nasa緊固件設(shè)計(jì)手冊-達(dá)文中翻譯版

1、NASA緊固件設(shè)計(jì)手冊Fastener Design Manual國家航空航天局參考物12281990 年原著T俄亥俄州，克利夫蘭翻譯：達(dá)文中國家航空航天局行政管理科學(xué)和技術(shù)信息部1NASA 參考物 1228緊固件設(shè)計(jì)手冊理T.1990 年 3 月本手冊描述了可用于腐蝕控制的各種鍍層，包括鍍鎘和鍍鋅。它沒有提到由這些金屬的相對較高的蒸汽壓引起的排氣問題。緊固件手冊主要是為航空應(yīng)用而編寫的，在航空應(yīng)用中排氣通常不是典型的考慮。2008 年 6 月 17 日發(fā)布ii修正說明概要1導(dǎo)言1一般設(shè)計(jì)信息 1緊固件材料1鍍層和涂層1鍍鎘 1鍍鋅 2磷酸鹽涂層2鍍鎳 2離子氣相沉積鍍鋁3鍍鉻 3Serrna

2、W 和 SerrnaGard3Stalgard 3擴(kuò)散鍍鎳鎘3鍍銀 4鈍化與預(yù)氧化4黑色氧化物涂層4螺紋潤滑劑4油脂 4石墨 4二硫化鉬4協(xié)同涂料4Neverseez4Silver Goop(銀泥) 5螺紋固定化合物5腐蝕5電偶腐蝕5應(yīng)力腐蝕5氫脆 6鎘脆 6鎖緊方法 6螺紋孔6鎖緊螺母6變形螺紋7鎖定粘合劑9墊圈9碟形墊圈9鎖緊墊圈9齒形(或星形)鎖緊墊圈10自調(diào)式墊圈10嵌件10螺紋嵌件10iii目錄非螺紋嵌件12螺紋12螺紋類型12螺紋等級13螺紋成型13耐疲勞螺栓13螺栓的疲勞(循環(huán))載荷13螺栓的熱循環(huán)載荷15緊固件扭矩15扭矩表的發(fā)展17替代扭矩公式17扭矩測量方法18設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1

3、8查找緊固件組上的剪切荷載18查找緊固件組上的張力載荷18組合剪切和拉伸緊固件載荷18計(jì)算螺紋孔的拉拔載荷21計(jì)算“數(shù)字”緊固件刀柄直徑21載荷中的緊固件組(剪切載荷) 21緊固件邊緣距離和間距21載荷和剪切允許的近似值21適當(dāng)?shù)木o固件幾何形狀21剪切螺栓和螺母21使用適當(dāng)?shù)穆輻U長度 21螺栓頭和螺釘頭樣式 22緊固件22螺栓頭的識別22緊固件強(qiáng)度22鉚釘和鎖緊螺栓26鉚釘 26一般鉚釘類型26特殊鉚釘類型29鎖緊螺栓 31Jo-bolts 31Hi-Lok 31Huckbolts31Tr-Lok32Rivnuts32Hi-Shear Rivet 高剪切鉚釘33輕型開槽比例鎖緊螺栓33選擇鉚釘

4、和鎖栓的一般準(zhǔn)則34參考文獻(xiàn)35iv度下不大理想(易脆)。（3） 氫脆化是大多數(shù)常見電鍍方法的一個(gè)問題，除非使用特殊的工藝。(這個(gè)在腐蝕部分有更詳細(xì) 的介紹。)（4） 400 系列 CRES 僅含 12%的鉻，因此在某些環(huán)境下會被腐蝕。（5） 不同材料的接觸會產(chǎn)生電偶腐蝕，這可能成為一個(gè)主要問題。(電偶腐蝕將在本手冊的后續(xù)章節(jié)中介紹。)本手冊是為設(shè)計(jì)工程師編寫的，使他們能夠?yàn)樽约旱脑O(shè)計(jì)選擇合適的緊固件。包括緊固件材料選擇、鍍 層、潤滑劑、腐蝕、鎖定方法、墊圈、嵌件、螺紋類型和類別、疲勞載荷和緊固件扭矩。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一節(jié)包括了扭矩公式的推導(dǎo)、緊固件組上的載荷、同時(shí)發(fā)生的剪切和拉伸載荷、螺紋孔的拔出

5、載荷、握柄長度、頭部樣式和緊固件強(qiáng)度。本手冊的后半部分介紹了鉚釘和鎖緊螺栓的一般指導(dǎo)原則和選擇標(biāo)準(zhǔn)。鍍層和涂層大多數(shù)電鍍工藝都是電解并產(chǎn)生氫氣。因此，大多數(shù)電鍍工藝需要在電鍍后在遠(yuǎn)低于電鍍材料分解溫度的溫度 下烘烤，以防止氫脆化。然而，將鍍層加熱到其分解溫度可以再次產(chǎn)生游離氫。因此，超過電鍍的安全操作溫度會導(dǎo)致由于氫脆和失去腐蝕保護(hù)而導(dǎo)致的緊固件過早失效。對于一般的觀察者來說，設(shè)計(jì)中螺栓、螺母和鉚釘?shù)倪x擇應(yīng)該是一個(gè)簡單的任務(wù)。實(shí)際上，這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要仔細(xì)考慮溫度、腐蝕、振動、疲勞、初始預(yù)緊力和許多其他。本手冊的目的是提供足夠有關(guān)于螺栓和鉚釘材料、表面處理、扭矩和螺紋潤滑劑的數(shù)據(jù)，以使設(shè)

6、計(jì)者能夠?qū)μ?定設(shè)計(jì)做出合理選擇。鎖緊螺母、墊圈、鎖定方法、嵌件、鉚釘和螺紋孔也包括在內(nèi)。最常見的航空航天緊固件電鍍材料是鎘。電鍍是通過電沉積來完成的，而且很容易完成。然而，為了防止氫脆，鍍鎘必須在鍍后 2 小時(shí)內(nèi)，在 375【約為 190.6】的溫度下烘烤 23 小時(shí)。由于鎘在 600【注：約為 315.6】熔化，它的有效使用溫度限制是 450【注：約為 232.2】。一般設(shè)計(jì)信息緊固件材料螺栓可以由多種材料制成，但大多數(shù)螺栓是由碳鋼、合金鋼或不銹鋼制成的。不銹鋼包括鐵基和鎳基鉻合金。鈦和鋁螺栓的用途有限，主要用于航空航天行業(yè)。碳鋼是最便宜也是最常用的螺栓材料。大多數(shù)五金店都出售碳鋼螺栓，這

7、些螺栓通常是鍍鋅的，以防止腐蝕。這種螺栓材料的典型極限強(qiáng)度為 55ksi。合金鋼是一種高強(qiáng)度的碳素鋼，可熱處理至 300ksi。 然而，它不是耐腐蝕的，因此必須有某種類型的涂層來保護(hù)它免受腐蝕。航空航天合金鋼緊固件通常鍍鎘以防腐蝕。不銹鋼(CRES)螺栓【CorroResistant Steel，即不銹鋼】有多種合金可供選擇，其極限強(qiáng)度從 70 到 220 ksi。使用 CRES 的主要優(yōu)點(diǎn)是，它通常不需要保護(hù)涂層，并且具有比普通碳鋼或合金鋼更寬的使用溫度范圍。錯(cuò)誤!未找到源。列出了緊固件材料的部分。應(yīng)注意以下注意事項(xiàng)：螺栓電鍍材料通常是最高使用溫度的限制。碳鋼和合金鋼在低于-65【約為-53

