MJ螺紋緊固件簡介一.docx

MJ 螺紋緊固件簡介 （一）孫小炎（中 國 航 天 標(biāo) 準(zhǔn) 化 研 究 所 ， 北 京 ， 100071）文摘：概 述 MJ 螺紋現(xiàn)行的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情 況及其主要特征 ， 介 紹 MJ 螺紋緊固件的結(jié) 構(gòu) 和 性 能 特 點 ， 展 望 MJ 螺紋緊固件在航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景 。關(guān)鍵詞：MJ 螺 紋 ； 螺 紋 緊 固 件 ； 結(jié) 構(gòu) ；性 能 ； 緊 固 件 標(biāo) 準(zhǔn) ； 應(yīng) 用 前 景 。緊固件在國際上通常分為兩大類 ：第 一 類 是是在統(tǒng)一螺紋的基礎(chǔ)上加大 牙 底 圓 弧 半 徑 ，最 早一 般 用 途 緊 固 件 ， 其 標(biāo) 準(zhǔn) 由 ISO/TC2 （ 緊 固 件 技出 現(xiàn) 在 美 國 軍 用 標(biāo) 準(zhǔn) MIL S 8879 加 大 小 徑控制牙底圓弧半徑的螺紋通用規(guī)范 中 。術(shù) 委 員 會 ） 歸 口 ，我 國 的 緊 固件國家標(biāo)準(zhǔn)即屬于 該標(biāo)準(zhǔn)體系范疇 ； 第 二 類 是 航空航天緊固件 ，由國 際 標(biāo) 準(zhǔn) 化 組 織（ISO ） 于 1981 年 正 式 制 定ISO/TC20/SC4 （ 航空航天緊固件分技術(shù)委 員 會 ）了 MJ 螺紋的國際標(biāo)準(zhǔn) 。 現(xiàn)行的國際標(biāo)準(zhǔn)共有 6歸 口 ， 我國的軍用標(biāo)準(zhǔn) 、航 空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和航天行 個 ：ISO 5855 -1 ： 1999 航 空 航 天 MJ螺 紋業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均屬于該標(biāo)準(zhǔn)體系范疇 。在航空航天緊固 第 1 部 分 ： 通 用 要 求 ； ISO 5855 -2 ： 1999 航件 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) 中 ，全 都 采 用 MJ 螺 紋 ，這 類 緊 固 件空 航 天 MJ 螺 紋紋 的 極 限 尺 寸 ；第 2 部 分 ：螺栓和螺母用螺 又 稱 為“ MJ 螺 紋 緊 固 件 ” ， MJ 螺紋緊固件是國 ISO 5855 -3 ： 1999 航 空 航際上航空航天專用緊固件 。為了使航天產(chǎn)品的設(shè) 天 MJ 螺 紋第 3 部 分 ：管路件用螺紋的極限 計人員對這類緊固件有個基 本 了 解 ，本 文 將 簡 要尺 寸 ； ISO 3161 ： 1999 航 空 航 天 UNJ 螺 紋一般要求和極限尺寸 ； ISO 3353 -1 ： 2000 航介 紹 MJ 螺 紋 及 其 緊固件的主要特點 、標(biāo) 準(zhǔn) 及 其應(yīng) 用 情 況 。 為 敘 述 方 便 ，文 中 將 MJ 螺 紋 緊 固 件空 航 天 螺紋引導(dǎo)和收 尾第 1 部 分滾 壓 外 螺簡 稱 為“MJ 緊 固 件 ” 、 相 應(yīng) 的 螺 栓 、螺 母 簡 稱 為紋 ； ISO 3353 -2 ： 2002 航 空 航 天 螺 紋 引 導(dǎo)“ MJ 螺 栓 ” 、“ MJ 螺 母 ” ；而將普通螺紋螺栓 、“M 螺 母 ”。和 收 尾第 2 部 分內(nèi) 螺 紋 。螺 母 則 簡 稱 為“M 螺 栓 ”、我 國 于 1982 年就根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)制定 了 相 應(yīng)的 MJ 螺紋國家軍用標(biāo)準(zhǔn) 。 