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紧固件基础知识 主讲人 董静 2 紧固件基础知识 一 紧固件的定义紧固件在市场上也称为标准件 是将两个或两个以上的零件 或构件 紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称 备注 螺丝是紧固件的通用说法 日常口头语 二 紧固件的种类1 螺栓 由头部和螺杆 带有外螺纹的圆柱体 两部分组成的一类紧固件 需与螺母配合 用于紧固连接两个带有通孔的零件 这种连接形式称螺栓连接 如把螺母从螺栓上旋下 有可以使这两个零件分开 故螺栓连接是属于可拆卸连接 举例 外六角螺栓图片 2 螺柱 没有头部的 仅有两端均外带螺纹的一类紧固件 连接时 它的一端必须旋入带有内螺纹孔的零件中 另一端穿过带有通孔的零件中 然后旋上螺母 即使这两个零件紧固连接成一见整体 这种连接形式称为螺柱连接 也是属于可拆卸连接 主要用于被连接零件之一厚度较大 要求结构紧凑 或因拆卸频繁 不宜采用螺栓连接的场合 举例 双头螺柱图片 3 螺钉 也是由头部和螺杆两部分构成的一类紧固件 按用途可以分为三类 机器螺钉 紧定螺钉和特殊用途螺钉 机器螺钉主要用于一个紧定螺纹孔的零件 与一个带有通孔的零件之间的紧固连接 不需要螺母配合 这种连接形式称为螺钉连接 也属于可拆卸连接 也可以与螺母配合 用于两个带有通孔的零件之间的紧固连接 紧定螺钉主要用于固定两个零件之间的相对位置 特殊用途螺钉例如有吊环螺钉等供吊装零件用 举例 a 机器螺钉图片 b 紧钉螺钉图片 c 特殊螺钉图片 4 螺母 带有内螺纹孔 形状一般呈显为六角柱形 也有呈四方柱形或圆柱形 配合螺栓 螺柱或机器螺钉 用于紧固连接两个零件 使之成为一件整体 尼龙自锁螺母是一种新型高抗振防松紧固零件 能应用于温度 50 100 的各种机械 电器产品中 目前 宇航 航空 坦克 矿山机械 汽车运输机械 农业机械 纺织机械 电器产品以及各类机械对尼龙自锁螺母的需求量剧增 这是因为它的抗振防松性能大大高于其他各种防松装置 而且振动寿命要高几倍甚至几十倍 当前机械设备的事故有80 以上是由于紧固件的松动而造成的 特别在矿山机械中尤为严重 而使用尼龙自锁螺母就可以杜绝由于紧固件松脱所造成的重大事故 5 自攻螺钉 与机器螺钉相似 但螺杆上的螺纹为专用的自攻螺钉用螺纹 用于紧固连接两个薄的金属构件 使之成为一件整体 构件上需要事先制出小孔 由于这种螺钉具有较高的硬度 可以直接旋入构件的孔中 使构件中形成响应的内螺纹 这种连接形式也是属于可拆卸连接 举例 十字大扁头自攻钉 6 木螺钉 也是与机器螺钉相似 但螺杆上的螺纹为专用的木螺钉用罗纹 可以直接旋入木质构件 或零件 中 用于把一个带通孔的金 或非金属 零件与一个木质构件紧固连接在一起 这种连接也是属于可以拆卸连接 举例 GB1027 垫圈 形状呈扁圆环形的一类紧固件 置于螺栓 螺钉或螺母的支撑面与连接零件表面之间 起着增大被连接零件接触表面面积 降低单位面积压力和保护被连接零件表面不被损坏的作用 另一类弹性垫圈 还能起着阻止螺母回松的作用 举例 平垫圈 8 挡圈 供装在机器 设备的轴槽或孔槽中 起着阻止轴上或孔上的零件左右移动的作用 9 销 主要供零件定位用 有的也可供零件连接 固定零件 传递动力或锁定其他紧固件之用 10 铆钉 由头部和钉杆两部分构成的一类紧固件 用于紧固连接两个带通孔的零件 或构件 使之成为一件整体 这种连接形式称为铆钉连接 简称铆接 属与不可拆卸连接 因为要使连接在一起的两个零件分开 必须破坏零件上的铆钉 11 组合件和连接副 组合件是指组合供应的一类紧固件 如将某种机器螺钉 或螺栓 自供螺钉 与平垫圈 或弹簧垫圈 锁紧垫圈 组合供应 连接副指将某种专用螺栓 螺母和垫圈组合供应的一类紧固件 如钢结构用高强度大六角头螺栓连接副 12 焊钉 由光能和钉头 或无钉头 构成的异类紧固件 用焊接方法把他固定连接在一个零件 