8、.9】的溫1鍍鎘(錯(cuò)誤!未找到源。給出了鍍層和涂層的摘要。)導(dǎo)言概要225F(對于重鋅)到 400F(對于磷酸鐵)時(shí)開始。鋅也是一種常見的鍍層。熱浸鍍鋅法在商業(yè)上稱為鍍鋅。鋅也可以電沉積。因?yàn)殄冧\的表面比較暗淡，所以外觀不如鎘好看。然而，鋅是一種犧牲物質(zhì)。它會遷移到?jīng)]有鍍膜的地方，這些地方的鍍層已經(jīng)被刮掉了，這樣就可 以繼續(xù)提供抗腐蝕能力。鋅也可以作為一種含鋅豐富的涂料冷涂。鋅在 785熔化，但有用的使用溫度最高到 250鍍鎳，不論是否鍍銅()，是防止腐蝕和改善鋼和黃 銅外觀的最古老的方法之一。除非鍍鉻，否則鍍鎳會失去光澤。鍍鎳比鍍鎘或鍍鋅更昂貴，而且電鍍后必須和鍍鎘一樣烘烤，以防止氫脆。在

9、1100F 的工作溫度下鍍鎳效果很好，但由于成本問題，目前它仍然不常用于電鍍緊固件。(其抗蝕性能在 140以上。)磷酸鹽涂層鋼或鐵通過用稀釋的磷酸溶液處理材料表面來涂覆磷酸鹽，通常是將零件浸入專有的浴液中?；瘜W(xué)反應(yīng)形成一 層溫和的晶體磷酸鹽保護(hù)層。磷酸鹽涂層的三種主要類型是鋅、鐵和錳。磷酸鹽涂層的可以很容易地涂漆，也可以浸入油或蠟中以提高其耐腐蝕性。緊固件通常用鋅或錳磷化。磷化零件中很少出現(xiàn)氫脆。磷酸鹽涂層在2鍍鎳鍍鋅但是，對于 800到 1200的最高工作溫度，它是可以接受的。SermaW 和 SermaGard 是專有涂料，由無機(jī)粘結(jié)劑中的鋁顆粒組成1，添加鉻酸鹽以抑制腐蝕。涂層材料由AM

10、S3126A 覆蓋，工藝依據(jù) AMS2506。將涂層噴涂或浸漬在零件上，并在 650F 下。(SPS Technologies2在900F 下測試了 SermaW 涂層緊固件，沒有發(fā)生退化。)由于緊固件被完全涂覆，這種涂覆過程可以防止氫脆 和應(yīng)力腐蝕。Serma在抗腐蝕方面與鍍鎘一樣有效，但成本比鎘高出約 15%。目前沒有鍍有 SermaW 或 SermaGard 涂層的“現(xiàn)貨的”緊固件，但該公司將對緊固件或機(jī)械零件進(jìn)行少量訂購。這些涂層將在螺紋區(qū)域中進(jìn)行多達(dá) 15 次拆卸，而不會導(dǎo)致涂層嚴(yán)重。StalgardStalgard 是一種專有的涂層工藝3，包括有機(jī)涂層，無 機(jī)-有機(jī)涂層，或兩者兼而

11、有之，用于耐腐蝕。根據(jù) Stalgard 測試數(shù)據(jù)，其涂層在鹽霧和風(fēng)化測試中優(yōu)于鍍鎘或鍍鋅。Stalgard 涂層還提供電偶腐蝕防護(hù)。但是，這些有機(jī)涂層的最高工作溫度為 475F。擴(kuò)散鍍鎳鎘這種工藝是由航空航天公司開發(fā)的，用于較高溫度的 鎘涂層。在基板上電鍍 0.0004 英寸厚的鎳鍍層，然后是 0.0002 英寸厚的鎳鍍層。鎘板(符合 AMS2416)。然后將部件在 645F 下烘焙 1 小時(shí)，所得涂層可承受 1000F。然離子氣相沉積鍍鋁離子氣相沉積鋁電鍍是由 McDonnell-Douglas 公司開發(fā)的，用于飛機(jī)零的鍍膜。與鍍鎘相比，它有一些優(yōu)勢：不產(chǎn)生氫脆。對不同材料的電偶腐蝕起絕緣

12、作用。 (3)涂層可接受高達(dá) 925。(4)也可用于鈦和鋁的涂層。而，鎳板必須始終完，以避免鎘損壞。這個(gè)過程成本高昂，并且需要嚴(yán)密的控制。(5)該工藝不產(chǎn)生副產(chǎn)物。 它也有一些缺點(diǎn)：由于該工藝必須在專門設(shè)計(jì)的真空室中進(jìn)行，因此 相當(dāng)昂貴。在鹽霧試驗(yàn)中，鎘的性能優(yōu)于離子氣相沉積的鋁。鍍鉻通常用于汽車和家電裝飾應(yīng)用，但不常用于緊固件。鍍鉻緊固件的成本大約與不銹鋼緊固件相同。好的鍍1 Sermatech ernational, Inc., Limerick, Pennsylvania.2 Jenk own, Pennsylvania3 Eico Industries, Rockford, Illin

13、ois.3鍍鉻SerrnaW 和 SerrnaGard鉻要求在鍍鉻之前同時(shí)電鍍銅和鎳。鍍鉻也有氫脆問題。鍍銀對于大多數(shù)緊固件應(yīng)用來說，鍍銀的成本高得令人望而卻步。最大的例外是在航空航天工業(yè)，鍍銀螺母被用在不銹鋼螺栓上。銀具有防腐蝕和干潤滑劑的雙重作用。鍍銀可用于 1600F，是良好的高溫潤滑劑。由于銀在正常的大氣中會變色，鍍銀螺母通常被涂上透明的蠟以防止變色。蠟是一種很好的室溫潤滑劑。因此，扭矩表的正 ?！案膳ぞ亍敝祽?yīng)降低 50%，以適應(yīng)這種潤滑劑。鈍化與預(yù)氧化除非在組裝之前進(jìn)行鈍化或預(yù)氧化(參考文獻(xiàn)1)，否則 不銹鋼緊固件會在連接處產(chǎn)生電偶腐蝕或氧化。鈍化是通過用酸對鋼進(jìn)行短暫處理，在鋼上形

14、成一層保護(hù)性氧化物涂層。氧化物涂層差不多都是惰性的。預(yù)氧化是通過在空氣爐中將緊固件在大約 1300F 的溫度下形成氧化物涂層。所形成的表面有足夠的惰性，以防止由于電偶腐蝕而產(chǎn)生的磨損。石墨“干”石墨其實(shí)并不干。它是細(xì)碳粉，需要水分(通常 是油或水)才能成為潤滑劑。因此，它的最高操作溫度被限制在油或水的沸點(diǎn)。它在真空環(huán)境中使用也會損失水分。由于干石墨是一種磨料，如果超過上述限制，它的使用對螺栓連接是有害的。黑色氧化物涂層黑色氧化物涂層與油膜相結(jié)合，僅僅是增強(qiáng)了碳鋼緊固件的外觀。油膜是涂層中唯一防止腐蝕的部分。二硫化鉬二硫化鉬是最受歡迎的干性潤滑劑之一。它可以在真空環(huán)境中使用，但在大約 750F

