螺栓、螺釘和螺柱的結構

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1.頭形結構

螺栓頭或螺釘頭的主要功能是承載及扳擰,主要分為六角頭、雙六角頭、花鍵頭、盤頭、沉頭、圓柱頭和其他頭形兒大類,其結構和用途見表3-1。

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螺栓、螺釘和螺柱的結構


螺栓、螺釘和螺柱的結構

2.扳擰結構

螺栓和螺釘的扳擰結構分為外扳擰結構和內扳擰結構,外扳擰結構形式主要有六角頭、十二角頭、花鍵頭、十角頭、八角頭、方頭、月角頭等,其中六角頭和十二角頭是常用的外扳擰結構,應用非常普遍;內扳擰結構主要用於頭部外形為迴轉體如沉頭、盤頭、圓柱頭等的情況,常見的內扳擰結構形式為一字槽、十字槽、內六角、內六花等,還有國外專利槽型—高扭矩十字槽和高扭矩一字槽。

通常情況下,外扳擰結構的扳擰性能要優於內扳擰結構,故高強度產品的扳擰結構一般選用外扳擰結構,但外扳擰結構所需的安裝空間要大於內扳擰結構,對裝配環境有一定的限制。在內扳擰結構中,內六角和內六花這兩種結構的扳擰性能要明顯優於其他內扳擰結構,故也可應用於高強度產品;但由於內六角的成型方式一般採用先預鑽底孔再採用六方衝頭衝切的方式,衝切下的材料會積壓在孔底,在使用過程中

可能會脫落,形成多餘物,因此,如果對多餘物有控制要求時,應去除乾淨。

3.杆部結構

螺栓的杆部結構是指無螺紋光桿部位,根據其直徑來分,主要為大徑杆、中徑杆、臺階形杆和加大杆(見圖3-1至圖3-4)。大徑杆也稱為標準桿,其公稱直徑等於螺紋公稱直徑,直徑公差有兩類,一類是松公差,主要用於抗拉型螺栓,如h12、h14;另一類是緊公差,主要用於抗剪型螺栓,如f9、f7、r6;中徑杆也稱為細杆,其公稱直徑約等於螺紋的中徑,其公差帶為h12,或不做特殊規定,主要用於抗拉型螺栓;臺階形杆也稱為腰狀杆,其杆徑小於或相當於螺紋的小徑,主要用於要求減小剛度的螺栓或者要求降低螺紋應力集中的螺栓;加大杆也稱為加強杆,其杆徑比螺紋大徑大,可以與裝配孔形成過盈配合,也可以用於結構維修。


螺栓、螺釘和螺柱的結構

螺栓的杆部長度是螺栓的基本規格參數之一,一般等於被連接件的夾層厚度,也可稱其為螺栓的夾緊長度。對於抗拉型螺栓,該長度一般包括螺紋的收尾,如圖3-5中的lg;對於抗剪型螺栓,該長度不包括螺紋收尾,如圖3-5中戶的ls。


螺栓、螺釘和螺柱的結構

4.螺紋結構

螺紋結構包括螺紋長度、螺紋精度、螺紋牙型、螺紋牙底圓弧和螺紋收尾及肩距等。

在同一產品標準中,同一直徑規格螺栓的螺紋長度一般為固定值,螺栓總長的增加主要體現在螺栓光桿長度的增加。螺栓的螺紋長度可分為長螺紋、中螺紋和短螺紋。長螺紋通常適用於抗拉型螺栓,主要用來承受較大的拉力;短螺紋通常適用於抗剪型螺栓,主要用於連接、防脫落,不承受拉力或者承受較小拉力;中螺紋通常適用於承受拉剪複合載荷的螺栓,可以承受一定的拉力。

螺柱的結構

螺柱與螺栓和螺釘的結構明顯不同,螺柱沒有頭部結構,兩端都有螺紋,這兩部分的螺紋可以是等直徑的,也可以是不等直徑的,其常見結構如圖3-6所示。在使用時,將一端擰入基體,一般不需要拆卸;另一端與螺母配用,可多次拆裝使用。為了使螺柱牢固地埋入基體,旋入基體一端的螺紋通常採用過渡配合螺紋實現緊配,也可以採用鎖鍵等其他方法固定。


螺栓、螺釘和螺柱的結構

螺栓、螺釘和螺柱的性能

螺栓、螺釘和螺柱的性能主要包括力學性能和冶金性能,力學性能是從宏觀上評定產品所承受各種載荷的能力,主要指標為拉伸性能、剪切性能、抗疲勞性能等;冶金性能是從微觀上評定產品的組織結構性能,主要內容包括晶粒流線、顯微組織、不連續性等。

性能等級

我國有兩個緊固件標準體系:一個是一般用途緊固件標準體系(即GB系);另一個是航空航天緊固件標準體系(即航空航天系)。由於兩個標準體系的緊固件使用環境和性能要求不盡相同,對力學州:能等級的劃分也存在一定差異。這一小節分別按照這兩個標準體系對螺栓、螺釘和螺柱的性能等級進行介紹。