現(xiàn) 行 標(biāo) 準(zhǔn) 共 有 4 個 ：MJ 螺紋概述MJ 螺紋是一種螺紋牙底圓弧半徑加 大 并 受1GJB 3.1A 2003 MJ 螺 紋第 1 部 分通 用 要求 ；GJB 3.2A 2003 MJ 螺 紋第 2 部 分螺控 的 米 制 螺 紋 ，表 示 米 制 ， 以 字 母“ M ”“ J ”栓 和 螺 母 螺 紋 的 極 限 尺 寸 ； GJB 3.3A 2003的形狀表示螺紋牙底的特征 。 加大螺紋牙底圓弧 半 徑 ， 是為了減少螺紋承載 的 應(yīng) 力 集 中 ， 提 高 螺 紋的抗疲勞壽命 。 由 于 這 種 螺紋的抗疲勞壽命遠 MJ 螺 紋第 3 部分 管路件用螺紋的極限尺 寸 ； GJB 521985 MJ 螺 紋首 尾 。MJ 螺紋的基本牙型與普通螺紋惟一 的 區(qū) 別是 ： 螺紋小徑的削平高度由 H/4 增 大 到 5H/16比 普 通 螺 紋 高 ，紋 ”。所 以 MJ 螺 紋 又 稱“ 抗 疲 勞 螺（如 圖 1 所 示 ），這是由于相應(yīng)外螺紋的 牙 底 圓 弧MJ 螺紋來源于英制的 UNJ 螺 紋 ，UNJ 螺 紋半徑加大的結(jié)果 。航天標(biāo)準(zhǔn)化2009 年第 1 期- 9 -注 ： d 螺 紋 大 徑 ； d2 螺 紋 中 徑 ； d1 螺 紋 小 徑 ； P 螺 距 ； Td 大 徑 公 差 ； Td 小1徑 公 差 ； T d 中 徑 公 差 ； 半 角 誤 差 ；2Rmax 最大牙底圓弧半徑 ； Rmin 最 小 牙 底 圓 弧 半 徑 。圖 2MJ 外 螺 紋 牙 型MJ 螺紋緊固件簡介（一）孫小炎MJ 螺紋的主要特點 表 現(xiàn) 在 外 螺 紋 。 MJ 外 螺紋的最大實體牙型和最小實體牙型如圖 2 所 示 。外螺紋的收尾對螺紋連接的影響較大 ，螺 紋收尾是螺栓發(fā)生失效的常見 部 位 之 一 。螺 紋 收 尾螺紋的牙底與牙側(cè)由光滑圓 弧 連 接 ，螺 紋 的 牙 底是完整螺紋的最后一 個牙底到螺栓光滑圓柱 （x ）圓 弧 半 徑 處 在 0.15011P 0.18042P 的 范 圍 內(nèi) 。螺紋的實際牙型是一條連續(xù) 光滑的凹形曲線 ，外曲面起點之間的部分 （ 長 度 不 超 過 2P ） 。收 尾 不 完整的螺紋溝槽深度應(yīng)逐漸減小 ，平滑地過渡到光 線上的任何一處的連接圓弧 ，其半徑都不小于 桿的外圓表面上 ，并 且 溝 槽 的牙底圓弧半徑不能 0.15011P 。 而 在 M 螺 紋 中 ， 8.8 級 以 上 的 螺 栓 ，螺紋牙底圓弧半徑 不 小 于 0.125P ， 顯 然 要 比 MJ 螺 紋 小 得 多 。 這 就 是 MJ 螺紋的疲勞壽命高于普 通螺紋的最主要的原因 。小 于 0.15011P 。如 此 規(guī) 定 對 減小收尾部分的應(yīng)力 集 中 、 改善螺栓的受力情況有重要作用 。MJ 內(nèi)螺紋沒有特殊 要 求 ， 與普通螺紋相似 。為了防止與外螺紋最大實體 牙 型 發(fā) 生 干 涉 ，內(nèi) 螺紋的牙頂削平高度由 H/4 加 大 到 5H/16 ?；?于 此原 因 ， MJ 螺紋螺母的小徑要比普通螺紋螺 母 的小 徑 大 ， 一般來說兩者不能互換 。標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 ， MJ 螺 栓 螺紋的公差帶全部為 4h6h ， 螺 母 螺 紋 為 4H6H （ 公 稱 直 徑 5mm ）或4H5H （ 公 稱 直 徑 6mm ） 。高 精 度 的 螺 紋 配 合 不僅可以實現(xiàn)緊固件的精裝配 ，緊固件的鎖緊力矩 。也有利于穩(wěn)定自鎖 國內(nèi)外 MJ 緊固件標(biāo)準(zhǔn)情況ISO 從 上 世 紀 70 年代起就開始制定航空航 2天緊固件國際標(biāo)準(zhǔn) ，截 至 2003 年 ，共 發(fā) 布 標(biāo) 準(zhǔn)95 項 ， 其 中 有 MJ 緊 固 件 標(biāo) 準(zhǔn) 75 項 。