15、時(shí)變成三硫化鉬。三硫化 鉬是一種磨料，而不是潤滑劑。螺紋潤滑劑雖然有許多螺紋潤滑劑可供選擇，但這里只介紹了幾種常見的潤滑劑。最常見的是油、油脂或蠟、石墨和二硫化 鉬。還有幾種專有潤滑劑， 如 Never-Seez 和 Synergistic Coatings。一些螺紋固定化合物，如樂泰(Loctite)，也可用作螺栓組件的潤滑劑，特別是允許拆卸螺栓的化合物。錯(cuò)協(xié)同涂料這些專有涂層4是一種注入并烘烤到多孔金屬基體涂層中的氟碳化合物，既能防止腐蝕，又能起到潤滑作用。然而，在他們的銷售說明書中給出的最高操作溫度是 500 F。協(xié)同涂層也可以在真空環(huán)境中工作。誤!未找到源。給出了螺紋潤滑劑的概要。油脂

16、雖然油和潤滑脂是最常見的螺紋潤滑劑類型，但它們 僅限于不超過 250F 的工作溫度。(高于此溫度，油或油脂將融化或沸騰掉。)此外，油不能在真空環(huán)境中使用。然而，只要遵守這些預(yù)防措施，油和潤滑脂對潤滑和防腐蝕都有好處。Neverseez根據(jù)制造商的說法，這種專有化合物5是一種石油基潤滑劑和防腐劑，作為潤滑劑達(dá)到 2200F 時(shí)是令人滿意的。油會蒸發(fā)掉，但這種化合物會在螺紋之間留下鎳、銅和鋅的氧化物。這允許拆卸緊固件，但每次安裝緊固件時(shí)都需要重新添加潤滑劑。宇航局 Lewis 的員工測試了這種化合物，發(fā)現(xiàn)效果很不錯(cuò)。4 General Magnaplate Corporation, Ventura

17、, California. tic Emhart, Broadview, Illinois45Silver Goop 是一種專有化合物6，含有 20%至 30%的 銀。Silver Goop 可用于 1500F，但不能用在鋁或鎂上。它非常昂貴，因?yàn)樗秀y的成分。螺紋固定化合物一些可拆卸的螺紋固定化合物(如 Loctite)也可用作抗磨損和潤滑物質(zhì)。不過，它們是環(huán)氧化合物，其最高工作溫 度約為 275F【135】。電偶腐蝕當(dāng)兩種不同的金屬在電解液中存在時(shí)，分，就會請注意活潑型和鈍化后的 304 和 316 不銹鋼之間的差 異。這里的不同之處在于通過在空氣爐中氧化或用酸處理表面來完成不銹鋼的鈍化以

18、形成氧化物。這種氧化物表面形成電偶腐蝕。兩種材料中最活躍的(陽極)被侵蝕并沉積在 最不活躍的(陰極)上，這就產(chǎn)生一個(gè)電偶電池(原電池)。請注意，下面列表中兩種材料的距離越遠(yuǎn)，它們之間的電偶作用就越大。根據(jù)參考文獻(xiàn)2，一些常用工程材料的電偶等級如下:在兩種情況下都是相當(dāng)惰性的，并且 了電偶活動。 由于陽極在原電池中被腐蝕，所以它應(yīng)該在電池中占較大的質(zhì)量。因此，在不銹鋼或銅組件中使用碳鋼作為緊 固件是一個(gè)糟糕的設(shè)計(jì)。反過來，不銹鋼緊固件可用于碳鋼組裝件，因?yàn)樘间撌顷枠O。鎂因?yàn)樗母邚?qiáng)度重量比經(jīng)常用于輕量化設(shè)計(jì)。但是，它必須通過惰性涂層(如鉻酸鋅底漆)與緊固件完全絕緣，以防止的電偶腐蝕。在電鍍系列中

19、，鍍鎘或鍍鋅緊固件與鎂最接近，如果絕緣涂層損壞，則是最兼容的緊固件。應(yīng)力腐蝕當(dāng)受應(yīng)力的零件被放置在腐蝕性環(huán)境中時(shí)，就會發(fā)生應(yīng)力腐蝕。由于腐蝕環(huán)境產(chǎn)生的表面缺陷(通常是凹坑或裂紋)，一個(gè)原本具有延展性的將在應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的情況下失效。一般來說，材料的熱處理溫度越 高(延展性越低)，就越容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。緊固件材料制造商已被迫開發(fā)對應(yīng)力腐蝕不太敏感的合金。在不銹鋼中，A286 是航空航天使用的最佳緊固件材料。它不容易受到應(yīng)力腐蝕，但通常只生產(chǎn) 160-ksi 的強(qiáng)度(220-ksi A286緊固件可在特殊訂單上)。強(qiáng)度較高的不銹鋼緊固件 (180 至 220 ksi)通常由 17-7P

20、H 或 17-4PH 制成，它們易受 應(yīng)力腐蝕。如果成本和進(jìn)度不受限制，可以使用 Inconel 718 或 MP35N 等高溫合金緊固件。另一種選擇是使用高強(qiáng)度碳鋼(如 H-11 工具鋼，其極限6 Swagelok Company, Solon, Ohio51Magnesium (most active)鎂(最活躍)2Magnesium alloys鎂合金3Zinc鋅4Aluminum 5056鋁 50565Aluminum 5052鋁 50526Aluminum 1100鋁 11007Cadmium鎘8Aluminum 2024鋁 20249Aluminum 7075鋁 7075Mild

21、steel低碳鋼11Cast iron鑄鐵Ni-ResistNi-抗蝕劑Type 410 stainless (active)410 型不銹鋼(活潑型)Type 304 stainless (active)304 型不銹鋼(活潑型)Type 316 stainless (active)316 型不銹鋼(活潑型)Lead鉛Tin錫Muntz Metal蒙氏銅鋅合金Nickel (active)鎳(活潑型)Inconel (active)鉻鎳鐵合金(活潑型)Yellow brass黃銅Admiralty brass黃銅222120191817161514131210腐蝕Silver Goop(銀泥

22、)Aluminum brass鋁黃銅Red brass紅黃銅Copper銅Silicon bronze硅青銅70-30 Copper-nickel70-30 銅鎳Nickel (passive)鎳(鈍化)Inconel (passive)鉻鎳鐵合金(鈍化)Titanium鈦Monel蒙乃爾銅-鎳合金Type 304 stainless (passive)304 型不銹鋼(鈍化)Type 316 stainless (passive)316 型不銹鋼(鈍化)Silver銀Graphite石墨Gold (least active)金(最不活躍)363534333231302928272625242

23、3抗拉強(qiáng)度為 300 ksi)并提供腐蝕保護(hù)。然而，如果可能的意的特例是 Spiralock7絲錐，如圖 1 所示。Spiralock 螺紋 形式的根部有一個(gè) 30的楔形坡道。在夾緊載荷下，外螺紋的頂端緊緊地卡在坡道上。這使得在振動下導(dǎo)致松動的橫向運(yùn)動幾乎不可能。一些航空航天公司的獨(dú)立試驗(yàn)表明，這種類型的螺紋具有良好的抗振動性能。螺栓可以有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺紋，因?yàn)槁菁y孔可以進(jìn)行所有的鎖定。話，最好使用普通品種和強(qiáng)度的緊固件，而不是使用一些高強(qiáng)度的緊固件。高強(qiáng)度緊固件(大于 180 ksi)會帶來諸如脆性、嚴(yán)重缺陷、鍛造封頭、螺紋冷軋以及嚴(yán)格質(zhì)量控制程序的必要性等問題。質(zhì)量控制程序如 X 射線，滲透

