螺栓配合螺母到底孰強(qiáng)孰弱

螺紋配合廣泛應(yīng)用在各類(lèi)零件的連接。但如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，生產(chǎn)過(guò)程不佳，也會(huì)產(chǎn)生如滑牙、斷裂等失效現(xiàn)像。

各位朋友可能會(huì)有這樣的疑問(wèn)，螺栓和螺母在配合的過(guò)程中，誰(shuí)會(huì)更容易失效呢？

今天，法士威通過(guò)詳細(xì)數(shù)據(jù)，研究下到底孰強(qiáng)孰弱？設(shè)計(jì)過(guò)程中有哪些的注意事項(xiàng)？

一）受力分析

當(dāng)螺栓螺母在擰緊的過(guò)程中，會(huì)將扭矩轉(zhuǎn)化為軸向力，軸向力最后會(huì)由相互嚙合的螺紋（內(nèi)螺紋和外螺紋）承受。

受力狀態(tài)如下圖所示，軸力會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)螺紋和外螺紋的剪切應(yīng)力。

如果螺栓和螺母材料完全相同，因?yàn)槁菟ǖ氖芰γ娣e比較小，在相同作用力的情況下，螺紋更容易滑牙和斷裂。

那么，實(shí)際情況是什么樣的呢？

我們需要用數(shù)據(jù)來(lái)支撐。

二）螺拴和螺母的力學(xué)能力分析 

螺母硬度

螺拴硬度

那么，是不是螺栓硬度和強(qiáng)度較高，在擰緊過(guò)程中就更不容易被破壞呢？

螺母保載力

螺拴保載力

3）而10.9級(jí)M10*1.5粗牙螺紋的保載力為48100N（見(jiàn)上表）。

通過(guò)對(duì)比來(lái)看，螺紋的螺距越小，其承載能力則會(huì)越強(qiáng)。

細(xì)牙螺拴保載力

三）螺拴設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

要選用對(duì)應(yīng)等級(jí)的螺紋進(jìn)行配合

螺栓和螺母配合時(shí)，其通常的配合原則如下表所示。

例如，當(dāng)采用的螺母等級(jí)為8級(jí)時(shí)，螺栓的最高等級(jí)只能是8.8級(jí)，這樣能保證螺母的載荷承受能力始終大于螺栓。

輕金屬內(nèi)螺紋連接螺栓時(shí)，應(yīng)選用合適的配合長(zhǎng)度并做螺紋孔強(qiáng)度校核

鋁合金的硬度一般在60-80 BHN，其硬度遠(yuǎn)低于配合的螺栓。

因此螺紋孔較常見(jiàn)的一種失效模式是螺紋孔滑牙，如下圖所示。

當(dāng)出現(xiàn)螺紋孔滑牙時(shí)，其返工和維修的難度相對(duì)較高，因此設(shè)計(jì)時(shí)需遵循一些規(guī)則。

如下表所示，鋁、鎂合金零件的配合長(zhǎng)度要達(dá)到2.0-2.7d，相較于鋼螺母的配合長(zhǎng)度0.8-1d，配合長(zhǎng)度有了明顯的提升。

配合長(zhǎng)度的增加可以有效的防止螺紋孔滑牙，即使過(guò)載擰緊的連接副，首先失效的是螺栓，而非內(nèi)螺紋。

設(shè)計(jì)的螺紋孔在批量使用前，可采用重復(fù)擰緊的方法來(lái)驗(yàn)證螺紋孔強(qiáng)度（具體方法之前文章有詳細(xì)介紹）。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，螺紋不允許出現(xiàn)滑牙或脫扣，擰至失效時(shí)，要求螺栓斷裂在螺紋處，新螺栓仍可以輕松擰入。

五） 法士威的總結(jié)

1)為了便于維修和返工，螺母的設(shè)計(jì)保載力會(huì)高于螺栓的設(shè)計(jì)保載力，過(guò)載擰緊時(shí)，螺栓會(huì)首先失效。

2)設(shè)計(jì)螺栓螺母連接時(shí)，應(yīng)該遵循相應(yīng)的配合準(zhǔn)則，即螺栓的級(jí)別小于或等于螺母的級(jí)別。對(duì)于輕金屬連接的內(nèi)螺紋孔，螺紋嚙合長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足一定尺寸要求，同時(shí)可通過(guò)重復(fù)擰緊的方法來(lái)校核螺紋孔的強(qiáng)度。

3)螺紋連接副擰至失效時(shí)，當(dāng)擰緊扭矩出現(xiàn)突然跌落，其失效模式通常是螺栓斷裂；當(dāng)扭矩相對(duì)緩慢的降低，還伴隨階段性扭矩升高，其失效模式一般為螺紋滑牙。