螺钉的紧固、问题及措施 培训讲义 沈平 前言 螺钉紧固方式是机械装配中常见 的重要连接形式，作为一名工程技 术人员，对紧固件的应用条件，材 质的选择及相应规范，应有深刻的 了解。现就本人所了解掌握的经 验，参照相关资料，和大家分享一 下这方面的知识，对于刚进入工业 制造企业的年轻人来说，可以作为 一个初步指导性文件 。 紧固技术定义 紧固技术就是：使用某种工具 或辅料再通过紧固元件将产品的 零件联接，固定在产品的某一设 计规定位置上。这种固定联接分 为可拆卸（如螺纹、键、销等） 与不可拆卸（如铆接、焊接、压 合、胶接等）。在这里将重点介 绍可拆卸的螺纹紧固技术在工业 产品生产中的应用。 螺钉紧固的形式 1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接 — 被联接件不太厚，螺杆带钉头 d0 ，通孔不带螺纹，螺杆穿过通 孔与螺母装配后使用。装配后 孔与螺杆间有间隙，并在工作 中保持间隙，连接结构简单实 用、装拆方便，可多次装拆， d 应用较广。 b) 精密螺栓联接 — 装配后宏观上无间隙，主要 承受横向载荷，也可用作定位孔，但必须采用基 孔制配合的配作铰制孔工艺，作为螺栓联接孔。 螺栓联接 普通螺栓联接 绞制孔螺栓联接 间隙 无间隙 精密连接用 钉头 螺杆 带保险孔的螺栓 带保险孔的螺栓 四方头螺栓与六角头 螺栓比较，与扳手的 配合更为可靠，不易 打滑，但装配空间要 求比六角头要大。 双头螺柱联接 2、双头螺栓联接 — 螺杆两端无钉头，但均有螺 纹，装配时一端旋入较厚的被 联接件作为永久固定端，零件 d 较薄的另一端则配以螺母。适 于经常拆卸，只需拆装螺母即 可，不必将双头螺栓从较厚的 被联接件中拧出。 3、螺钉联接—适于被联接件之一 较厚（上带螺纹孔，与螺钉旋合后 应保证至少有3牙有效螺纹），不需 经常装拆，一端有螺钉头，不需螺 母，适于负载较小的情况。 d 特点： 被联接件一般不做成 通孔（钣金件与需电镀 件列外另作讨论）。 不宜经常拆卸。 拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸铁：H=1.25~1.5d 盲孔要注意清理铁屑 铝合金：H=1. 5~2.5d 拧在发动机缸体 上的双头螺栓。 发动机的工作环境 是高温，高压，振 动，周期性的冲击。 4、紧定螺钉联接 — 拧入后，利用螺杆末端的锥头或圆柱头， 顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中，以固定零件的相 对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 锥头紧定螺钉 吊环螺钉 埋在水泥基础中 的地脚螺钉。 特殊联接：地脚螺栓联接、吊环螺钉联接 螺纹联接件 1）螺栓 普通螺栓 — 六角头，小六角头，标准六角 头，大六角头, 内六角,螺纹 部分直径≥光杆部分直径。 铰制孔螺栓 — 螺纹部分直径较小于光杆直径。 倒角端 倒角端 辗制末端 A型 X X b k ls lg s bm l 辗制末端 辗制末端 k l B型 X X b bm l 2）双头螺柱—两端带螺纹 A型—有退刀槽 B型—无退刀槽 3）螺钉与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗、要求全螺纹。 紧定螺钉 R t X b t 普 通 l 螺 钉 l 4）紧定螺钉 锥 端——适于零件表面硬度较低不常拆卸场合。 平 端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的 平面，适于经常拆卸。 圆柱端——压入轴上凹槽中，适于紧定空心轴上的零件，以固 定零件在轴上的位置。 螺钉表 面的黑 色镀层 为发蓝 处理的 效果。 台阶螺钉 内外六角螺钉 圆柱头螺钉 沉头螺钉 紧定螺钉 该区域段具 有定位功能 半圆头螺钉 六角螺母 需要专用 工具装配 球面有装 饰作用 异形螺母 5）自攻螺钉—由螺钉攻出或挤出螺纹 s m 6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母+止退垫圈 — 带有缺 口，应用时带翅垫圈内舌嵌 D 入螺柱轴槽中，外舌嵌入圆 b b 螺母的槽内，螺母即被锁紧。 