24、劑，磁粉，螺紋半徑和頭部半徑檢查通常用于高強(qiáng)度緊固件。鎖緊螺母有各種類型的鎖定元件，共同的原理是將螺母螺紋綁定(或楔入)到螺栓螺紋。這里涵蓋了一些比較常見的鎖緊螺母。分體梁分體梁鎖緊螺母(圖 2)在頂部有槽，并且在氫脆每當(dāng)存在與金屬密切相關(guān)的游離氫時(shí)，就會發(fā)生氫脆。由于大多數(shù)電鍍工藝是電解槽類型，因此存在游離 氫。有三種類型的氫金屬問題：(1)氫化學(xué)反應(yīng)：氫與鋼中的碳反應(yīng)生成甲烷氣體，可導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展和強(qiáng)度降低。氫還可以與鈦、鈮或鉭等合金開槽部分螺紋直徑過小。螺母旋轉(zhuǎn)，直到螺栓螺紋到達(dá)開槽區(qū)域。的“梁”段被螺栓向外偏轉(zhuǎn)，摩擦載荷由配合螺紋的結(jié)合產(chǎn)生。元素反應(yīng)形成氫化物。因?yàn)闅浠锏膹?qiáng)度不如合金，

25、所以它們降低了零件的整體強(qiáng)度。氫脆：氫可以留在溶液間隙中(顆粒結(jié)構(gòu)中的晶 格之間)，并可在驗(yàn)證測試后導(dǎo)致延遲故障。沒有外部跡象表明氫的存在。氫環(huán)境脆化：這個(gè)問題只存在于高壓氫環(huán)境中，例 如儲氫罐。除非緊固件在這種壓力容器內(nèi)受到壓力，否則不會出現(xiàn)這種情況。大多數(shù)電鍍規(guī)范現(xiàn)在規(guī)定，電鍍碳鋼緊固件“應(yīng)在電 鍍后 2 小時(shí)內(nèi)在 37525F 下烘烤不少于 23 小時(shí)，以提供氫脆消除”(參照標(biāo)準(zhǔn) MIL-N-250270)。過去，電鍍規(guī)范要求在電鍍后 4 小時(shí)內(nèi)在 37525F 下烘烤 3 小時(shí)。這種處理被發(fā)現(xiàn)是不充分的，大多數(shù)電鍍規(guī)格在 1981-82 年度進(jìn)行了修訂，以反映較長的烘烤時(shí)間。氫脆問題也

26、隨著緊固件強(qiáng)度的增加而增加。鎘脆材料的氫脆失效被很好地下來(參考文獻(xiàn)3)，但是鎘的脆化效應(yīng)并沒有被。一般來說，鍍鎘的失效起始溫度可低至 325F，而鎘脆失效起始溫度可達(dá) 400F 左右。由于這兩種元素通常都存在于鍍鎘的高溫故障中，兩者的共同作用可能是性的。每種方法的單獨(dú)作業(yè)效果是不確定的。鎖緊方法螺紋孔在螺紋，鎖定技術(shù)通常在緊固件上。一個(gè)值得注7 Distributed by Detroit Tap & Tool Company, Detroit, Michigan, through license from H.D. Holmes6變形螺紋變形螺紋防松螺母(圖 3)是一種常見的防松螺母，特別

27、是在航空航天工業(yè)中。其優(yōu)點(diǎn)如下：(1)螺母可一次成型。溫度范圍僅受金屬、其電鍍或兩者的限制。在因失去鎖定能力而必須丟棄螺母之前，螺母可以 重復(fù)使用大約 10 次。Nylok 顆粒Nylok 顆粒8(尼龍)通常安裝在螺母螺紋中，如圖 4 所示。顆?；蜓a(bǔ)丁從螺紋突出。當(dāng)配合螺紋嚙合時(shí)，壓縮產(chǎn)生反作用力，導(dǎo)致鎖定接觸。這種顆粒的主要缺點(diǎn)是其最高工作溫度約為 250F。尼龍顆粒也會因重裝而迅速損壞。圖 7 所示，盡管“們”無法就底部應(yīng)該放哪個(gè)螺母達(dá)成一致【達(dá)文中注：也有些人做過實(shí)驗(yàn)，具體可以參鎖環(huán)和密封或尼龍墊圈安裝在螺母的頂 部，如圖 5 所示。軸圈具有過盈配合，使其結(jié)合在螺栓螺紋上。它還提供了一些

28、密封作用，防止氣體和水分泄漏。同樣，這種螺母的限制特征是鎖緊環(huán)的溫度限制大約為 250F。有時(shí)使用的一種節(jié)省成本的方法是在螺母或螺栓的螺紋上粘合尼龍補(bǔ)丁，以獲得一些鎖定作用，而不是使用鎖環(huán)或尼龍顆粒。這種方法也用于短螺紋長度，其中鎖定顆粒的鉆孔可能導(dǎo)致嚴(yán)重的應(yīng)力集中。蜂窩狀螺母蜂窩狀螺母通常有六個(gè)槽，如圖6(a)所示。螺栓的螺紋頂端有一個(gè)孔。螺母被扭矩到其所需 的扭矩值。然后將其向前或向后旋轉(zhuǎn)(取決于用戶的偏好)到與螺栓中的鉆孔對齊的最近插槽。然后安裝開口銷，將螺母鎖定到位，如圖 6(b)所示。這種螺母非常適用于低扭矩應(yīng)用，例如將車輪軸承固定在適當(dāng)?shù)奈恢??？即宋??！咳欢@種類型的裝配因不可而

29、不大可靠。如果內(nèi)螺母比外螺母扭得更緊，內(nèi)螺母就會在外螺母滿負(fù)荷之前屈服。另一方面，如果外螺母比內(nèi)螺母更緊，內(nèi)螺 母就會卸載。然后外螺母就會在內(nèi)螺母滿負(fù)荷之前屈服。每個(gè)螺母很少會獲得正確的扭矩。鎖緊螺母比普通螺母和防松螺母更實(shí)用。然而，一個(gè)壓緊螺母可以用在一個(gè)螺絲扣上，因?yàn)樗怀惺苋魏螐埩ω?fù)載。78 Nylok Fastener Corporation, Rochester, Michigan.壓緊螺母這些螺母通常被“擠壓”在一起，如鋸齒面螺母(或螺栓)該螺母的鋸齒面(如圖 8 所示)在最終擰緊時(shí)嵌入承載面。這意味著它不能與墊圈一起使用，也不能用于可能會出現(xiàn)劃痕或腐蝕問題的表面。根據(jù) SPS 技

30、術(shù)公司的說法，他們的鋸齒形螺栓 (Durlock 180)需要 110%的擰緊力矩才能松開它們。他們對這些螺栓的測試表明它們具有優(yōu)異的抗振性。安全鎖線盡管鎖定布線是防止螺栓或螺母旋轉(zhuǎn)的一種費(fèi)力的方法，但它仍然用于關(guān)鍵應(yīng)用中，特別是在 航空領(lǐng)域。螺母通常有鉆孔角，螺栓要么在頭部有通孔，要么鉆角穿過鎖線。一個(gè)典型的螺栓鎖接線組件如圖 9(a)所示，一個(gè)典型的螺母鎖接線組件如圖 9(b)所示。直接螺紋直接螺紋具有超大的根直徑，使得配合螺紋之間有輕微的配合。它通常用于半性安裝的螺紋螺柱上，而不是螺栓和螺母上，因?yàn)楦缮媾浜洗_實(shí)會損壞螺紋。錐形螺紋錐形螺紋是直接螺紋的變體，但不同之處在于小徑是錐形的，以

