铆接零件的孔中。用拉铆枪抽拉或用手锤敲击钉头，即将零件铆接。铆钉用于不可拆卸的连接，若要将被连接零件分开，必须破坏铆钉

6、。其他九类紧固件都用于可拆卸的连接。11、组合紧固件组合紧固件是将螺栓或螺钉或自攻螺钉或螺母)与平垫圈，弹簧垫圈等组装成一体的零件，是成套使用的紧固件，组合紧固件使用方便，也不会漏件。在流水生产线上应用更适合：组合紧固件的各个单体的形状，结构基本与普通紧固件相同。注：平键、半圆键、楔键、钩头键等是紧固用零件。但它专用于轴上，没有列入紧固件范围内，本文对它将作一般介绍。二、怎样选择紧固件品种紧固件共有十一大类，有的很容易选定，如木螺钉、铆钉、螺母、垫圈等就不介绍了。螺栓，双头螺柱和机器螺钉等选用，应按照结构，强度要求等做出选择。对机体上制出内螺纹的，安装的零件重量较大或承受较大压力的，应选用双头

7、螺柱。机体是钢件的应选用GB/T 897（或GB/T 898）双头螺柱，拧入机体的螺纹长度bm=螺纹直径d，GB/T 898（bm=1.25d）；机体是铸铁的应选用GB/T 899（bm=1.5d）；机体是铝或其合金的应选用GB/T 900（bm=2d）。拧入机体的双头螺柱装上零件，加上垫圈后应用螺母拧紧，才达到将零件紧固一体的作用。GB/T 901等长双螺柱用于有通孔零件的连接，螺柱二端均需配螺母，拧紧后即将零件紧固成一体。螺栓用于几个通孔零件的连接，只需在一端配螺母，拧紧后即将零件紧固成一体。螺栓主要用于受力较大的机件（受力特大和防松要求较高的，应采用六角法兰面螺栓）。常用的螺栓有六角头螺

8、栓、方头螺栓、半圆头方颈螺栓（俗称马车螺栓）T型槽螺栓和地脚螺栓等。机器螺钉尺寸规格较小，一般用于受力较小，(但内六角圆柱头螺钉用于受力较大的构件上)，机体上制出内螺纹的构件上，装上零件后用杆部的螺纹直接拧在机体上，即将零件紧固成一体。机螺钉有盘头、圆柱头、沉头等多种头形。头部有开一字槽的，十字槽的和内六角等。自攻螺钉尺寸规格较小，多用于与薄的金属板或塑料件连接的构件上，用在受力较小，且不常拆卸的部位。组合紧固件的各零件基本与单件的结构相同，用途也相同，只是把平垫圈或弹簧垫圈等组装在一起，在使用时不必再找各零件配套，可提高安装效率，防止漏件，所以不另介绍品种选择。紧固件品种按尺寸公差和粗糙程度

9、的不同分为A、B、C和F级。新国标同一品种中也有A级和B级二种（A级用于d24、L10d或Ll5O。B级用于d>24、L>10d或L>150）都是精制品。C级为粗制品，F级是精密机械（如仪器、仪表）用的产品。(如GBT 13806.1 螺钉)。A、B、C级旧国标称光（精制）、半光（半精制）和毛（粗制）。现在由于生产设备和工艺更新，C级制品也达到A、B级水平。但大规格的或用量少的长规格，仍采用热压，切削工艺，只能达到C级的水平。A、B、C级产品根据设备精度可适当选用。三、怎样选择紧固件头部六角形头部是紧固件最常用的，因它转位角度小，扳拧方便，扳拧力大。强度要求特高应选用大六角头

10、的（如GB/T l228或法兰面六角头螺栓GB/T 5787等）。旧国标GB 21是小六角头，因头形太小，不能满足螺纹组装件的抗脱扣的强度，因此新国标取消了小六角头系列，但旧设备维修和扳拧空间很小的地方，还可使用小六角头。方头的对角尺扳手容易卡住，因此也是常用的。螺栓中的半圆头方颈，带榫等头形多用于结构中。六角头下有垫圈面的头形多用于高强度螺柱、扭矩较大螺栓。从制造上讲可使切六角边时产生的小毛刺藏干垫圈面下，使用时毛刺不刮坏零件表面。机螺钉、自攻螺钉和木螺钉等的头部有六角的、方的、圆柱的、沉头的、半沉头的等，（特殊的还有三角、五角、十二角和翼形、滚花形等)，六角的、方形的用于扳拧力矩大的场台，