自攻螺钉 斜垫圈的应用 7）垫圈 平垫圈 斜垫圈 h 外舌 内舌 止动垫圈和圆螺母 弹簧垫圈用于增 加螺纹间的磨檫 力达到紧固作用 垫圈 平垫圈用于被紧固零 件的表面防护及减小 受压面的单位压力 螺纹的加工 板牙加工外螺纹 丝锥加工内螺纹 内螺纹加工 车床加工外螺纹 螺纹的旋向 螺纹分为左旋螺纹和右 旋螺纹两种。 顺时针旋转时旋入的螺 纹是右旋螺纹； 逆时针旋转时旋入的螺 纹是左旋螺纹。 工程上常用右旋螺纹。 力矩检测原理 测力矩板手—测出预紧力矩，如左图： 定力矩板手—达到固定的拧紧力矩T 时，弹簧受压将自动打滑，如右图： 测量预紧前后，螺栓伸长量—精度较高。 1 2 3 4 1 2 测力矩 扳手 螺纹的防松 1、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成 摩擦力减少，在螺纹副中，正压力在某一瞬间消失、摩擦力为 零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰 而失效。因此，必须考虑防松设计，否则会影响整机或部件的 正常工作，甚至造成事故。 2、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的 难度。 3、防松办法及措施 上螺母 螺 栓 1）摩擦防松 双螺母 下螺母 双螺母、弹簧垫圈、 尼龙垫圈、自锁螺母等 双螺母 锁紧螺母 在螺母和螺栓之间形 镶嵌弹性环或尼龙 成内力，保证摩擦力。 圈挤入螺纹中。 结构简单、使用方便。 椭圆口螺母 可靠性不高，用于平 稳、低速、重载。 弹簧垫圈 弹力保持一定压 力，切口尖端逆向。 尼龙圈 椭圆口螺母 自锁螺母 — 螺母一端做成非圆形 收口或开槽后径向面收口，螺母拧 紧后收口涨开，利用收口的弹力使 旋合螺纹间压紧。 弹簧垫圈 2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带 翅垫片，止动垫片，串联钢丝等。 机械防松（直接锁住） 止动垫圈 开口销与槽形螺母 开口销 开槽螺母 与开口销 圆螺母 与止动垫圈 串联钢丝 (a)正确 (b)不正确 3）永久防松：端铆、冲点、点焊 4）化学防松——粘合 永久防松 焊接 冲点 涂胶 螺钉紧固方法 用二个螺钉安装被紧固件时，不应先将一 个拧紧后再拧另一个，而应将两个螺钉半紧 固，然后摆正联接件位置，再均匀紧固。 用四个或四个以上的螺钉安装时，可按对 角线的顺序半紧固，然后再均匀紧固。总之 安装同一被紧固零件上成组螺钉的原则：应 掌握交叉、对称、逐步紧固的方法。 装配时，旋具（螺丝刀）头必须紧紧顶住 螺钉槽口，旋具与安装平面保持垂直，拧紧 螺钉时，不允许造成螺钉槽口出现毛刺、变 形，不应破坏螺母或螺帽的棱角及表面电镀 层，禁止使用尖头钳，平口钳作紧固工具。 手动拧螺钉的参考规范： a.不用弹垫时≤3mm的螺钉推荐使用2.5寸的螺丝刀。 b.不用弹垫时≤4－5mm的螺钉推荐使用3寸的螺丝刀。 c.不用弹垫时≤6－8mm的螺钉推荐使用4寸的螺丝刀。 d.不用弹垫时≤9－10mm的螺钉推荐使用6寸的螺丝刀。 e.不用弹垫时≤11-12mm的螺钉推荐使用8寸的螺丝刀。 f.不用弹垫时≤13-16mm的螺钉推荐使用12寸的螺丝刀。 使用弹垫的条件下使用上述规范的螺丝刀： 在拧到弹垫被压平，手上感到力矩陡增时再往前拧 1/5-1/4圈即可。 螺钉拧紧力矩的确定方法－参考 1.在实际装配中如无相关技术要求，螺钉 的一般装配力矩（要求可靠性较高的）是 它的破坏力矩的60％-70%（要求一般的） 可以是它的破坏力矩的 80%。 2.也可以按下面方法确定螺钉的装配力矩： 将测试螺钉套上相应弹垫，用手动工具 拧紧至弹垫被完全压平，再将螺钉往前拧 1/5圈(约72°)，此时用力矩扳手或相关 检测工具拧松螺钉时显示的最大力矩，即 为该螺钉的拧紧力矩。 3.如无力矩检测工具，则可按如下方法执 行，将测试螺钉套上相应弹垫，手动工具拧紧 至弹垫被完全压平，再将螺钉往前拧1/5圈(约 72°)，再用电动螺丝刀拧松螺钉，则电动螺丝 刀显示的最小松动力矩值x1.2即为该螺钉的正 常装配的拧紧力矩。 