31、螺母或螺栓的最后三 或四個(gè)螺紋，如圖 10 所示。托板螺帽(直譯：螺母板)托板螺帽(圖 11)通常用作盲螺母。它們可以是固定的也可以是浮動的。此外，它們可以具有常規(guī)螺母的大多數(shù)鎖定和密封功能。托板螺帽通常用于太薄而不能攻絲的材料。它們主要由航空航天公司使用，因?yàn)樗鼈兊陌惭b費(fèi)用很高。每個(gè)螺母板安裝至少需要三個(gè)鉆孔和兩個(gè)鉚釘。8青銅、磷青銅、不銹鋼和 K-蒙乃爾合金。當(dāng)螺栓被擰緊時(shí)，鎖墊圈充當(dāng)彈簧。然而，當(dāng)螺栓完全扭緊時(shí)，墊圈通常是平的。此時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)實(shí)心平墊圈，它的鎖定能力是不存在的?？傊?，這種類型的鎖墊圈對于鎖定是無用的。鎖定粘合劑許多廠家生產(chǎn)用于鎖定螺紋的鎖定粘合劑(或環(huán)氧樹 脂)。大多數(shù)

32、主要的生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)幾種等級的鎖緊膠，這樣拆裝的頻率就可以與膠的鎖緊能力相匹配。例如，Loctite242 用于可拆卸緊固件，而Loctite 2719 用于防篡改緊固件。其他制造商如tik、ND Industries、Nylock、3M 和 Permaloc 也生產(chǎn)類似的產(chǎn)品。大多數(shù)這些粘合劑的工作方式有兩種。它們要么是在沒有空氣的情況下變成薄層時(shí)變硬的單一混合物，要么是兩層中的環(huán)氧樹脂，直到它在配合螺紋之間混合和壓縮時(shí) 才硬化。請注意，兩層粘合劑通常由制造商將其作為“帶狀”或環(huán)放在緊固件上。只要它們沒有被不經(jīng)意地混合或損壞，這些絲帶或環(huán)會能保持一定的時(shí)期。這些粘合劑通常作為螺紋密封膠也是有

33、效的。然而， 它們都不能承受高溫。最好的粘合劑能在 450F【注：232.2】時(shí)起作用；的粘合劑只能在 200F【注：93.3】下起作用。墊圈碟形墊圈碟形墊圈(圖 12) 是墊圈，地用于保持螺栓 上的均勻拉伸載荷，而不是鎖緊。如果它們沒有完全展平，它們將作為螺栓連接中的彈簧。然而，除非它們的表面有鋸齒，否則它們沒有顯著的鎖定能力。當(dāng)然，鋸齒會破壞它們下面的配合面。如圖 13 所示，這些墊圈可以疊放在一起，以增加彈簧的總長度(圖 13(a)和(c)或增加彈簧常數(shù)(圖 13(b)。鎖緊墊圈圖 14 所示的典型螺旋彈簧墊圈由略微梯形的鋼絲制成，形成一個(gè)線圈的螺旋，因此高度約為墊圈橫截面厚度的兩倍。它

34、們通常由硬化碳鋼制成，但也有鋁、硅、99 Loctite Corporation, Newington, Connecticut.嵌件嵌件是一種特殊類型的裝置，它的內(nèi)徑上有螺紋，外徑上有螺紋或突起，并鎖在一個(gè)鉆制、模制或螺紋。它用于在軟質(zhì)材料(如和有色金屬材料)中提供堅(jiān)固、耐磨的螺紋孔，以及修復(fù)螺紋的剝離螺紋。航空航天工業(yè)在軟的材料螺紋 使用鑲嵌件，以便利用小的高強(qiáng)度緊固件來節(jié)省重量。例如，嵌件擁有較大 外螺紋(名義上比內(nèi)螺紋直徑大 1/8 英寸)，比如讓一個(gè) 10-32 的螺栓等效于一個(gè) 5/16-18 的螺母【達(dá)文中注：恕才疏齒形(或星形)鎖緊墊圈齒形鎖緊墊圈(圖 15)與螺釘和螺母一起用

35、于某些彈簧動作，但主要用于鎖緊動作。齒形被做成具有邊緣的學(xué)淺經(jīng)驗(yàn)，這句話糾結(jié)了兩晚不知道怎么翻譯才好， 就隨意翻譯了】?？偟膩碚f，有兩種類型的嵌件：一種是外部有螺紋 的，另一種是通過螺紋以外的方法鎖定的(滾花、鋸齒、槽或過盈配合)。在有螺紋的嵌件這一類中又分了三種：線螺紋，自攻式和實(shí)心襯套。結(jié)構(gòu)。一條邊咬入螺栓頭(或螺母)，而另一條邊咬入配合表面。雖然這種墊圈確實(shí)提供了一些鎖定作用，但它會損壞配合表面。這些劃痕可能導(dǎo)致高應(yīng)力緊固件、配合部件或兩者一起產(chǎn)生裂紋，以及增加腐蝕敏感性。自調(diào)式墊圈自調(diào)式墊圈與具有錐面的配合螺母一起使用，如圖 16所示。由于使用這種螺母會導(dǎo)致重量損失和嚴(yán)重的成本損螺紋嵌

36、件線螺紋鋼絲螺套嵌件(螺旋線圈10)，是精密的菱 形 CRES 線材線圈, 它既形成外螺紋又形成內(nèi)螺紋，如圖失，因此只能作為最后段使用。將平行配合表面保持在可接受的范圍內(nèi)(2，根據(jù) SAE 手冊(參考文獻(xiàn)4)通常是更好的選擇。17 所示。該線圈的尺寸稍大一些，因此在螺紋過盈配 合。此外，該鑲嵌件還帶有變形的線圈(圖 18)，用于附加鎖定。安裝后，柄腳在缺口處折斷。10 Emhart Fastening Systems Group, Heli-Coil Divi, Danbury, Connecticut.10鋼絲螺套是修復(fù) 露螺紋攻絲孔的最常用的類型，因 為它所需的擴(kuò)孔量最少。但是，如果空間允

37、許，最好使用實(shí)心襯套嵌件。自攻式大多數(shù)自攻嵌件都是實(shí)心襯套類型，其錐形外螺紋類似于自攻螺釘(圖 19)。有幾種不同的鎖定組合，例如 Nylok 插頭(圖 19(b)或滾牙成型的 Speedsert11變 形螺紋(圖 20)。滾牙成型嵌件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于它不切削螺紋，因此不會產(chǎn)生切屑。但是，它只能用于較軟的材料。實(shí)心襯套實(shí)心襯套嵌件在和外部均具有常規(guī)螺紋。常用的類型是圖 21 中所示的 Keensert11。在擰入到位后，將鎖緊鍵。另一個(gè)制造商使叉鎖環(huán)進(jìn)行鎖定。這些插件也可與的外螺紋或 Nylok 插頭一起用于鎖緊。11 Rexnord Spe lty Fasteners Divi, Tor

38、rance, California.11非螺紋嵌件膨脹嵌件最熟悉的無螺紋嵌件是如圖 22 所示的膨脹嵌件。這種物在外側(cè)和縱向狹縫上有倒螺紋鉤，允許它在安裝螺紋緊固件時(shí)向外擴(kuò)展，將倒鉤推入鉆 孔的壁上。(見參考文獻(xiàn)5)模制嵌件這種類型的嵌件(圖 23)是滾花或鋸齒形螺紋類型由于關(guān)于大多數(shù)螺紋的完整信息可以在 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)(參的，以防止拔出和旋轉(zhuǎn)。它通常與陶瓷、橡膠和 一起使用，因?yàn)樵谶@些材料中它比自攻或傳統(tǒng)的螺紋嵌件具有 更高的抗拉和抗旋轉(zhuǎn)能力。(見參考文獻(xiàn) 5)超聲波嵌件超聲波嵌件(圖 24)在各個(gè)方向上都有考文獻(xiàn)6)，SAE 手冊(參考文獻(xiàn) 4)和技術(shù)研究所(以前是局)手冊 H-28(參考

