《螺纹紧固件的连接与操作》课件

螺纹紧固件的连接与操作课程概述课程内容学习目标12本课程涵盖螺纹紧固件基掌握各类紧固件的正确选础知识、工作原理分析、择与使用方法，能够根据设计计算方法、操作规范实际工程需要进行合理的和维护技术从理论到实设计计算，确保连接的安践，全面掌握螺纹连接技全性和可靠性术的核心要点课程重点第一部分螺纹紧固件基础知识螺纹紧固件作为机械连接的核心技术，其基础知识的掌握至关重要本部分将详细介绍螺纹紧固件的定义、组成结构、分类方法以及材质性能等关键内容螺纹连接技术已有数千年的发展历史，从最初的木螺纹到现代的高精度金属螺纹，其设计理念和制造工艺不断完善现代螺纹紧固件不仅要求具备足够的强度和耐久性，还需要满足标准化、系列化的要求通过系统学习螺纹紧固件的基础知识，为后续的深入学习和实际应用奠定坚实的理论基础螺纹紧固件的定义机械连接标准件广泛应用领域可拆卸连接利用螺纹结构实现机在汽车制造、航空航相对于焊接、铆接等械连接的标准化零部天、建筑工程、精密永久连接方式，螺纹件，通过螺纹的螺旋机械等各个工业领域连接具有可拆卸、可升程原理产生轴向夹都有大量应用重复使用的优势紧力螺纹紧固件的基本组成螺母带有内螺纹的配合部件，与螺纹杆形成螺纹副，通过旋转产生轴向移动和夹紧螺纹杆力带有外螺纹的圆柱形杆状部件，是承受载荷的主要部分，螺纹精度直接影响连接质量螺纹结构呈螺旋形的连续突起结构，将圆周方向的旋转运动转换为轴向的直线运动常见螺纹紧固件类型螺栓类带有头部的外螺纹紧固件，头部形状有六角形、内六角、十字槽等多种形式常用于穿透式连接，需要配合螺母使用头部设计便于施加扭矩，是最常用的紧固件类型螺母类带有内螺纹的配合件，外形多为六角形或圆形除普通螺母外，还有锁紧螺母、焊接螺母、压铆螺母等特殊类型，满足不同的装配需求螺钉类自带螺纹孔的紧固件，可直接拧入工件的螺纹孔中包括机器螺钉、自攻螺钉、木螺钉等，适用于无法使用螺母的连接场合垫圈类用于提高接触面积和分散压力的辅助件包括平垫圈、弹簧垫圈、锯齿垫圈等，能够改善连接性能并提供防松功能螺纹紧固件的材质碳钢系列合金钢系列不锈钢系列普通强度应用的首选材料，成本低用于高强度需求场合，通过添加合金主要用于防腐蚀环境，常用、304316廉，机械性能适中常用牌号包括元素提高强度和韧性常用、等奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀40Cr、钢等，适用于一般工业应等牌号，经过热处理后可达到性和低温韧性，但强度相对较低，成Q23545#35CrMo用表面常进行镀锌处理以提高防腐级以上性能等级本较高

8.8能力•强度等级高•耐腐蚀性优异•价格经济实惠•疲劳寿命长•外观美观加工性能良好••热处理工艺成熟•食品级安全•适用范围广泛螺纹紧固件的性能等级低等级系列（级）

13.6-

5.6主要用于普通螺栓连接，材质多为低碳钢，无需特殊热处理工艺抗拉强度，适用于一般载荷条件300-500MPa2中等级系列（级）

6.8-

8.8中高强度螺栓等级，材质为中碳钢或低合金钢，需要调质处理

8.8级是应用最广泛的高强度螺栓等级，抗拉强度800MPa高等级系列（级）

39.8-

12.9高强度螺栓，材质为合金钢，经严格的淬火回火处理级螺栓

12.9抗拉强度可达，用于重要的高应力连接1200MPa普通螺栓与高强度螺栓区别材质差异高强度螺栓采用低碳合金钢或中碳钢，普通螺栓多用碳素结构钢热处理工艺高强度螺栓必须经过淬火、回火处理，普通螺栓无特殊要求性能等级高强度螺栓级及以上，普通螺栓通常或级

8.

84.