4. 如螺钉拧在塑料零件上，则可按如下方法 执行，将测试螺钉套上相应平垫，手动工具拧 紧至平垫被完全压平（手推平垫无松动感）， 再将螺钉往前拧1/5圈(约72°)，再用电动螺丝 刀拧松螺钉，则电动螺丝刀显示的松动力矩值 x1.1即为该螺钉的正常装配的拧紧力矩。 如有严格装配要求，则应设计相应的试验方 案，测试合格后再确定力矩值。 螺钉的参考拧紧力矩表1 推荐底孔尺寸如下： 自攻螺钉及底孔直径 自攻螺钉国标GB/T5280-2002 对DI生产线上使用的几种自攻螺钉的看法 适合于钣金件 适合于塑料件 适合于不允许 产生金属屑的 机械零件 GB3098标准介绍 GB/T3098.13-1996 试验设备 螺钉装入夹具 内至少必须有 二扣完整螺纹 GB1-10mm最小破坏扭矩表 汽车行业标准（草稿） 公制内六角圆柱头螺钉锁紧扭力值参考表 公称尺寸 扭力值(N-M) M1.6 0.3 M2 0.63 M2.5 1.27 M3 2.2 M4 4.83 M5 10 M6 16.8 M8 41 M10 81 M12 142 M14 226 M16 350 M18 485 M20 685 M22 930 M24 1180 M30 2380 公制螺钉牙距表 公称尺寸 牙距（粗牙） 牙距（细牙） M1.6 0.35 0.2 M2 0.4 0.25 M2.5 0.45 0.35 M3 0.5 0.35 M4 0.7 0.5 M5 0.8 0.5 M6 1.0 0.75 M8 1.25 1.0 M10 1.5 1.0 M12 1.75 1.5 M14 2.0 1.5 M16 2.0 1.5 M18 2.5 2.0 M20 2.5 2.0 M22 2.5 2.0 M24 3.0 2.0 M30 3.5 3.0 M36 4.0 3.0 公制螺纹底孔 螺 英制螺钉牙距表 英制螺纹代号、名称、标准 不锈钢螺钉使用注意事项 由于不锈钢与碳钢具有本质差别。不锈钢具有较好的 延展性，使用不当则易导致螺丝与螺帽配合后无法旋开。 即俗称“锁死”或“咬死”。 改善锁死主要可从以下几个方面改善： 1．正确选择产品： （1）.在使用之前先确认产品的机械性能是否能满足使 用要求。（如螺栓的抗拉强度和螺帽的安全负荷）。 （2）.螺栓的长度选择应恰当,以旋紧后露出螺帽1-2个 牙距为准。 2．减少磨擦系数： （1）.螺纹必须保持清洁。 （2）.使用前必须添加润滑剂（如：40#机油，黄油） 正确的操作方法： （1）.螺帽必须垂直于螺丝的轴线进行旋 合，切勿倾斜。 （2）.在旋紧过程中，施力必须均匀，用 力不可超过安全扭力值。（附安全扭力矩 表） （3）.尽可能选用扭力扳手或套筒扳手， 避免使用活动扳手或电动扳手。 （4）.在高温状态下使用时必须冷却，且 使用时不要快速旋转，以免温度急速上升 而导致锁死。（如电动扳手等）。 安全扭力矩参考表： （1）.使用设备：扭力扳手，台虎钳，相匹配的套筒。 （2）螺丝与螺帽性能等级：A2-70，304材质，抗拉力 强度：700N/㎜2，屈伏强度：450N/㎜2 （3）作业模式：把螺丝头部垂直夹于台虎钳上，中间夹 一块工件，一个平垫和一个弹垫，再套上螺帽均匀施 力，当作用于螺母上的力大于以下数值时，螺帽可能无 法再顺利旋出，所以在旋转时，应使用小于以下力矩， 才可避免产品锁死。 （4）.以下数据仅供参考： 单位：牛顿/米 规 格 M20-2.5 M18-2.5 M16-2.0 M14-2.0 M12-1.75 安全扭矩 220 180 150 100 55 规格 M10-1.5 M8-1.25 M6-1.0 安全扭矩 40 20 9 目前市场上常见不锈钢主要有： 302HQ （0Cr18Ni9Cu3）-主要用于自攻钉； SUS304（0Cr18Ni9）-也就是常说的A2，主要用 于普通不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造， 强度等级一般螺栓为70； SUS 316（0Cr18Ni12Mo2）、SUS 316L （00Cr17Ni14Mo2）-也就是常说的A4，主要用于 高耐腐蚀性不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制 。