11、沉头的用于紧固件头部不允许超出零件表面的场合，半沉头也是同样目的，但外观看更美观。扳拧结构有一字槽的、十字槽的、内六角和内六角花形、内花键形，（GB 824内花键螺钉新国标已取消，因内六角和内六角花形，能达到很高的安装力矩，可代替内花键形)。小规格的和扳拧力矩小的可用一字槽或十字槽，而十字槽在使用时更方便、有自动定心作用，螺丝刀不易滑出，扳拧力也较大。生产时十字槽比一字槽简便，而且也节省材料，故十字槽是应推广的品种。四、怎样选择紧固件杆部螺栓、螺钉等的杆部有：l、一部分是圆柱杆，其余部分是螺纹体。2、全部螺纹体。前一种俗称半螺纹，后一种称全螺纹。半螺纹的杆部也有几种：l、杆部与螺纹外径（大径）

12、相等的等粗杆或称粗杆。2、杆部约等于螺纹中径（简称螺纹中径）比螺纹大径小的称细杆。3、杆部比螺纹底径（小径）小的称腰状杆（用于不脱出螺钉）；4、杆部上端还有制出方颈或带榫的。紧固件系大量生产的产品，采用少无切削的冷镦工艺，产品的头部和杆部用直径均匀的圆线(圆棒料)在冷镦机锻压而成。细杆的用约等于中径的圆料锻压。粗杆的用约等于大径的圆料锻压，再对制螺纹部分用挤压法将其缩细为中径，工艺较复杂。螺纹的加工用螺纹工具（搓丝板或滚丝轮）辗压而成，生产速度极高，且螺纹质量比切削工艺好。辗压加工的螺纹，金属的纤维没有被切断，而辗压后金属结晶组织更致密，（产生冷作硬化）使强度提高。螺纹辗压加工需用约等于螺纹中

13、径的原料，辗压后制成标准的螺纹件。（螺纹的底径小径比圆料小，螺纹大径比圆料大。）细杆产品工艺简单，耗料少，产品价格当然低些。从经济上考虑，如果被紧固的零件不十分要求固定相互位置，应尽量选用细杆产品。采用细杆产品不影响连接强度。螺栓副强度的计算是按强度较低的螺纹部分确定的。而螺纹部分的强度是按螺纹应力截面积计算的。螺纹应力截面积：As=0.7854(d-0.9382P) (GBT l68231规定)式中d一螺纹大径，P一螺距)。即计算直径=d一0.9382P而细杆直径约等于螺纹中径d2=d-0.6492P （d-0.6492P）> （d-0.93282P)，所以采用细杆产品不影响连接强度，

14、而细杆却有较好的弹性，能提高疲劳强度。对于被紧固的零件相互位置要求严格的就应采用粗杆产品，要求更严格的应采用铰制孔用螺栓（GB 27）。相互位置要求较严而紧固强度不高的可用全螺纹产品代替粗杆。全螺纹产品用于被紧固零件不是特薄的，应不要求螺纹制到根部（也就是不贴近头部），以免影响强度。螺栓杆部与头部的连接处应有较大圆角，它能提高头与杆的结合强度，避免发生头杆脱落（俗称掉头），如要求螺纹贴近头部，则头部连接处的圆角就不存在，强度就降低。采用全螺纹产品对被紧固零件厚度不确定的（如修配用）可减少备料规格：全螺纹产品也可作调节螺钉用。全螺纹产品用细杆料加工，因此生产较简单。但全螺纹长度太大的，螺纹工具损