39、文獻(xiàn)7)中找到。本手 冊將不包含任何螺紋標(biāo)準(zhǔn)。這里的目標(biāo)是解釋常見的螺紋類型以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。常見的螺紋類型有國標(biāo)粗螺紋 (UNC)、國標(biāo)細(xì)螺紋(UNF)、國標(biāo)超細(xì)螺紋(UNEF)、 UNJC、UNJF、UNR、UNK 和等螺距螺紋。國標(biāo)粗螺紋UNC 是通用緊固件上最常用的螺紋。 粗螺紋比細(xì)螺紋深，并且在沒有交叉螺紋的情況下更容易組裝。制造公差可以大于較細(xì)螺紋的制造公差，從而允許更高的電鍍公差。由于配合較松，UNC 螺紋在被腐蝕時(shí)通常更容易移除。但是如果需要的話，UNC 緊固件可以采用 3 級(更緊的)配合(稍后將介紹)。國標(biāo)細(xì)螺紋UNF 螺紋的內(nèi)徑比 UNC 螺紋大，這 使得 UNF 緊固件

40、比相同材料和外徑的 UNC 緊固件具有更高的承載能力和更好的扭矩鎖緊能力。細(xì)螺紋具有比 UNC螺紋更嚴(yán)格的制造公差，較小的導(dǎo)程角可以實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)節(jié)張力。UNF 螺紋是航空航天工業(yè)中使用最廣泛的螺紋。國標(biāo)超細(xì)螺紋UNEF 是一種比 UNF 更精細(xì)的螺紋類型，在航空航天領(lǐng)域很常見。該螺紋特別適用于硬質(zhì)材料的螺紋孔和薄的螺紋壁，以及薄材料的螺紋孔。凹槽，以提高其鎖定強(qiáng)度。它們被安裝在準(zhǔn)備好的，通過在超聲振動時(shí)將它們壓入。超聲波振動會局部熔化孔壁，從而將凹槽“焊接”到位。由于熔化的面積很小，因此這些嵌件不具有在適當(dāng)位置模制的嵌件的保持力。超聲波嵌件僅限于在熱塑性中使用。(見參考文獻(xiàn)5)UNJC 和 U

41、NJF 螺紋“J”螺紋有外部和兩種 形式。外部螺紋的根半徑比相應(yīng)的 UNC、UNR、UNK 或 UNF 線程大得多。此半徑是強(qiáng)制的，并且需要進(jìn)行檢查，12而 UNC、UNF 或 UNEF 螺紋不需要根半徑。由于較大的根 半徑會增大內(nèi)徑，UNJF 或 UNJC 緊固件比相應(yīng)的 UNF 或 UNC 緊固件具有更大的凈拉伸面積。根半徑也會使螺紋截面中的應(yīng)力集中系數(shù)變小。因此，高強(qiáng)度(180ksi)螺栓通常具有“J”螺紋。UNR 螺紋從各個(gè)方面來說，UNR 外螺紋都是滾軋過的 UN 螺紋，只是必須將根半徑修圓。但是，根半徑和內(nèi)末端附近斷裂，因?yàn)檫@里是應(yīng)力集中最大的區(qū)域。為了減小應(yīng)力集中系數(shù)，可以將螺栓

42、柄加工到螺紋的根部直徑。 這樣，它可以比標(biāo)準(zhǔn)螺栓承受更長久的拉力循環(huán)載荷，其柄部直徑等于螺紋外徑。螺栓的疲勞(循環(huán))載荷圖 26 中的螺栓連接(來自參考文獻(xiàn)9)在施加外部載荷 Fe 之前，用初始載荷 Fi 預(yù)加載，F(xiàn)i 等于夾緊載荷 Fc。該 組件的等式(來自參考文獻(xiàn)10)是：徑查或公差控制。沒有的 UNR 螺紋。UNK 螺紋外螺紋與 UNR 螺紋相似，除了根半徑和內(nèi)徑需要檢查或公差控制。沒有的 UNK 螺紋。根據(jù)工業(yè)緊固件對制造商進(jìn)行的，幾乎所有 的外螺紋緊固件制造商都生產(chǎn) UNR 軋制螺紋，而不僅是普通 UN。唯一的例外是研磨或切割螺紋的不同。等距螺紋這些螺紋提供各種螺距選擇，可與各種 直

43、徑匹配以適合特定設(shè)計(jì)。這是直徑 1 英寸及以上的螺栓的常見做法，最常見的螺距是每英寸 8、12 或 16 個(gè)螺距。參考文獻(xiàn)8的 M-6 頁給出了 UN、UNR、UNK 和 UNJ螺紋的圖形和表格說明。茲附上一份(圖 25)以供參考。其中 Fb 為螺栓總荷載。式中，Kb 是螺栓的彈簧常數(shù)，Kc 是夾緊面的彈簧常數(shù)。要查看相對彈簧常數(shù)的影 響，令 R=Kc/Kb。然后得到(來自參考文獻(xiàn)11)：在普通的夾緊接頭中，Kc 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 Kb(對于鋼螺栓和 法蘭，R=5.0)，因此，螺栓載荷不會隨施加的初始外部載荷 Fc 的增加而增加。(請注意，直到 Fe 超過 Fi 時(shí)，螺栓載荷才顯著增加。)為了進(jìn)一步闡

44、明外部施加的載荷的影響，以下一系列 三角圖(圖 27，來自參考文獻(xiàn) 10)可以用來說明載荷條件。三角形 OAB 在所有四個(gè)圖中均相同。OA 的斜率表示螺栓剛度；AB 的斜率表示接頭剛度(通過 OC/CB 的比，接 頭比螺栓的剛度大)。在圖 27(a)中，外部施加的載荷 Fe(a)不會將螺栓加載到其屈服點(diǎn)。在圖 27(b)中，螺栓被Fe(b)加載到其屈服點(diǎn)，夾緊載荷相應(yīng)地減小到 FCL。在圖 27(c)螺紋等級螺紋等級的區(qū)別是通過公差和容差的量級來區(qū)分的。外螺紋和內(nèi)螺紋 名分別從 1A 到 3A 和 1B 到 3B。等級 1 是一個(gè)寬松的配合，通用的螺紋；等級 3 是更嚴(yán)格公差的 航空航天標(biāo)準(zhǔn)螺

45、紋。(不同級別的個(gè)別公差和尺寸見 SAE 手冊(參考文獻(xiàn) 4)。)螺紋成型中，外部負(fù)載 Fe(c)讓螺栓變形，使得當(dāng)去除 Fe(c)時(shí)，夾緊力將小于 Fi。在圖 27(d)中，接頭在螺栓失效的過螺紋可以通過切割、熱軋或冷軋成型。最常見的制造 方法是對直徑為 1 英寸的螺栓頭和螺紋進(jìn)行冷成型。直徑 1英寸以上的螺栓和高強(qiáng)度的小螺栓采用熱鍛工藝。螺紋仍然是冷軋的，直到螺栓尺寸不允許形成螺紋所需的材料位移(高達(dá)每英寸 8 個(gè)螺紋的恒定螺距)。切割螺紋成型只會在裝配時(shí)用絲錐和模具或用車床進(jìn)行切削時(shí)才會用到。冷軋的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過高壓應(yīng)力增加螺栓螺紋的強(qiáng)度，類似于噴丸的效果。這個(gè)過程使螺紋更抗疲勞開裂。