這 些 標(biāo) 準(zhǔn)只有緊固件的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn) ， 包 括 ： 緊 固 件 尺 寸 標(biāo)準(zhǔn) 、 螺 紋 及 其 測 量 、 緊固件形位公差 、 試 驗 方 法 、 采 購 規(guī) 范 等 ， 適 用 于 航 空 航 天 器 （飛 機 、 航 天 器 、 導(dǎo)彈、 火箭等 ） 的結(jié)構(gòu)和發(fā)動機 。航天標(biāo)準(zhǔn)化2009 年第 1 期- 10 -MJ 螺紋緊固件簡介（一）孫小炎歐洲標(biāo)準(zhǔn)是世界上最大的區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn) 。隨 著“ 螺 釘 ”稱 為“ 螺 紋 到 頭 螺 栓 ” 。 在 這 種 情 況 下 ，歐洲經(jīng)濟一體化進程的推進 ，歐洲航空航天緊固 就沒有必要去刻意理清螺栓 和 螺 釘 的 定 義 。使 用件標(biāo)準(zhǔn)得到了迅速發(fā)展 ， 特別是從上世紀 90 年什 么 標(biāo) 準(zhǔn) ， 就按什么標(biāo)準(zhǔn)去 稱 呼 它 ，服 從 相 應(yīng) 標(biāo)代 以 來 ， 發(fā)展速度明顯加快 。歐洲標(biāo)準(zhǔn)在直接采 準(zhǔn) 給 出 的 名 稱 。 本 文為了敘述方便 ， 采 用 ISO/用 ISO 標(biāo) 準(zhǔn) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 結(jié)合歐洲的具體情況 ，制TC20/SC4 的 做 法 ，將有頭的外螺紋緊固件統(tǒng)稱 定了大量的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 。截 至 2008 年 ，歐 洲 航 空為 螺 栓 ， 但這里的螺栓不包 括 緊 定 螺 釘 、釘 、 自攻螺釘以及自攻自鉆螺釘?shù)?。木 螺航天緊固件標(biāo)準(zhǔn)共有 226 項 ， 其 中 有 關(guān) MJ 緊 固件 的 標(biāo) 準(zhǔn) 有 189 項 。螺栓頭形結(jié)構(gòu)螺栓頭有兩個主要功能 ：3.2俄羅斯沒有采用 MJ 螺 紋 ，但在其航空航天 一是支承或者承載 器（ 包 括 導(dǎo) 彈 ） 上使用了類似的 MR 螺 紋 。 MR作 用 ； 二 是 扳 擰 作 用 。 支 承 面 越 大 ，螺 栓 頭 部 的螺紋具有類似于 MJ 螺紋的基本特點 ，外 螺 紋 牙承 載 能 力 越 強 。 一 般 來 說 ，凸 頭（ 非 沉 頭 ）的 承底 圓 弧 半 徑 為 0.144P0.180P ， 與 MJ 螺 紋 基 本 相符 ， 完 全 可 以 用 MJ 螺 紋 代 替 之 。拉能力大于沉頭的承拉能力 。 凸 頭 包 括 六 角 頭 、雙 六 角 頭 、 花 鍵 頭 、 盤 頭 、 圓 柱 頭 等 。國 內(nèi) 的 MJ 緊 固 件 標(biāo) 準(zhǔn)有國家軍用標(biāo)準(zhǔn) 、航六角頭可分為標(biāo)準(zhǔn)六角頭 、大六角頭和小六 天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 。航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是上 角頭等三個基本 系 列 。 表 1 給 出 了 MJ 六 角 螺 栓頭的對邊寬度和 M 螺 栓 的 比 較 。