15、耗大，螺纹加工也较困难，产品价格就不低了。螺纹长度长些比短些好，因此螺纹长度公差规定为加二个螺距（螺距按粗牙算）。稍长些也无影响。新国标螺纹长度允差由规定夹紧（件）长度计算，lgmax-lsmin=5P，5P去除螺尾（=3P）实际公差也是2P。螺尾是指能看到螺纹线但不是完整螺纹的部分。完整外螺纹用螺纹量规测量时，通规应能顺利通过，止规应拧不上（或最多拧上二倍螺距），测量大径时应在大径公差内。双头螺柱（GB 897GB 900)宜采用粗杆产品。因细杆螺柱的螺纹在拧入机体时会发生继续制出内螺纹，造成螺柱拧人机体的长度超过预定长度，使另一端的螺母时，非但松不出，还将螺柱从机体中拧出，GB 901双头

16、螺拄，根据用途可选用细杆的。螺栓，螺钉杆的端部有很多形状如平端、倒角端、锥端、球面端、圆柱端、凹端、阶端、菊花端和刮削端等。平端一般指滚丝后自然形成的端面(或有小倒角的端面)。这种端面看起来不美观、对旋拧螺母不影响，但如有磕碰，端部容易损坏，旋拧螺母就较困难。倒角端是在螺纹端面有明显的倒角，能更方便的旋入螺母。锥端、圆柱端等用于紧定螺钉，使零件定位更牢固。圆柱端的能使紧固时产生的端部变形，不超出螺纹小径， 而便于螺钉拧出（更换）。刮削端用于自攻螺钉和自钻自攻螺钉。五、怎样选择紧固件的螺纹螺纹有多种类型即三角螺纹（普通螺纹）、梯形螺纹、方牙螺纹、圆锥螺纹和锯齿螺纹等。按照旋入时旋转方向又有右旋螺

17、纹和左旋螺纹之分。正常的紧固件螺纹都是右旋的。根据国家情况又有米制的(公制)和英制的等。我国紧固件标准采用米制普通螺纹（三角螺纹，螺纹牙形角等于60°）。米制螺纹用M表示， 如直径为12mm 的米制螺纹， 应写成M12。以下介绍普通螺纹的结构：D 内螺纹大径；D1 内螺纹小径； D2 内螺纹中径 d 内螺纹大径；d1 内螺纹小径；d2 内螺纹中径； P 螺距；H 原始三角形高厦图6 普通螺纹牙型螺纹是一种很复杂的机械元素，普通螺纹的牙型见图6。螺纹尺寸有大径（即外螺纹的外径，内螺纹的牙底径），中径和小径（即外螺纹的牙底径，内螺纹的孔径）。螺纹除三个直径外，还有螺距，螺纹牙形角，牙形半

18、角，螺纹升角，导程和线数等参数。产品要达到标准，达到能够互换，必须各项参数都符合标准，但很多尺寸用一般量具是测量不了的，如螺纹中径，螺距等。中径的理论尺寸应在轴向位置牙凹与牙凸宽度相等的地方，简单的说螺纹中径1/2（大径+小径）。这个尺寸除用仪器外一般量具是量不准的。（用三针法和螺纹千分尺只能量出近似值。紧固件用的普通螺纹的牙形角并不规矩，因此牙形角造成的误差无法消除）。导程是同一螺旋线上，一周间相邻两牙在中径线上的轴向距离。线数(或头数)是同一螺旋线上，一周间隔的牙数。单线螺纹的导程=螺距。多线螺纹的导程=线数×螺距。紧固件螺纹只采用单线的。怎样检验复杂的螺纹参数，标准规定，紧固件

19、螺纹采用综台测量法。外螺纹尺寸用二个螺母状的螺纹量规检验。一个螺纹量规按外螺纹的最大尺寸和标准的螺纹牙形角和螺距制造，称为通端螺纹环规，用它旋到外螺纹，必须通不过。或最多能旋入二个螺距。同理，内螺纹尺寸用二个外螺纹的螺杆检验。一个按内螺纹的最小尺寸制造，用它旋到内螺纹上必须通不过（或最多能旋入二个螺距）称为止端螺纹塞规。通端螺纹量规为全齿形，逐台检验螺纹的各个参数。止端螺纹量规为截短齿形主要检验螺纹小径。（可用万能量具或专用光滑量规）。这样检验后才可判定螺纹是否合格。螺纹的螺距分为粗牙和细牙，紧固件的螺纹普遍是粗牙。特殊需要时才用细牙，如震动部位防止松脱的（细牙螺纹螺旋角小，自锁性好），或位置