64.8加工精度分为精制螺栓（、级）和粗制螺栓（级），精度要求不同A BC第二部分螺纹紧固件的工作原理螺纹紧固件的工作原理基于经典的机械学原理，主要利用斜面楔形原理和螺旋升程机制实现轴向夹紧理解这些基本原理对于正确使用和设计螺纹连接至关重要螺纹连接的工作过程包括旋转产生的轴向移动、预紧力的建立、摩擦锁紧机制的形成等多个阶段每个阶段都有其特定的物理规律和影响因素，需要深入理解和准确掌握本部分将详细分析螺纹连接的受力机制、载荷传递方式以及各种失效模式，为实际应用提供理论支撑螺纹物理原理斜面楔形原理螺纹本质上是围绕圆柱体的连续斜面，通过旋转运动将圆周方向的力转换为轴向夹紧力斜面角度（螺纹升角）决定了力的放大倍数和自锁性能螺旋升程机制螺纹的螺旋结构使得每转一圈产生一个螺距的轴向位移这种精确的位移控制是螺纹连接能够产生可控预紧力的基础摩擦锁紧作用螺纹面和支承面的摩擦力阻止螺栓自动回转，形成自锁效应摩擦系数的大小直接影响紧固扭矩和防松性能螺栓连接的基本类型普通螺栓连接铰制孔螺栓连接选择依据螺栓杆与孔壁之间存在的间螺栓杆与孔的配合间隙控制在根据载荷类型、工作环境、精度要求

0.5-1mm

0.3-隙，主要依靠摩擦力传递载荷安装，能够直接承受剪切载荷要和经济性综合考虑静载荷或轻载荷

0.5mm简便，对加工精度要求较低，适用于求较高的加工精度，主要用于承受较优选普通连接，大剪切载荷选用铰制一般静载荷和动载荷不大的场合大剪切力的重要连接孔连接•制造成本低•承载能力强•载荷大小•安装便捷•变形小•精度要求•适用范围广•精度要求高•经济因素螺栓受力分析轴向拉力沿螺栓轴线方向的拉伸载荷横向剪切力垂直于螺栓轴线的剪切载荷复合载荷多方向力的综合作用效应螺栓抗剪连接原理应力分布剪切应力在螺栓横截面上的分布接近2抛物线形，最大剪应力出现在中性轴挤压传力处，约为平均应力的倍

1.5螺栓杆与孔壁相互挤压，通过接触1面传递剪切力接触应力分布不均匀，最大应力出现在载荷作用方承载计算向抗剪承载力与螺栓横截面积成正比，材料抗剪强度通常取抗拉强度的

0.6-3倍进行计算

0.8螺栓抗拉连接原理预紧力建立通过螺栓紧固产生轴向预紧力，使被连接件之间产生压紧力，形成摩擦阻力载荷分配外载荷作用时，螺栓承受的附加拉力小于外载荷，剩余部分由被连接件压缩量减少来平衡胡克定律应用螺栓伸长量与拉力成正比，根据弹性力学原理可精确计算螺栓应力和变形预紧力的作用机制摩擦防滑夹紧稳定载荷对抗预紧力在连接面上产预紧力提供持续的夹预紧力能够对抗外部生的正压力与摩擦系紧力，确保连接的紧拉伸载荷，减小螺栓数的乘积形成摩擦密性和稳定性即使实际承受的工作应力，防止连接件相对在动载荷作用下，也力，提高连接的疲劳滑移摩擦力的大小能维持连接的完整寿命和安全性直接决定连接的抗剪性能力螺栓连接的失效模式疲劳断裂在反复载荷作用下，螺栓从应力集中部位开始产生疲劳裂纹，逐步扩展直至完全断裂是最常见的失效形式松动失效在振动环境下螺栓发生自转松动，预紧力逐渐丧失，最终导致连接失效需要采用有效的防松措施材料屈服当螺栓承受的载荷超过材料屈服强度时发生塑性变形，无法恢复原有性能，连接永久失效螺纹滑扣螺纹牙在过度载荷或不当操作下发生剪切破坏，螺纹配合失效，无法继续传递载荷第三部分螺栓连接设计与计算螺栓连接的设计与计算是确保连接安全可靠的核心技术环节合理的设计不仅要满足强度要求，还要考虑经济性、可制造性和维护便利性等多方面因素设计过程包括载荷分析、螺栓选型、强度校核、布置设计等多个步骤每个步骤都需要遵循相应的设计原则和计算方法，确保设计结果的科学性和可靠性本部分将系统介绍螺栓连接设计的基本原则、计算方法和实用技巧，为工程实践提供技术指导螺栓连接设计基本原则简单化原则避免不必要的复杂结构设计，优先采用成熟的标准连接形式简单的结构不仅便于加工制造，还能降低故障发生的概率，提高连接的可靠性标准化原则优先使用国家标准或行业标准规定的紧固件标准化不仅有利于降低成本，还能保证质量稳定性，便于采购和维护管理经济性原则在满足使用要求的前提下，合理选用紧固件等级和数量，避免过度设计造成的材料浪费要综合考虑初期投资和长期使用成本可靠性原则确保足够的安全系数，考虑载荷的不确定性和材料性能的分散性重要连接应采用冗余设计，避免单点失效螺栓强度计算基础抗拉强度计算抗剪强度计算综合应力判断螺栓抗拉强度校核是最基本的计算内当螺栓承受剪切载荷时，需要进行抗当螺栓同时承受拉力和剪力时，需要容计算应力时要考虑螺纹部分的有剪强度校核剪切面通常取螺栓杆的按照第四强度理论进行综合应力校效截面积，通常取公称截面积的最小截面，材料的许用剪应力一般为核，确保等效应力不超过材料的许用

