螺纹拧紧技术
螺纹拧紧培训资料
一.螺纹副基本知识
1.汽车常用螺纹副类型
2.螺纹强度（等级及标记）
二.螺纹拧紧原理及控制
1.螺纹拧紧原理
2.拧紧力矩控制方法
三.拧紧力矩的管理基础
1.螺纹紧固的四种错误
2.螺纹松弛的分类及防松措施
2.拧紧工具的选择
3.拧紧检具及检测方法
4.拧紧力矩的影响因素
一.螺纹副基本知识1. 汽车常用螺纹副类型
螺纹联接是机械零部件之间结合的最常用方式之一，与铆接、焊接等结合方式相比，具有装配与维修的方便性，也是标准化程度最高的机械零件。
汽车常用螺纹紧固件主要包括：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、弹簧垫圈、平垫圈、锯齿垫圈、螺塞、扩口式管接件、卡套式管接头体、锥形管接头体等。 汽车常用螺纹副如表一：Q150B（粗牙）
Q151B（细牙）
Q173B（细牙）Q128(等长)Q254
Q271
Q296
Q340B（粗牙）Q341B（细牙）六角槽形螺母
Q381B（细牙）
——
——六角穿孔螺栓
Q818
锥螺纹直通接头体Q805球面螺母
Q302内螺母
Q304
内螺母（左/右旋）
直通、弯头、三通等
（分卡套式--标准件、球面式接头和平面接头式）六角穿孔螺栓
直通接头（平面式）其他
碟形螺母、U形螺栓及螺母等
锥螺纹
管螺纹
车轮螺母
直通接头（球面式）锥螺纹直通接头体、锥螺纹直角接头体、锥螺纹三通接头体等
球面螺母（左/右旋）、锥面螺母（左右旋）、法兰球面螺母（左/右旋）等长/非等长双头螺柱、焊接螺柱等
内螺纹
普通螺纹
六角头头部带孔螺栓、六角头螺杆带孔螺栓等
十字槽沉头螺钉、十字槽盘头螺钉、十字槽盘头螺钉带垫圈组合件等、
十字槽沉头自攻螺钉、十字槽盘头自攻螺钉、十字槽大半圆头自攻螺钉等、六角槽形螺母、六角槽形薄螺母等
六角螺栓
六角螺杆带孔螺栓六角螺母、六角薄螺母、六角厚螺母、六角法兰面螺母、焊接螺母等
代表件代号螺纹副
外螺纹
六角螺母常用品种
简图十字槽沉头木螺钉、十字槽半沉头木螺钉、十字槽圆头木螺钉等、
自攻螺钉
（十字槽盘头自攻螺钉）
木螺钉
（十字槽沉头木螺钉）
紧固件名称双头螺柱螺钉
（十字槽沉头螺钉）
六角螺栓、六角法兰面螺栓、六角法兰承面带锁齿螺栓、六角头螺栓带垫圈组合件等
2. 螺纹强度（等级及标记）
螺纹的性能等级一般有：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。① 螺纹标记的含义：
1）8 8
第一个数：表示公称抗拉强度的 1/100 （即最大抗张应力 N/mm2)
100×8 = 800 N/mm2
第二个数：表示公称屈服强度与公称抗拉强度比值的关系（即屈强比）
0.8 = 80%
两数相乘得出其屈服强度 ：
800* 0.8 = 640 N/mm2
2）BUFO：表示生产商 3）M：表示公制螺纹
② 材料标准：表二
P S B min
max max
max
max
min
3.60.2
4.8
5.8
6.8
0.250.550.250.212.90.28
0.5
0.040.04
380
其化学成分规定了含碳量的极限值和杂质硫、磷的上限，各性能等级的材料只要满足上表规定，材料就符合要求。③ 等级性能：表三
回火温度℃0
425
0.20.550.040.04
—
0.040.040.15或中碳钢淬火并回火中碳钢淬火并回火
或低、中碳合金钢（如硼、锰、铬）
淬火并回火10.9
淬火并回火或合金钢淬火并回火
0.4
性能等级化学成分 %
C —
0.050.0600.55
425
08.8材料和热处理
碳 钢
低碳合金钢（如硼、锰、铬）
合金钢淬火并回火
3.6
4.6