世 紀 90 年 代 初 依 據(jù) ISO/TC20/SC4 標(biāo) 準(zhǔn) 或 標(biāo) 準(zhǔn) 草案 制 定 的 ， 內(nèi) 容 包 括 螺 栓 、 螺 釘 、 螺 柱 、普 通 螺表 1六角螺栓頭的對邊寬度 mm母 、 開 槽 螺 母 、 自 鎖 螺 母 、 高 鎖 螺 栓 等 ，共 有54 項 標(biāo) 準(zhǔn) ， 其結(jié)構(gòu)尺寸完 全 采 用 了 ISO TC20 SC4 的 標(biāo) 準(zhǔn) ， 性 能 指 標(biāo) 也 符合現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn) ，并且采用了相應(yīng)的強度等級和 溫 度 等 級 制 度 ，代號及其標(biāo)記都采用了國際 上 通 用 的 方 法 。規(guī) 格國 家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是 在原航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （M 緊 固 件 ） 的 基 礎(chǔ) 上 吸 收 ISO/TC20/SC4 標(biāo) 準(zhǔn) 的技 術(shù) 內(nèi) 容 ， 主要品種包括螺栓 、 螺 釘 、高 鎖 螺栓 、 高 鎖 螺 母 等 ， 結(jié)構(gòu)尺寸既有符合 ISO 標(biāo) 準(zhǔn)的 ， 又有符合原航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 ， 特 點 是 螺 栓 、螺釘?shù)钠贩N較多 ， 性能指標(biāo)符合現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn) 。MJ 緊固件的結(jié)構(gòu)特點螺栓和螺釘?shù)幕靖拍盥菟ê吐葆敹际亲畛Ｓ玫穆菁y緊固件 ， 但 是33.1什 么 叫 螺 栓什 么 叫 螺 釘國 內(nèi)（Bolt ） 、（Screw ） ，外的標(biāo)準(zhǔn)都沒有明確定義 。 國 內(nèi) 的 航 空 、 航 天 行業(yè) 習(xí) 慣 上 將 “ 半 螺 紋 ” 的 叫 做 “ 螺 栓 ” ， 而 將 “ 全 螺 紋 ” 的 稱 為 “ 螺 釘 ” 。 在我國的國家標(biāo)準(zhǔn) 中 ， 則習(xí)慣于將六角頭的外 螺紋緊固件稱為螺 栓 ， 其它頭形的叫做螺釘 。 這些區(qū)分方法都沒有 雙 六 角（ bihexagon ， 12 point ）是 由 兩 個 正六 邊 形圍繞中心相對轉(zhuǎn)動 30 所形成的幾何圖 形 。雙 六 角 頭 是 MJ 緊固件最常用的頭形 ，國 內(nèi)也 有 人 將 這 種 頭 形 稱 為“12 角 頭 ” 。雙 六 角 頭 根據(jù)頭部的厚薄分為厚 、 標(biāo) 準(zhǔn) 、薄 等 3 個 系 列 ?；▏栏竦膰H標(biāo)準(zhǔn) 依 據(jù) 。在 ISO/TC20/SC4 制 定 的鍵 頭 （ spline head ） 也 是 MJ 緊固件的基本頭形 緊 固 件 標(biāo) 準(zhǔn) 體 系 中 ， 很 少 出 現(xiàn) “ 螺 釘 ”（Screw ）之 一 。度 小 ，與六角頭螺栓相比 ， 這兩種頭形的對邊寬 既 可 減 輕 重 量 ， 又 可 節(jié) 省 安 裝 空 間 ， 而 其一 詞 ， 統(tǒng) 稱 為 “ 螺 栓 ” ， 而 將 我 們 通 常 所 說 的航天標(biāo)準(zhǔn)化2009 年第 1 期- 11 -螺 紋 公 稱 直 徑對 邊 寬 度 （S）MJ 螺 栓M 螺 栓普 通六 角大 六 角小 六 角普 通六 角大 六 角3675.54787589861011108131412131017141612191718211422192124162422242718272427302030273034注 ： MJ 螺 栓 的普通六角系列主要用于強度等級小于或等 于 1100MPa 的 螺 栓 。