或构件 上面 以便再与其他零件进行连接 三 我司主要使用标准1 中国国家标准 国标 GB2 德国国家标准 德标 DIN3 国际标准 ISO4 日本国家标准 日标 JIS5 美国国家标准 美标 ANSI6 英国国家标准 BS备注 以上几种标准除了一些基本尺寸如头部对边 头部厚度等的不同以外 最主要的是螺纹部分的不同 GB DIN JIS ISO的螺纹都是以mm 毫米 为单位 统称为公制螺纹 ANSI螺纹是以英寸为单位的称为美标螺纹 除了公制螺纹和美制螺纹外还有一种BS 英制标准 其螺纹也是以英寸为单位 俗称惠氏螺纹 四 螺纹简述 1 螺纹定义 英文名 screwthread 在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的 具有特定截面的连续凸起部分 2 螺纹种类 a 螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹 b 按其在母体所处位置分为外螺纹 内螺纹 c 按其截面形状 牙型 分为三角形螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 三角形螺纹主要用于联接 矩形 梯形和锯齿形螺纹主要用于传动 d 按螺旋线方向分为左旋螺纹和右旋螺纹 一般用右旋螺纹 e 按螺旋线的数量分为单线螺纹 双线螺纹及多线螺纹 联接用的多为单线 传动用的采用双线或多线 f 按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹 3 螺纹术语 参照标准GB T14791 93 4 螺纹的代号标注在图样上螺纹需要用规定的螺纹代号标注 除管螺纹外 螺纹代号的标注格式为 螺距 单线时 特征代号公称直径 旋向导程 P螺距 多线时 管螺纹的标注格式为 特征代号尺寸代号旋向其中 右旋螺纹省略不注 左旋用 LH 表示 5 螺纹标记的标注当螺纹精度要求较高时 除标注螺纹代号外 还应标注螺纹公差带代和螺纹旋合长度 螺纹标记的标注格式为 螺纹代号 螺纹公差带代号 中径 顶径 旋合长度有关标注内容的说明 l 公差带代号由数字加字母表示 内螺纹用大写字母 外螺纹用小写字母 如7H 6g等 应特别指出 7H 6g等代表螺纹公差 而H7 g6代表圆柱体公差代号 2 旋合长度规定为短 用S表示 中 用N表示 长 用L表示 三种 一般情况下 不标注螺纹旋合长度 其螺纹公差带按中等旋合长度 N 确定 必要时 可加注旋合长度代号S或L 如 M20 5g6g L 特殊需要时 可注明旋合长度的数值 如 M20 5g6g 30 6 螺纹标记在视图上的标注方法除管螺纹外 在视图上螺纹标记的标注同线性尺寸标注方法相同 而管螺纹是用指引线的形式 指引线应从大径上引出 并且不应与剖面线平行 标注的说明 l M16 5g6g表示粗牙普通螺纹 公称直径16 右旋 螺纹公差带中径5g 大径6g 旋合长度按中等长度考虑 2 M16 1 5LH 6G表示细牙普通螺纹 公称直径16 螺距1 5 左旋 螺纹公差带中径 大径均为6G 旋合长度按中等长度考虑 3 G1表示英制非螺纹密封管螺纹 尺寸代号1in 右旋 4 Rcl 2表示英制螺纹密封锥管螺纹 尺寸代号1 2in 右旋 5 Tr20 8 P4 表示梯形螺纹 公称直径20 双线 导程8 螺距4 右旋 6 B20 2LH表示锯齿形螺纹 公称直径20 单线 螺距2 左旋 7 螺纹五要素螺纹分内螺纹和外螺纹 加工在圆柱 圆锥 外表面的螺纹叫外螺纹 加工在圆柱管 圆锥管 内表面的螺纹叫内螺纹 内外螺纹连接时 螺纹的要素必须一致 螺纹的结构要素包括牙型 直径 线数 螺距 导程 和旋向 1 牙型在通过螺纹轴线的剖面上 螺纹的轮廓形状 称为螺纹牙型 它有三角形 梯形 锯齿形和方形等 不同的螺纹牙形 有不同的用途 普通螺纹的牙形为三角形 普通螺纹和英寸制管螺纹一般用来连接零件 