4.8
5.6
5.8
6.88.8d≤168.8d＞16
9.810.912.9
公称抗拉强度N/mm2
300600
90010001200公称
1802403203004004806406407209001080min 1902403403004204806406607209401100伸长率 %
min
25
22
—20
—
—12
12
109
8
HRB （max)
99.5
HRC （max)32343739
44
HRB （min)52
67
7179
82
89
HRB （in)
2223283239
④ 螺纹强度计算：
P O = σS ×A S
其中：σS — 螺纹紧固件的屈服强度，N/mm2
A S — 螺纹部分有效面积， mm2
螺纹有效面积A S 可查表四：M20222.5M18115157M14M16M27
M22M24459
13
1922453033532.52.531.5M10M6M8M12 1.751.25496
1.51.51.51.51.522
12516721627233338464.511.2561.292.188.11.251.5————20.139.2136.65884.3螺纹直径粗牙螺纹细牙螺纹面积螺距面积螺距500
——
——
——
95
——
800机械物理性能屈服点屈服强度
洛氏硬度HR
400N/mm 2
二.螺纹拧紧原理及控制1. 螺纹拧紧原理① 螺纹原理
以倾斜角β的线，围绕圆柱或圆锥运动时，圆柱或圆锥上就形成了螺旋线。沿着螺旋线产 生的沟漕和突起物就是螺纹。圆柱的外侧螺纹叫外螺纹。圆柱的内侧螺纹叫内螺纹。螺纹是 内、外一组同时使用的。
螺纹主要参数
1)螺距P: 相连两个螺纹顶尖的距离。
2)导距L: 螺纹旋转一周时，螺纹上一点沿轴线方向前进的距离。 注:一条螺旋线产生的螺纹叫单头螺纹，螺距与导距相等。 两条或两条以上的等间隔的螺旋线产生的螺纹叫多头螺纹。
3)螺纹有效直径:
螺距
外螺纹
内螺纹
导距 = n ×螺距
米制螺纹
内螺纹
外螺纹
② 螺纹拧紧
拧紧是用螺栓、螺母把零件连接起来，不能松动。为了不让其松动，必须在螺栓上施加 一个叫“轴向力”的适当拉力（拧紧力）。
实际作业中，因为直接测量轴向力困难，所以螺栓、螺母拧紧时，用“扭矩”代替。
③ 螺纹紧固件中的受力情况
螺纹紧固件在紧固状态下，其受力有三个方面：
1）轴力F：作用在外螺纹件轴向拉力（被连接件夹紧力） 2）支承面摩擦力F W ：螺母或螺栓与被连接件表面间摩擦力 3）螺纹副摩擦力F
： 外螺纹侧面与内螺纹侧面间摩擦力
正常情况下，三种受力比率为：
螺纹摩擦力F S
支承面摩擦力F W
轴力F
轴力F
F f
④ 拧紧力矩和紧固轴力的关系
当对螺母施加力时，将产生力矩力矩：
其拧紧力矩由两部分组成： 1）支承面摩擦力矩T W 2）螺纹副摩擦力矩T S
弹性区内，拧紧力矩和紧固轴力（预紧力）的关系式如下：
T = Ts + Tw = K F f d 预紧力：
F f = T / K d
其中，K：扭矩系数，与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。
FS 40
F
F
L
2L T a
T b
其例：T a = F ×2L = 2T b
F max
弹性区
F min
K max
K min
塑性区
紧固扭矩T
紧 固 轴 力 F f
T = F ×L
⑤ 影响预紧力因素
在采用同一扭矩紧固时：
Ⅰ.摩擦系数上升，K值变大，则预紧力F f 不足
Ⅱ.摩擦系数下降，K值变小，则预紧力F f 增大，可导致螺纹连接破坏失效。
⑥ 紧固件拧紧的实质