46、完全分離。請注意，OA 的斜率越平坦(或 OC/OB 之比越大)，則 F對螺栓載荷的影響越小。因此，使用的小直徑緊固件而不是幾個(gè)大直徑緊固件將使接頭更加耐疲勞。參考圖 27(a)，請注意，循環(huán)(交變)載荷是 Fi 之上的那部分。這些交變載荷(應(yīng)力)用來在螺栓材料的應(yīng)力載荷循環(huán)圖上使用，以螺栓的疲勞。注意，螺栓附近的耐疲勞螺栓初始預(yù)緊力 Fi 可使循環(huán)載荷最小化。如果螺栓在拉力作用下循環(huán)，則通常會在螺紋部分的131 = + () 1 + = + () + 14（3）（4）（5）（6）（7）螺栓的熱循環(huán)載荷用于預(yù)緊的螺栓拉伸強(qiáng)度的百分比一旦就第 4 項(xiàng)達(dá)成一致，如何準(zhǔn)確確定該值 結(jié)構(gòu)和螺栓的相對彈

47、簧剛度用于組合螺栓上同時(shí)發(fā)生的瞬時(shí)剪切和拉伸載荷的 相互作用公式(相互作用計(jì)算中是否應(yīng)包括因螺栓夾緊作用而產(chǎn)生的摩擦載荷？)是否應(yīng)在正常扭矩上加上“運(yùn)行扭矩”預(yù)緊裝置螺栓和接頭的材料不同，工作溫度高于或低于安裝溫 度，都會造成問題。收縮不同會導(dǎo)致接頭失載(或分離)；膨脹差異會導(dǎo)致緊固件過載。 在這些情況下，通常的做法是使用錐形墊圈(請參見本手冊的墊圈部分)，以對緊固件和接頭的載荷進(jìn)行額外調(diào)整。（8）緊固件扭矩確定緊固件的合適扭矩是緊固件安裝中的最大問題。以下是引起問題的許多變量中的一些：配合螺紋之間的摩擦系數(shù)螺栓頭(或螺母)與其配合表面之間的摩擦系數(shù)15螺栓涂層和潤滑劑對摩擦系數(shù)的影響16扭矩

48、表的發(fā)展摩擦系數(shù)可以在 0.04 至 1.10 之間變化，具體取決于材 料和配合材料之間使用的潤滑劑。(參考文獻(xiàn)12中的表 IV 給出了各種摩擦系數(shù)。)由于計(jì)算出的扭矩值是配合螺紋之間以及螺栓頭或螺母與其配合表面之間的摩擦系數(shù)的函數(shù)，因此調(diào)整使用的扭矩表值以反映用于計(jì)算扭矩表值與用戶值之間的摩擦系數(shù)的任何差異是 的。在表中列出 的值中應(yīng)包括運(yùn)行扭矩，因?yàn)槿魏闻ぞ囟紩诼菟ㄉ鲜┘蛹羟休d荷。表 V 中的扭矩值已按照腳注中的說明，使用參考文獻(xiàn)13中的公式進(jìn)行了計(jì)算。(Arthur Kern 在 1944 年左右在產(chǎn)品工了一個(gè)類似的表格。)對于無法鎖定以抵抗振動的螺栓，有時(shí)會使用較高的 扭矩(最高理論

49、屈服力)。較高的負(fù)載將增加螺栓的抗振性，但是如果不慎超過其屈服點(diǎn)，則螺栓會屈服和失載。由于沒有大量儀器測量就無法確定確切的屈服扭矩，因此建議不要使扭矩接近螺栓的屈服點(diǎn)。緊固件耐久載荷有時(shí)在文獻(xiàn)中列出。該值通常屈服值的 75%，以防止由于扭矩測量的不正確而導(dǎo)致緊固件的意外屈服。替代扭矩公式用于快速螺栓扭矩計(jì)算的常用公式是 T=KFd，其中 T表示扭矩，F(xiàn) 表示軸向載荷，d 表示螺栓直徑，而 K(扭矩系 數(shù))是根據(jù)以下公式計(jì)算得出的值：如參考文獻(xiàn)14(第 378 頁)所述，其中螺紋平均直徑 螺紋旋角螺紋間的摩擦系數(shù)螺紋角螺栓頭(或螺母)與夾緊面之間的摩擦系數(shù)通常假設(shè) K 的值為 0.2，但不應(yīng)盲目

50、使用該值。表 VI 給出了各種摩擦系數(shù)下 K 的一些計(jì)算值。對于鋼和鋼，K的更現(xiàn)實(shí)的“典型”值是 0.15。注意，和c 不一定相等，盡管表 VI 中的計(jì)算值使用了相等的值。17 tan + sec K = (2) 1 tan sec + 0.625扭矩測量方法查找緊固件組上的張力載荷扭矩測量方法有很多種，從機(jī)械師的“感覺”到在螺栓上安裝應(yīng)變計(jì)。確定施加扭矩值的精度取決于成本。表此過程與剪切載荷確定類似，不同之處在于緊固件組 的質(zhì)心可能不是幾何形心。圖 30 所示的螺栓托架演示了這種方法。八個(gè)緊固件的圖案是對稱的，因此每個(gè)扣件的 Pi 的拉 力載荷為 Pi/8。附加力矩 P2h 也會在某些緊固件

51、上產(chǎn)生拉力載荷，但問題是確定托架從拉伸到壓縮的“中性軸”線。如果該板足夠厚，可以承受邊緣 AB 處的整個(gè)力矩 P2h，則可以將該線用作后傾點(diǎn)或中性軸，則該線可以用作后傾點(diǎn)或中性軸。但是，在本例中，我采取了保守的方法，即：板VII(參考文獻(xiàn) 8)和 VIII(參考文獻(xiàn)15)由兩位不同的“”撰寫的，它們的數(shù)量各不相同。但是，它們都顯示出成本與扭矩精度相同的趨勢。將不會彎曲并且會在 CD 線處傾斜?，F(xiàn)在， 2僅包括螺栓3 至 8，并且(以英寸為)將從 CD 線開始測量。螺栓 7和 8 將具有最高的拉伸載荷(以磅為)，即 P=PT+PM，其中 PT=P1/8 及說明這種關(guān)系的另 式是，螺栓載荷與其到樞

52、軸的距離成正比，而反作用力矩與到樞軸軸線的各個(gè)緊固件距離 的平方之和成正比。此時(shí)，應(yīng)將施加的總拉伸載荷與緊固件扭矩引起的總拉伸載荷進(jìn)行比較。扭矩應(yīng)足夠大，以超過最大施加的拉 力載荷，避免接頭松動或泄漏。如果托架幾何形狀使得其彎曲能力不能輕易確定，則可能需要對支架本身進(jìn)行有限元分析。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則查找緊固件組上的剪切荷載當(dāng)緊固件組上的負(fù)載偏心時(shí)，首要任務(wù)是找到該組的質(zhì)心。在許多情況下，圖案將是對稱的，如圖 28 所示。下 一步是將載荷 R 除以緊固件 n 的數(shù)量，以得出直立剪切載組合剪切和拉伸緊固件載荷荷 Pc(圖 29(a)。接下來，找到該組緊固件的 2，其中 rn是每個(gè)緊固件到該組質(zhì)心的徑向距離。