0.75-倍许用拉应力的倍应力

0.

80.6-

0.8计算公式计算公式σ=F/π×d²/4×

0.75τ=V/π×d²/4σeq=√σ²+3τ²≤[σ]其中为轴向拉力，为螺栓公称直其中为剪切力F dV径螺栓分布布置原则1均匀分布螺栓应尽可能均匀分布，避免应力集中相邻螺栓的间距应保持一致，确保载荷传递的均匀性对称布置2螺栓群应相对于载荷中心线或几何中心线对称布置，避免产生附加的偏心力矩边距要求3螺栓中心到构件边缘的距离不应小于倍螺栓直径，螺栓间距不应

1.5小于倍直径34特殊考虑对于动载荷或交变载荷，应适当增大螺栓间距，避免应力传递时的相互影响螺栓数量确定方法载荷计算根据作用载荷大小和性质确定单个螺栓承受的载荷安全系数考虑载荷不确定性和材料分散性，引入适当安全系数工程经验结合实际工程经验和标准规范进行数量确定螺栓连接的刚度考虑被连接件刚度影响被连接件的刚度直接影响载荷在螺栓和连接件之间的分配刚度大的连接件能够承担更多载荷，减轻螺栓的受力连接件刚度与其材质、厚度和几何形状密切相关刚性与柔性连接刚性连接中螺栓承受大部分外载荷，应力变化大；柔性连接中被连接件变形大，螺栓应力变化小选择时需要平衡连接刚度和螺栓受力的关系杠杆力效应当被连接件在载荷作用下发生弯曲变形时，会在螺栓上产生附加的杠杆力，增大螺栓的实际受力设计时应尽量避免或减小杠杆力的影响第四部分螺栓紧固操作方法螺栓的正确紧固操作是确保连接质量的关键环节不同的紧固方法适用于不同的应用场合，每种方法都有其特定的操作要求和适用范围掌握正确的紧固技术不仅能够保证连接的可靠性，还能提高工作效率现代螺栓紧固技术已经从传统的扭矩控制发展为多种精密控制方法，包括转角控制、屈服点控制等先进技术这些方法能够更准确地控制螺栓的预紧力，提高连接质量的一致性本部分将详细介绍各种螺栓紧固方法的原理、操作步骤和注意事项，为实际操作提供技术指导螺栓紧固的基本方法转角紧固法通过控制螺栓的旋转角度来控制轴向伸长量，进而控制预紧力精度高，不受摩擦扭矩紧固法系数影响，适用于重要连接最常用的紧固方法，通过控制施加的扭矩大小来控制预紧力操作简单，设备屈服点紧固法成本低，但精度受摩擦系数影响较大将螺栓紧固至刚好达到屈服点，获得最大的预紧力而不损坏螺栓需要专用设备检测，适用于最高要求的连接扭矩紧固法详解90%10%摩擦消耗有效扭矩施加扭矩的用于克服螺纹面和支承面仅有的扭矩转化为螺栓的轴向预紧力90%10%摩擦

0.2摩擦系数典型的螺纹摩擦系数范围，影响扭矩转换效率扭矩紧固法基于扭矩与轴向力的经验关系进行控制规则是扭矩分配的经验法则5-4-1螺纹摩擦消耗，支承面摩擦消耗，有效预紧力仅占这种分配比例在实50%40%10%际应用中可能因润滑条件、表面粗糙度等因素而变化扭矩控制工具机械式扭力扳手结构简单可靠，通过机械装置实现扭矩限制精度一般为±4%，适用于大部分常规应用需要定期校准以保证精度，使用时应垂直于扳手轴线施力电子数显扭力扳手采用电子传感器实时显示扭矩值，精度可达±2%具有数据记录功能，便于质量追溯电池供电，需要定期更换或充电，存储时应避免高温和潮湿环境气动扭矩工具适用于大批量装配作业，效率高但精度相对较低需要稳定的气源供应，工作压力通常为