紧固件用螺纹进行紧固，其拧紧实质为：控制螺纹的紧固轴力（预紧力），保证 被连接件所需的夹紧力。
夹紧力需适中：过小夹不紧，被连接件容易松动；过大夹过紧，被连接件容易损 伤，同时，也容易造成螺纹件的损坏。
Ⅰ.轴向预紧力下限值：由联接结构的功能决定，此值必须保证被联接件在工作过程
中始终可靠贴合；
Ⅱ.轴向预紧力上限值：由螺栓（螺母）和被 联接件的强度决定，此值必须保证螺栓
及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏。
（如：螺栓拉长、拧断、脱扣、被联接件压陷/破裂等） 螺纹件紧固特性如下图：
抗拉
强度应变
摩擦力
2. 拧紧力矩控制方法
① 扭矩直接控制法
利用扭矩值与预紧力的线性关系，只 对紧固扭矩（Tf）进行控制，操作简便。
注：扭矩控制法受扭矩系数影响较大，
90%以上用于克服摩擦力，精度很低，一 般使用在非关键部位。
② 扭矩控制 — 转角监控法（或扭矩+角度控制）
在采用扭矩控制的同时,用紧固转角 θf 作为指标对预紧力进行监控的控制方法。
Ⅰ.20% N扭矩设定转角控制的起始点
Ⅱ.从起始点计算转角，同时记录扭矩
注:该方法装配精度高，可控制在5%以内，
一般用于较高的装配 部位，抗松动、
抗疲劳性能较佳，为拧紧装配工艺的发展方向。
③ 屈服点控制法
Ⅰ.拧紧系统先将螺栓拧至一起始力矩（50%），然后系统不断计 算 扭矩/转角 斜率，当螺栓材料达到屈服点（扭矩不再增加，而角度增加很快）斜率急剧 下降，则系统发出控制信号；
Ⅱ.得到信息后，系统略微停顿，再转10°左右。
注：该方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点，同时，对螺栓自身的屈服强 度及抗拉强度有严格的要求。（适用：塑性区域）
扭矩 角度
起始
扭矩
时间
三.拧紧力矩的管理基础
1.螺纹紧固的四种错误
① 紧固作业者的错误：忘记紧固，或紧固工具使用不当（工具正确）；
② 紧固方法的错误：紧固次序不当，或紧固工具选择欠妥（工具不正确）；
③ 紧固工具的错误：工具精度不高，性能不好；
④ 紧固连接件的错误：零不见尺寸超差，材质不好，螺纹润滑不良。
2.螺纹松弛的分类、原因及防松措施
① 螺纹松弛的分类与原因
② 防松措施
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，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。
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。
防松措施
为防止紧固件松动，除保证有效的轴力（预紧力）外，通常加装防松元件或采用带锁齿螺栓，或直接锁死。
1）摩擦防松 ：
采用双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等
注：原则上弹簧垫圈只能用一次，拆后再装则影响防松效果。
2）机械防松：
如：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈/止动垫片等
3）化学防松：粘合（如：螺纹涂密封胶）
4）永久防松：端铆、冲点、点焊
3.拧紧工具的选择
根据使用条件分：主要有手动、气动和电动； 根据拧紧扭矩分：主要有定扭工具和非定扭工具； 根据制造商分：有进口和国产工具。
拧紧工具的选择主要是根据螺栓强度相应的拧紧扭矩而选择的。① 定扭工具（常用见：表五）
手动定扭工具定值咔哒扳手价格便宜、劳动量大
8%扭矩控制油压脉冲
无反作用力、精度不高
10%扭矩控制定扭扳手精度高、有反作用力7%扭矩控制电动枪