20、小，要求强度高的（同样直径的螺纹。细牙比粗牙强度高）。粗牙螺纹的螺距是统一的。细牙螺纹的螺距有很多种，但紧固件只选用12种。常用规格的螺纹直径和螺距如下：（特小、特大的略，括号内尺寸尽量不用）螺纹直径2(2.5)3(3.5)45681012(14)16(18)20(22)242730(33)36(39)螺距粗牙0.40.450.50.60.70.811.251.51.752.02.02.52.52.53.03.03.53.54.04.0细牙11.251.5(1.25)1.51.51.22.0(1.5)1.52.02.02.02.03.03.0螺纹的配合精度有很多级，但紧固件螺纹只采用以下几种：

21、外螺纹A、B级产品采用 6g级，C级产品采用 8g 级（但小于或等于M1.4的为6h级）。内螺纹A、B级产品采用6H级，C级采用7H级（小于或等于Ml.4的为5H级）。6g、8g和6h表示外螺纹公差。数字6和8表示螺纹公差等级 ，小写字母g和h表示外螺纹公差带的位置。g的基本偏差为负值，(即外螺纹的最大尺寸也比公称尺寸小)。h的基本偏差为0(即最大尺寸等于公称尺寸)。6H、7H和5H表示内螺纹公差。数字6、7、5表示螺纹公差等级。大写字母H表示内螺纹公差带的位置。H的基本偏差为0（即内螺纹的最小尺寸等于公称尺寸）。螺纹的旋合长度都按中等旋合长度。螺纹标注方法：粗牙螺纹不必标螺距，细牙螺纹在直径

22、后用乘号写上螺距。如M16×1.5。螺纹公差等级外螺纹6g级的和内螺纹6H级不必标注。如有特殊要求的在规格后加横线，再写公差等级，如M20×2-5g。螺纹紧固件旋拧时的松紧情况，（或配上螺母后有小的晃动），并不说明使用中能否松脱，（或螺纹的质量的情况）。合格的螺纹件施加合适的旋拧扭矩，主要依靠螺纹的自锁性达到紧固。六、怎样选择紧固件强度等级紧固件的强度机械性能主要有抗拉强度b，硬度H，屈服点s，屈服强度0.2，保证应力Sp，伸长率，楔负载强度、冲击吸收功Aku，头部紧固性和螺纹脱碳层深度等。（一）机械性能的项目1、抗拉强度b紧固件（或其试样）在作拉力试验时在拉断前承受的最大

23、载荷按试样面积计算得出的应力称为抗拉强度，单位是N/mm 或kgf/mm2（千克力/平方毫米 ）。抗拉强度是紧固件机械性能的重要指标，强度等级主要以抗拉强度表示如5、6、8级分别表示抗拉强度的1100 ，即公称抗拉强度分别为500、600、800N/mm2 。2、硬度硬度有好几种标准，如维氏、布氏、洛氏和肖氏硬度等（肖氏硬度按测头的弹起高度决定，本文不作介绍）。2.1 维氏硬度维氏硬度用夹角为136º的金刚石四棱锥形压头，以一定负荷压人被测金属，保持一定时间后卸除负荷，测量压痕二对角线的平均值，查表得出硬度值，用符号HV表示。HV测量的硬度范围很大,按载荷不同有HV5、10、2O、3