雙 六 角 頭 花 鍵 頭圖 3雙六角頭螺栓和花鍵頭螺栓 表 2常見內(nèi)扳擰結(jié)構(gòu)特點比較 MJ 螺紋緊固件簡介（一）孫小炎抗扳擰能力卻比六角頭大得多 ，常用于強度等級 有較大的扳擰力矩 ， 在 歐 洲 的 MJ 螺 栓 標(biāo) 準(zhǔn) 中 已經(jīng) 采 用 。高 于 1100MPa 的 MJ 高 強 度 螺 栓 。鍵 頭 如 圖 3 所 示 。雙 六 角 頭 和 花沉頭有三種型式 ： 90 、 100 和 120 ，傳 統(tǒng)使 用 90 和 120 沉 頭 。 120 沉頭主要用于薄壁結(jié) 構(gòu)（ 如 薄 蒙 皮 ） ， 但因頭部厚度太薄 ，十 字 槽 深度 不 易 控 制 ， 過 淺 ，裝 拆 時 容 易“打 滑 ”； 過 深 ，則會削弱釘頭強度 ， 易 掉 頭 。在 MJ 螺 栓 中 ，只有 100 沉 頭 和 100 小 沉 頭 兩 種 。小 沉 頭 是 因 頭部高度減小而使得直徑變小 ， 用 于 薄 壁 結(jié) 構(gòu) 。內(nèi)扳擰結(jié)構(gòu)內(nèi)扳擰結(jié)構(gòu)用于沉頭 、 盤 頭 、盤 頭（pan head ） 的形狀像個盤子 ，是 最 常3.3用的螺栓頭形之一 。目 前 已 經(jīng)逐步替代了大同小 圓 柱 頭 等 圓 形異 的 半 圓 頭 、 平 圓 頭 、 扁 圓 頭 、 平 凸 頭 等 頭 形 。頭 。槽 、常見的內(nèi)扳擰結(jié)構(gòu)有開槽 （ 一 字 槽 ） 、十 字圓柱頭具有獨特的使用場合 ，在用作沉頭時仍具 內(nèi)六角和內(nèi)六花形等 ，見 表 2 。偏 置 型 十 字 槽 是 國 際 標(biāo) 準(zhǔn)（ ISO 7994 ：承受很大的扭矩 ， 特 別 是 在 擰 松 螺 栓 時 ，更 能 表1985 ） 選 定 的 用 于 MJ 螺 栓 的 十 字 槽 ，我 國 等 同現(xiàn) 出 這 種 十 字 槽 的 優(yōu) 越 性 。 另 外 ，這 種 十 字 槽采 用 后 制 定 了 GB T 12520 高 扭 矩 十 字 槽 。這還 有 一 個 特 點 ， 就是所需的插入深 度 比 較 淺 ，種 槽 的 4 個槽翼側(cè)面各有一個高 0.1mm 的 縱 向比 普 通 H 型 十 字 槽 要 淺 1/4 左 右 ，對 保 證 螺 栓小 凸 棱（ 見 圖 4 ） 。 擰 松 螺 栓 時 ，這 些 凸 棱 與 專頭 的 強 度 ，特 別是小沉頭螺栓 的頭部強度有重 用旋具上的徑向齒互相干涉 ，在小凸棱上形成能 要 保 護 作 用 。偏置型十字槽的最大缺點是制造工藝復(fù)雜 ，夠阻止旋具退出的凹槽 。 因 此 ， 這種十字槽能夠 航天標(biāo)準(zhǔn)化2009 年第 1 期- 12 -MJ 螺紋緊固件簡介（一）孫小炎特別是旋具制 造 麻 煩 ， 嚴重影響推廣應(yīng)用 。 2002紋 長度分為長螺紋 、 中螺紋和短螺紋 ， 見 圖 5 和年 ，ISO TC20 SC4 又制定了一套適于中低強度 表 3。 長 螺 紋 的 長 度 與 M 螺 栓 相 等 ，均 等 于螺 栓 的 飛利浦十字槽標(biāo)準(zhǔn) （2d+6 ） mm ， 用 于 抗 拉 螺 栓 ；短 螺紋適用于抗剪 （ ISO 14279 ： 2002 ） 。我國航空航天通用零部件標(biāo) 準(zhǔn)化技術(shù)委員會根據(jù) 螺 栓 ； 中螺紋適用于承受拉剪復(fù)合載荷的 螺 栓 。該 標(biāo) 準(zhǔn) ，針對盤頭和沉頭結(jié)構(gòu)制定了 GJB 5430需 要 注 意 的 是 ， 中 、短 螺 紋 的螺紋長度包括螺紋 2005 十 字 槽 ，這種十字槽可使用通用的飛利 收 尾 ，長螺紋的螺紋長度不包括螺紋收尾 。浦十字槽旋具進行扳擰 ， 不必再專門制造 旋 具 ，但由于其抗扳擰性能較差 ，于 或 等 于 1100MPa 的 螺 栓 。只能用于強度等級小 螺紋長度按 照 ISO TC20 SC4 的 規(guī) 定 ，3.4MJ 螺