0.6-

0.8MPa使用前应检查气源压力和工具状态，定期进行保养维护转角紧固法详解预紧到位首先将螺栓紧固到贴紧位置，消除间隙，建立初始接触这个阶段的扭矩通常为最终扭矩的，确保所有接触面完全贴合10-30%角度控制从贴紧位置开始，按规定角度继续旋转螺栓旋转角度与螺栓伸长量成正比，通过控制角度实现精确的预紧力控制精度验证转角法的精度主要取决于螺栓材料的一致性和操作的准确性相比扭矩法，转角法不受摩擦系数变化影响，控制精度更高屈服点紧固法详解屈服点检测精确控制通过监测扭矩转角关系的该方法能够使螺栓达到最-变化来判断螺栓是否达到大预紧力而不超过屈服强屈服点屈服前后扭矩增度，充分发挥材料潜能长率会发生明显变化，检预紧力的一致性和重现性测设备能够自动识别这一都非常好，是最精确的紧转折点固方法应用场合主要用于航空航天、核电等对连接质量要求极高的领域需要专用的智能化紧固设备，成本较高但质量保证水平最高螺栓紧固顺序中心优先从中间向外侧逐步紧固对角交叉采用对角线交叉的紧固顺序分阶段实施分多个阶段逐步达到目标扭矩正确的紧固顺序能够确保连接面的均匀压紧，避免局部应力集中和变形对于大型法兰连接，通常采用十字交叉或星形顺序，确保压力分布均匀每个阶段的扭矩递增应保持一致性，避免某些螺栓过早达到最终扭矩而其他螺栓还处于松弛状态分阶段紧固技术第一阶段（扭矩）50%将所有螺栓紧固到目标扭矩的，目的是消除间隙，使50%连接面充分接触这个阶段的紧固应按照规定顺序进行，确保受力均匀第二阶段（扭矩）100%按照相同顺序将所有螺栓紧固到目标扭矩此时螺100%栓达到设计预紧力，连接进入工作状态需要确认每个螺栓都达到规定扭矩值检查验证完成紧固后进行复查，确认没有遗漏和松动对于重要连接，可以进行扭矩复检或使用防松标记进行长期监控第五部分螺栓连接的防松技术螺栓松动是螺纹连接最常见的失效形式之一，特别是在振动环境下更容易发生有效的防松技术是确保连接长期可靠工作的重要保障防松技术的选择需要根据工作环境、载荷特性和经济性等因素综合考虑现代防松技术已经形成了完整的技术体系，从传统的机械防松到先进的化学防松，从被动防松到主动监测，技术手段日益丰富和完善不同的防松方法有各自的适用范围和优缺点，需要正确选择和合理组合本部分将系统介绍各种防松技术的原理、应用方法和选择标准，帮助正确选用和实施防松措施螺栓松动的成因振动松动热胀冷缩机械振动是导致螺栓松动的主要原因在交变载荷作用下，螺栓与温度变化引起材料热胀冷缩，导致预紧力波动当螺栓和被连接件螺母之间的微小相对运动逐渐克服螺纹摩擦力，导致螺栓自转松动材料热膨胀系数不同时，温度升高会使预紧力下降，为后续松动创振动频率和幅值直接影响松动速度造条件表面磨损疲劳松动长期使用过程中螺纹面和支承面的磨损导致有效接触面积减少，摩在交变应力作用下，螺栓材料发生疲劳损伤，弹性模量下降，预紧擦力下降表面粗糙度的改变也会影响摩擦系数，降低防松效果力逐渐衰减疲劳裂纹的产生和扩展进一步加速了松动过程常见防松方法分类机械锁止型自锁摩擦型化学粘接型通过附加的机械构件物理阻止螺栓或利用螺纹或垫圈的特殊设计增加摩擦使用螺纹锁固剂在螺纹间形成化学粘螺母的转动包括开口销、止动垫阻力，提高防松能力如尼龙嵌件螺接，阻止相对转动防松效果好，不圈、双螺母等传统方法优点是可靠母、弹簧垫圈等成本低，使用方增加零件，但需要专用材料，拆卸时性高，缺点是增加了零件数量和装配便，但防松效果受使用次数影响需要加热复杂性•变形螺母•厌氧胶