24、O、5O和100等，分别表示负荷的公斤数。维氏硬度测量准确，仲裁检验都用HV，但测量费时。维氏硬度试验方法按GB/T4340.1的规定。2.2 布氏硬度布氏硬度用一定直径（2.5、5和10）的淬硬钢球，以规定负荷压入被测金属，保持一定时间后卸除负荷测量金属表面的压痕直径，查表得出硬度值，用符号HB表示 适用于测量硬度较低的工件。布氏硬度试验方法按GB/T231.1的规定。2.3 洛氏硬度洛氏硬度用夹角为120º的金刚石圆锥体或直径116(1.588mm)的淬硬钢球作压头，在施加二次负荷（初负荷和主负荷）后，根据压痕深度得出硬度值。洛氏硬度有3种即：HRA、HRB和HRC。HRA适用于

25、检测很硬，很薄的钢件，有效范围为HRA 6085。HRB适用于检测较软的零件，有效范围为HRB 25100。HRC适用于检测较硬的零件，有效范围为HRC2067。洛氏硬度试验方法按GB/T230.1的规定3、屈服点0.2对于某些屈服现象不明显的金属（经淬硬的钢件，紧固件8.8级以上的产品）测定屈服点很困难，就把产生0.2%永久变形时的应力，称为屈服强度。单位N/mm2。螺栓、螺钉等机械性能等级的标记由”.”隔开的二部分数字组成，第一部分数字（”.”前）表示抗拉强度b的1100，第二部分数字（”·”后)表示屈服点（s）或屈服强度（0.2）与抗拉强度（b）比值（屈强比）的10倍。如8.8

26、级它的公称抗拉强度b为800N/mm2，公称屈服强度0.2为640N/mm2（即二部分数字乘积的 110 = 800×8×110 = 640)。5、保证应力Sp用实物作拉力试验时不能测出屈服强度0.2， 为了能在实物抗拉试验时能衡量屈服抗力的情况，对实物(紧固件)增加了保证载荷的试验。标准规定的保证应力都小于屈服点s或屈服强度0.2， 因此作此项试验时应不产生明显的永久伸长,而标准还规定了最大为12.5m的永久伸长量（包括仪器的测量误差±5m）。螺母的保证应力都高于公称屈服强度，且随螺纹直径的增大而提高，提高保证应力的目的是使螺纹组台件的失效总是螺杆断裂。6、伸长

27、率试样在拉力试验时拉力达到极限强度时（或即将拉断时）试样伸长量与原始长度的比率为伸长率。以百分率表示。伸长率是衡量金属塑性的理想指标。7、楔负载强度楔负载试验是在拉力试验时在螺栓头下加楔形垫，使受力后头部弯曲 试验结果既可得出抗拉强度又可说明紧固件塑性是否合格。紧固件性能标准中把它和最小伸长率列入同一组中。抗拉强度b，屈服点s，屈服强度0.2，保证应力Sp，伸长率，楔负载强度的实验均按GB/T 228的规定。8、冲击吸收功Aku试样在试验机上受一次冲击负荷后，在划槽处折断时，单位面积上所消耗的功称为冲击吸收功Aku，单位为J(焦耳)，是一项韧胜指标，对动载荷条件下高性能等级的紧固件达到安全使用

28、，是必要的试验项目。因试样截面为1O×1Omm，只有直径16的紧固件才能加工出试样，这项性能只有在用户提出要求时才作试验。冲击试验按GB/T 229的规定。9、头部坚固性试验头部坚固性试验是将产品放入模孔与水平面有一定角度的试验模中，用锤打击，将头部弯曲成一定角度，在头的支承面与螺杆连接的过渡处，不产生任何裂缝。全螺纹产品虽出现裂缝但未“掉头”的，仍作合格处理。该试验仅用于d16的产品。楔负载试验也可用头部坚固性试验代替，但仲裁检验以楔负载试验为准。头部坚固性试验按GB/T 3098.1的规定。1O、脱碳层检验应检验螺纹未脱碳层的最小高度E和全脱碳层最大深度G，E值按强度等级不同有不同值，但G值统一规定为0.O15mm。不完全脱碳是由于碳的损耗已使回火马氏体轻度变色，且硬度明显比相邻基体的硬度低。全脱碳是碳完全损耗，金相检验时只看到铁素体组织。脱碳层影响螺纹部分的强度。脱碳层检验按GB/T 3098.1的