方便、但适用扭矩小
5%扭矩控制
电动拧紧机
精度高、价格昂贵3%
扭矩+角度控制
② 非定扭工具
非定扭工具常用的有：冲击扳手、开口扳手、棘轮扳手、螺丝刀等，用力情况如表六：
L=10cm，F≈5Kg L=12cm，F≈20Kg L=15cm，F≈50Kg L=30cm以上，F≈100Kg
B10
B16
施力大小
（开口扳）
主要方法
施力部位螺栓大小
M20以上
气动定扭工具
电动定扭工具
M6以下
B20/B30
紧握住扳手的手柄端部，用臂力旋转。用力叉开双脚，尽全身重量和全力来拧紧。手腕力臂力
用食指、中指和大拇指拿着扳手，仅用手腕力旋转。定扭工具类型优缺点拧紧精度控制方式M6-M10M12-M14
紧紧握住扳手的手柄端部，用臂力旋转。肘力
冲击扳型号（国产）
B6
手腕力
肘力
臂力
③ 拧紧工具的选择
有扭力要求的工具，应选用定扭工具。在选用定扭工具时，应考虑：
1）产品结构——工具使用的方便性（能否加反作用力杆）2）现场环境——工具使用的方便性（能否悬挂）、噪音3）工艺参数——工具型号的扭力范围的适用性及精度等级4）制造厂商——工具的可靠性和服务质量（尽量集中厂商）5）生产效率——工具是否适应装配线速
4.拧紧检具及检测方法① 常用的拧紧检具
指针式力矩检测扳手、表盘式力矩检测扳手、传感器式力矩检测扳手等。 注:检具必须定期标定。
② 检测方法
1）动态扭矩检测：在装配的同时用在线式扭矩传感器测量
※ 动态检测能真实地反映紧固件的拧紧力矩。 2）静态扭矩 : 装配后用扭矩扳手测量
※ 静态检测由于是装配后检测，受到力矩衰减、静摩擦力、检具的精度等影响， 所测的力矩跟实际值有一定误差。
静态检测的方法有：拧紧法、拧松法、复位法（表七）
慢慢拧紧螺栓，螺栓转动且力矩回落后“短暂稳定状态”下的力矩值慢慢松开螺栓，螺栓开始转动时值或松开后的最大扭矩值
先划线、松螺栓、再均匀用力拧至原划线处的力矩值
力矩散差大
需重新拧紧
需均匀用力
备注力矩变化系数主要内容
检测方法拧紧法
拧松法复位法
0.819-1.1770.696-0.8191.004-1.178
5.拧紧力矩的影响因素① 气压
气压的稳定性对拧紧力矩的影响较大，不同的气压，风动工具将输出不同的力矩， 尤其要保证风动工具在运转的过程中有一个稳定的气压。
注：目前公司风动工具的气压稳定值为6.3±0.3Mpa。
② 零部件质量
零部件的质量对拧紧力矩的也有一定的影响，如螺纹烂牙、定位尺寸误差、支撑面变例：轮胎螺栓与钢圈的定位误差，易造成“假扭矩”，即力矩达到要求，在地面滚动 力 矩急剧下降。 ③ 润滑影响
在有润滑的条件下，扭矩系数K变小，同一扭矩将得到不同的轴向预紧力（夹紧力）— 偏 大；或相同的预紧力时，扭矩 — 偏小。
角螺栓和螺母凸缘螺栓和螺母
注：上表中扭矩系数为日本试验结果。
连 接 零 件扭矩系数 K 有润滑无润滑0.23
0.260.31
0.18
④ 工具的影响
1）拧紧工具的精度对拧紧力矩有直接的影响 2）检测工具的精度对力矩检测结果有直接的影响 ⑤ 拧紧方法的影响
拧紧方法对装配质量有较大的影响。常用的方法有： 1）对角拧 2）分组拧（分序） 3）分步拧 4）重复拧 Ⅰ.分步拧紧
单个螺母可直接一次拧紧，但组合螺母（如 U型螺栓、轮胎螺栓、缸盖螺栓等）必须分步拧紧，先定位、再复紧，有的需要多步拧紧。例：缸盖螺栓拧紧要求为
64Nm + 松懈 + 20Nm + 90°+ 90°。 Ⅱ.分序拧紧
主要针对组合螺母需按一定次序进行拧紧，或同时拧紧。例：
注：特别是容易伸展的板件，按照伸展方向来拧紧使用大直径的垫片较好。
6
4
2
3
5
1
圆周分布
附一：标准件屈服与极限紧固轴力值
附二：标准件常用拧紧力矩值