称为连接螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹和矩形螺纹一般用来传递运动和动力 称为传动螺纹 2 直径a 大径 D d 螺纹的最大直径 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径 外螺纹大径 d 亦称为顶径 内螺纹大径 D 亦称为底径 b 小径 D1 d1 螺纹的最小直径 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径 内外螺纹的小径分别用D1和d1表示C 中径 D2 d2 一个假想圆柱的直径 该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 见右图 此假想圆柱称为中径圆柱 中径圆柱的母线称为中径线 3 线数指同一圆柱面或圆锥面上螺纹的条数 记为n 通常多线螺纹使用在精密仪器仪表中或需要快速旋入的场合 4 螺距 ph 和导程 p 螺距是螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 导程是同一线螺纹上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 对于单线螺纹有p ph 对于多线螺纹有p ph n 5 旋向螺纹分右旋和左旋两种 如下图所示 顺时钟旋转时旋入的螺纹 称为右旋螺纹 逆时钟旋转时旋入的螺纹 称为左旋螺纹 工程上常用右旋螺纹 但一些比较重要的安全场合如液化汽罐就可能用到左旋螺纹 当内外螺纹旋合时 只有螺纹的五要素完全相同时才能互相旋合 改变上述五要数中的任何一项 就会得到不同规格和尺寸的螺纹 国家标准对有些螺纹 如普通螺纹 梯形螺纹 的牙型 直径和螺距都作了规定 凡是这三项符合标准的 称为标准螺纹 而牙型合标准 直径或螺距不符合标准的螺纹称为特殊螺纹 牙型不符合标准的螺纹叫非标准螺纹 如方牙螺纹 五 常用单位表示方法1 公制单位 毫米 mm 2 美制单位 英寸 inch 3 单位转换 1inch 25 4mm0 0 06inch每增加1 公称径增加0 013inch六 螺纹等级1 外螺纹a 公制 6g 6hb 美制 1A 2A 3A2 内螺纹1 公制 6G 6H2 美制 1B 2B 3B 七 紧固件机械性能 一 螺栓 螺钉和螺柱的机械性能 GB3098 1 ISO898 11 范围 本标准规定了由碳钢和或合金钢制造的 在环境温度为10 35 条件下进行试验时 粗牙螺纹M1 6 M39 细牙螺纹M8 1 M39 3螺栓 螺钉和螺柱的机械性能 本标准不适用于紧定螺钉及类似的不受拉力的螺纹紧固件 2 标记制度 性能等级的标记代号 由两部分数字组成第一部分数字表示公称抗拉强度的1 100第二部分数字表示公称屈服点 s 或公称规定非比例伸长应力 p0 2 与公称抗拉强度 b 比值 屈强比 的10倍 这两部分数字的乘积为公称屈服点的1 103 抗拉强度 tensilestrength 的定义 抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力 用 b FO AOFO 试样在断裂前的最大外力 N AO 试样原来的截面积 mm b 抗拉强度 Mpa N mm2 备注 a PSI是压力单位 欧美国家常用单位 英文全称为Poundspersquareinch P是磅pound S是平方square I是英寸inch b 单位换算 1PSI 6 895kpa 0 006895Mpa 举例 随意抽取一份客户图纸 4 屈服强度 yieldstrength 定义 是金属材料发生屈服现象时的屈服极限 亦即抵抗微量塑性变形的应力 对于无明显屈服的金属材料 规定以产生0 2 残余变形的应力值为其屈服极限 称为条件屈服极限或屈服强度 大于此极限的外力作用 将会使零件永久失效 无法恢复 如低碳钢的屈服极限为207MPa 当大于此极限的外力作用之下 