53、現(xiàn)在計(jì)算關(guān)于質(zhì)心的力矩(M=Re，來自圖 28)?？梢酝ㄟ^以下公式找到由于力矩而導(dǎo)致的特定緊固件的剪切負(fù)荷：當(dāng)緊固件同時(shí)承受拉伸和剪切載荷時(shí)，必須將組合載荷與緊固件的總強(qiáng)度進(jìn)行比較，使用載荷比和相互作用曲線進(jìn)行比較。負(fù)載比為：其中 r 是從質(zhì)心到所的緊固件(通常是最外面的緊固件)的距離(以英寸為)。請注意，這類似于扭轉(zhuǎn)公式F=Tr/J，只是 Pe 的是磅而不是應(yīng)力。現(xiàn)在可以將兩個(gè)載荷(Pc 和 Pe)矢量相加，如圖 29(C)所示，以獲得每個(gè)緊圖 31 中的相互作用曲線是一系列曲線及其相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。最保守的是 R1+R2=1，最不保守的是 R13+R23=1。固件上的剪切載荷 P(以磅為)。

54、請注意，此處的緊這一系列曲線來自 MIL-HDBK-5 的舊版本。在版本 中，它已被單個(gè)公式 RS3+RT3=1 所取代(參考文獻(xiàn)18)。然而，如果設(shè)計(jì)在重量和應(yīng)力方面是保守的，則最好使用 RT+RS=1。請注意，在達(dá)到螺栓剪切載荷時(shí)，相互作用曲線沒有考慮來自夾緊表面的摩擦載荷。在某些情況下，摩擦載荷可以大大降低螺栓剪切載荷。固件面積都相同。如果它們不相等，則必須對區(qū)域以確定圖案的質(zhì)心。有關(guān)此的信息，請參見參考文獻(xiàn)16和參考文獻(xiàn)17。18(or 2) =Actual tensile loadAllowable tensile load(or 1) =Actual shear loadAllow

55、able shear load = 2 = 2 =27 219取決于使用哪條曲線。但是，請注意， + 1是實(shí)現(xiàn)正安全系數(shù)的要求。該公式還說明了為什么在主要負(fù)載為 剪切力時(shí)不應(yīng)向螺栓施加高扭矩的原因。安全余量用于計(jì)算屈服和可用材料的極限，以最臨界值控制著設(shè)計(jì)。屈服強(qiáng)度低的材料對屈服應(yīng)力，而屈服強(qiáng)度高的材料通常對極限應(yīng)力。2012 安全余量的定義為Allowable load (Stress) 1Actual load (Stress)Safety factor圖 31 中緊固件的安全余量12為 =1 1+ 較厚的板材上使用更寬的間距。計(jì)算螺紋孔的拉拔載荷在許多情況下，一種材料的螺栓可以安裝在另一

56、種(通載荷和剪切允許的近似值在不知道材料允許的特定剪切和承載能力的情況下，可以使用以下近似值：合金鋼和碳鋼：Fsu =0.6 Ftu不銹鋼：Fsu =0.55 Ftu其中 Fsu 是極限剪切應(yīng)力，而 Ftu 是極限拉伸應(yīng)力。由于開始時(shí)的載荷應(yīng)力允許值是憑經(jīng)驗(yàn)得出的，因此對于任何給定的金屬合金，載荷允許值可近似如下：常強(qiáng)度較低)材料的螺紋。如果需要螺栓的全部強(qiáng)度，則必須使用以下公式確定較弱材料的螺紋孔深度：其中，P拉出載荷，lbdm螺紋孔的平均直徑，inch (=螺紋中徑)FS材料極限或屈服剪應(yīng)力Fbu=1.5 FtuFby=1.5 FtyL螺紋接合長度，inch系數(shù) 1/3 是經(jīng)驗(yàn)值。如果螺紋

57、完全配合，這個(gè)系數(shù)將是 1/2，因?yàn)榭椎目倛A柱殼面積將在螺栓螺紋和螺紋孔螺紋之 間平均分割。1/3 用于允許線程之間的不匹配。在參考文獻(xiàn)19中給出了關(guān)于所需螺紋孔長度的進(jìn)一步信息。其中 Fbu 是極限承載應(yīng)力，F(xiàn)by 是屈服承載應(yīng)力，F(xiàn)ty 是拉伸屈服應(yīng)力。適當(dāng)?shù)木o固件幾何形狀大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(military standard, MS)和國家航空標(biāo)準(zhǔn)(national aerospatandard, NAS)緊固件都有編碼標(biāo)計(jì)算“數(shù)字”型緊固件的刀柄直徑使用公式：注，用于標(biāo)注直徑，握柄長度，頭部或柄部的鉆孔以及材料(其中緊固件有多種材料可供選擇)。與其列出一組定義，直徑=0.060+0.013 N

58、不如使用 NAS 1003 至 NAS 1020(圖 32)作為示例來以下內(nèi)容：（1） 最后兩位數(shù)字表示緊固件直徑，以十六分之一英其中 N 是緊固件的數(shù)字號(4、6、8、10、12)。 例如，8 號緊固件的刀柄直徑是直徑=0.060+0.013*(8)=0.164 inch寸為。（2） 第一個(gè)破折號數(shù)字是手柄的長度，以十六分之一英寸為。（3） 帶破折號的字母表示鉆頭和(或)柄鉆。此外，還會添加識別字母或破折號以指示緊固件材料。但是，并非所有 MS 和 NAS 緊固件標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格遵循這種系統(tǒng)的做法。只要有可能，抗剪螺栓的抗剪強(qiáng)度應(yīng)高于其所裝配的材料的載荷屈服強(qiáng)度。由于螺栓在其各自的 具有一定的間隙

59、和位置公差，因此板材必須在載荷中屈服，以允許 螺栓陣列將所有螺栓均勻地加載到陣列中的給定位置。請注意，孔位置越小，在載荷分配到模板上之前，單個(gè)螺栓必須承載的載荷就越多。螺栓和鉚釘不能一起承受負(fù)荷，因?yàn)殂T釘通常以過盈配合的方式安裝。因此，鉚釘將承受所有負(fù)載，直到板材或鉚釘屈服，使螺栓能夠承受一些載荷為止。該策略也適用于某種形式的螺栓和銷釘(或滾動銷)，因?yàn)檫@些銷也具有過盈配合。剪切螺栓和螺母在航空航天工業(yè)中，一般的基本規(guī)則是設(shè)計(jì)緊固件 時(shí)，緊固件主要承受剪切力而不是受拉力。因此，許多螺栓頭和螺母的厚度約為正常厚度的二分之一，以減輕重量。這些螺栓和螺母稱為剪切螺栓和剪切螺母，必須 使用，務(wù)必不要指

60、定它們用于拉伸應(yīng)用。對于這些螺栓和螺母，扭矩表值也必須減小到一半。緊固件邊緣距離和間距使用適當(dāng)?shù)穆輻U長度通常的設(shè)計(jì)做法是使用 2D 緊固件心的公稱邊緣距離，其中 D 是緊固件直徑。最大邊緣距離不應(yīng)小于 1.5D。緊固件之間的公稱距離為 4D，但被連接材料的厚度可能是做法是選擇一個(gè)螺桿長度，以使螺紋區(qū) 不會用于負(fù)載(剪切)。在沒有確切螺桿長度的情況下，螺母 或螺栓頭下方使用的墊圈的厚度可以有足夠大的變化，以配合螺桿使用。21一個(gè)重要。對于薄材料，緊固件之間的彎曲可能是一個(gè)問題。只要緊固件之間的表面密封不是問題，就可以在載荷中的緊固件組(剪切載荷)計(jì)算“數(shù)字”緊固件刀柄直徑 =3查在緊固件方面沒有