1.GB系螺栓類產品性能等級

目前,我國GB系列螺栓類產品相關的力學性能標準共計12份,見表3-2。


螺栓、螺釘和螺柱的結構

(1)鋼製螺栓、螺釘和螺柱性能等級

由碳鋼或合金鋼製造的螺栓、螺釘和螺柱,按其抗拉強度和屈服強度共分為9個性能等級,即4.6級、4.8級、5.6級、5.8級、6.8級、8.8級、9.8級、10.9級和12.9級。一般情況下,8.8級以下的螺栓選用碳鋼製造,8.8級以上的螺栓選用合金鋼製造。

鋼製螺栓、螺釘和螺柱性能等級的代號由點隔開的兩部分數字組成,點左邊的一或二位數字為公稱抗拉強度(Rm,公稱)的1/100,以MPa計;點右邊的數字表示公稱屈服強度(下屈服強度)(REl,公稱)或規定非比例延伸0.2%的公稱應力(RPO.2,公稱)或規定非比例延伸0.0048d的公稱應力(RPf,公稱)與公稱抗拉強度(Rm,公稱)比值(屈強比)的10倍;兩部分數字的乘積為公稱屈服強度的1/10。例如,9.8級螺栓,其中“9"為螺栓公稱抗拉強度的1/100.由此可知,螺栓的公稱抗拉強度為9x100=900MPa;"8”為屈強比的10倍,由此可知,屈強比為0.8。

(2)不鏽鋼螺檢、螺釘和螺柱性能等級

根據材料的類別和組別可將不鏽鋼螺栓、螺釘和螺柱分成3大類(奧氏體、馬氏體和鐵素體),9個組別(A1、A2、A3、A4、、A5、C1、C3、C4、F1),然後冉按製造工藝的不同將它們組合成23個性能等級,見圖3-7。


螺栓、螺釘和螺柱的結構

不鏽鋼螺栓、螺釘和螺柱性能等級的標記代號由材料組別和性能等級兩部分組成。第一部分是不鏽鋼的組別標記,由字母和數字組成,字母表示不鏽鋼的類別(A表示奧氏體不鏽鋼、C表示馬氏體不鏽鋼、F表示鐵素體不鏽鋼),數字表示不鏽鋼的化學成分範圍。第二部分是性能等級標記,由兩位數字組成,表示螺栓抗拉強度的1/10,例如A2-70表示螺栓的材料為第二組奧氏體不鏽鋼、經冷加工成型,最小抗拉強度為700MPa;C3-80表示螺栓材料為第二組馬氏體不鏽鋼、經淬火併回火處理,最小抗拉強度為800MPa。

(3)有色金屬螺檢性能等級

有色金屬主要指銅合金和鋁合金,由它們製造的螺栓、螺釘和螺柱的主要性能指標是抗拉強度,屬於低強度緊固件同一性能等級、同一規格的螺栓、螺釘和螺柱的最小拉力載荷是一樣的,其性能等級基本上是按抗拉強度大小和相應的材料牌號進行分級的。銅合金共分為7個等級,即CU1、CU2、CU3、CU4、CU5、CU6、CU7;鋁合金共分為6個等級,即AL1、AL2、AL3、.AL4、AL5、AL6。例如,CU2表示銅合金第2級性能等級、對應的材料牌號為H63,抗拉強度為370MPa。

性能等級的標記代號由兩個字母和一位數字組成,其中字母與有色金屬材料化學元素符號的字母相同,如CU表示銅Cu,AL表示鋁Al;數字表示性能等級的序號,如1,2,3,…,但不表示力學性能按遞增方式排列,只對應不同的材料,牌號和力學性能。

(4)緊定螺釘性能等級

緊定螺釘與前面講到的螺栓、螺釘和螺柱一樣都屬於外螺紋緊固件,但兩者具有不同的性能等級評定準則。緊定螺釘的性能等級是採用硬度來表示的,而不是前面提到的抗拉強度,具體如下:

由碳鋼或合金鋼製造的緊定螺釘共分為4個性能等級,即14H、22H、33H和45H。性能等級的標記代號是由數字和字母H組成,其中數字部分表示最低維氏硬度的1/10,字母H表示硬度。如14H級的“14"表示最低維氏硬度的1/10,即其最低維氏硬度為14x10=140HV。

由不鏽鋼製造的緊定螺釘所用的材料只有奧氏體不鏽鋼,與不鏽鋼螺栓一樣分為5組,即A1、A2、A3、A4、AS,其化學成分也與不鏽鋼螺栓相同。不鏽鋼緊定螺釘的性能等級共分為兩個性能等級,即12H和21H。對於軟態(即奧氏體狀態)的緊定螺釘硬度較低,最低硬度為125HV,用12H表示;經冷變形加工的緊定螺釘硬度較高,最低硬度為210HV,用21H表示。


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