零件将会产生永久变形 小于这个的 零件还会恢复原来的样子 备注 a 材料的变形分为弹性变形 外力撤销后可以恢复原来形状 和塑性变形 外力撤销后不能恢复原来形状 形状发生变化 伸长或缩短 b 当应力超过弹性极限后 进入屈服阶段后 变形增加较快 此时除了产生弹性变形外 还产生部分塑性变形 当应力达到b点后 塑性应变急剧增加 应力应变出现微小波动 这种现象称为屈服 这一阶段的最大 最小应力分别称为下屈服点和上屈服点 由于下屈服点的数值较为稳定 因此以它作为材料抗力的指标 称为屈服点或屈服强度 ReL或Rp0 2 屈服点yieldpoint s 试样在试验过程中力不增加 保持恒定 仍能继续伸长 变形 时的应力 上屈服点upperyieldpoint su 试样发生屈服而力首次下降前的最大应力 下屈服点loweryieldpoint SL 当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力 有些钢材 如高碳钢 无明显的屈服现象 通常以发生微量的塑性变形 0 2 时的应力作为该钢材的屈服强度 称为条件屈服强度 yieldstrength 详见材料应力 应变曲线图5 常用性能等级 3 6级 4 6级 4 8级 5 6级 5 8级 6 8级 8 8级 9 8级 10 9级 12 9级十个等级 6 螺栓性能等级标号的含义 螺栓性能等级标号由两部分数字组成 分别代表螺栓的公称抗拉强度值和屈强比值 如性能等级为4 8级的高强度螺栓其含义为 1 螺栓材质公称抗拉强度为400MPa级 2 螺栓材质的屈强比值为0 8 3 螺栓材质的公称屈服强度为400 x0 8 320MPa级7 高强度螺栓的区分及含义 8 8级及以上等级的螺栓统称为高强度螺栓 其余等级螺栓称为普通强度螺栓 8 所用材料 GB3098 1表2 备注 钢的分类钢是含碳量在0 04 2 3 之间的铁碳合金 按照化学成份分类如下 碳素钢 a 低碳钢 C 0 25 b 中碳钢 C 0 25 0 6 c 高碳钢 C 0 6 合金钢 a 低合金 合金元素总含量 5 b 中合金 合金元素总含量 5 10 c 高合金 合金元素总含量 10 按照品质分类 按照钢中硫 S 和磷 P 的含量可分为普通钢 优质钢和高级优质钢 a 普通钢 P 0 045 S 0 055 b 优质钢 S P均 0 035 c 高级优质钢 P 0 035 S 0 030 按照成形方法分类 a 锻钢b 铸钢c 热轧钢d 冷拉钢按照用途分类 建筑及工程用钢 a 普通碳素结构钢 b 低合金结构钢 c 钢筋钢 结构钢a 机械制造用钢 调质结构钢 表面硬化结构钢 渗碳钢 渗氨钢 表面淬火用钢 易切结构钢 冷塑性成形用钢 冷冲压用钢 冷镦用钢b 弹簧钢c 轴承钢 工具钢a 碳素工具钢 b 合金工具钢 c 高速工具钢 特殊性能a 不锈耐酸钢 b 耐热钢 c 电热合金钢 d 耐磨钢 e 低温用钢 f 电工用钢 专业用钢 桥梁用钢 船舶用钢 锅炉用钢 压力容器用钢 农机用钢等 中国钢号表示方法的分类说明 碳素结构钢a 由Q 数字 质量等级符号 脱氧方法符号组成 它的钢号冠以 Q 代表钢材的屈服点 后边的数字表示屈服点数值 单位是Mpa 例如 Q235为235Mpa的碳素结构钢 b 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号 质量等级符号分别为A B C D 脱氧方法符合 F表示沸腾钢 b 表示半镇静钢 Z表示镇静钢 TZ表示特殊镇静钢 镇静钢可不标符号 即Z和TZ都可不标 例如Q235 AF表示A级沸腾钢 C 专门用途的碳素钢 例如桥梁钢 船用钢等 基本上采用碳素结构钢的表示方法 但在钢号最后附加表示用途的字母 优质碳素结构钢a 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 例如平均碳含量为0 45 的钢 钢号为 45 它不是顺序号 所以不能读