类•开口销组合•弹簧垫圈•UV固化类•止动垫圈•齿形垫圈•热熔类•双螺母锁紧机械锁止防松技术开口销组合止动垫圈双螺母技术在螺栓杆上打孔，用开口销穿过孔眼锁带有内外舌片的特殊垫圈，内舌片嵌入使用两个螺母，下层螺母正常紧固，上住槽形螺母这是最可靠的防松方法之螺栓头槽中，外舌片弯折贴紧被连接层薄螺母反向顶紧两螺母间的相互作一，常用于航空航天等高可靠性要求场件能够有效防止螺栓相对转动，但需用力能够有效防止松动薄螺母高度通合安装后需要将开口销两端分别弯要螺栓头部有相应的槽型配合常为标准螺母的60-70%折，确保不会脱落自锁型防松技术变形螺母锥形接触齿形垫圈包括尼龙嵌件型和金属变形螺母底面设计成锥形，与被表面有锯齿状突起的垫圈，型两大类尼龙嵌件在螺纹连接件形成楔形配合紧固能够咬入接触面形成机械锁中产生干涉配合，金属变形时锥面产生径向分力，增大定分为内齿、外齿和内外型通过局部压缩增加摩擦接触压力和摩擦力适用于齿等类型，选择时要匹配被力使用次数有限，一般不薄壁结构的连接连接件的硬度超过次5弹簧垫圈开口弹簧垫圈在受压时产生弹性力，保持一定的预紧力但在强振动下防松效果有限，主要适用于轻微振动环境化学防松技术产品选择根据螺纹规格、强度要求和使用温度选择合适的锁固剂低强度型可重复拆卸，中强度型用于一般连接，高强度型用于永久连接产品有效期通常为年1-2表面处理螺纹表面必须清洁、干燥、无油污可使用专用清洗剂或酒精清洁对于惰性金属如不锈钢，需要使用活化剂提高粘接效果清洁后应立即使用施胶紧固在螺纹上涂布适量锁固剂，避免过量导致溢出紧固到规定扭矩后静置固化，固化时间根据产品类型为几分钟到几小时不等固化期间不得松动螺栓预紧力保持技术预紧力确定合理的预紧力是防松的基础预紧力过小容易松动，过大会导致螺栓疲劳一般取屈服载荷的为宜重要连接应通过计算确定最优预紧65-75%力变形控制控制螺栓的拉伸变形和扭转变形在合理范围内过度扭转会产生附加应力，降低有效预紧力使用润滑剂可以减少扭转变形，提高预紧效率温度补偿对于大温差工作环境，应考虑热膨胀对预紧力的影响可通过材料匹配、预留温度余量或使用温度补偿装置来减小温度影响定期检查建立预紧力检查制度，定期监测重要连接的预紧力状态可使用超声波测量、应变片监测等方法发现预紧力衰减及时补充紧固第六部分螺栓连接装配技术与工艺螺栓连接的装配技术与工艺直接影响最终的连接质量和产品性能规范的装配流程、正确的工具选择和严格的质量控制是确保装配质量的三大要素现代装配技术不仅追求效率，更注重质量的一致性和可追溯性装配工艺的制定需要综合考虑产品特点、生产批量、质量要求和成本控制等多个因素不同的应用场合对装配工艺有不同的要求，需要制定相应的技术规范和操作指导书本部分将详细介绍螺栓连接装配的各个环节，包括装配准备、工具选择、特殊环境处理和质量控制等关键技术要点装配前的准备工作零件检查检查螺栓、螺母的外观质量，确认无裂纹、变形、腐蚀等缺陷螺纹应完整无损，表面清洁无异物检查性能等级标记是否正确，尺寸规格是否符合要求螺纹匹配确认螺栓与螺母的螺距匹配，螺纹旋合应顺畅无卡滞检查螺纹的完整性，确保没有毛刺、变形或损伤必要时可进行螺纹通止规检查表面处理被连接面应平整、清洁，垂直度和平行度符合要求清除表面的油污、锈蚀、涂层等对于重要连接，应检查表面粗糙度是否满足设计要求润滑准备根据需要选择合适的润滑剂，包括润滑油、润滑脂或固体润滑剂润滑剂应与材料兼容，不产生腐蚀正确的润滑能降低摩擦系数，提高扭矩控制精度。