螺丝的破坏扭力标准

标准就是规范，每个国家和部门都有自己的标准。目前，我们在平时的业务中最常用到的标准有以下几种：

GB—中国国家标准（国标）ANSI—美国国家标准（美标）

DIN—德国国家标准（德标）ASME—美国机械工程师协会掘竖标准

JIS—日本国家标准（日标）BSW—英国国家标准

GB—国家标准是我国众多标准中的一种，另外还有行业标准，专业标准和部门标准等。国家标准又分：GB（强制性标准）和GB/T（推荐性标准）以及GBn（国家内部标准）等。我们平常看到的像GB30，GB5783等等都是强制性的标准。

以上几种标准除了一些基本尺寸如头部对边、头部厚度等的不同以外，最主要的是螺纹部分的不同。GB、DIN、JIS等的螺纹都有是以MM（毫米）为单位，统称为公制螺纹。另像ANSI、ASME等的螺纹是以英寸为单位的称为美标螺纹。除了公制螺纹和美制螺纹外还有一种BSW—英制标准,其螺纹也是以英寸为单位，俗称惠氏螺纹。

公制螺纹是以MM（毫米）为单位，它的牙尖角为60度。美制螺纹和英制螺纹都是以英寸为单位的。美制螺纹的牙尖角也是60度，而英制螺纹的牙尖角为55度。由于计量单位的不同，导致了各种螺纹的表示方法也不尽相同。例如像M16-2X60表示的就是公制的螺纹。他的具体意思是表示该螺丝的公称直径为16MM，牙距为2MM，长度为60MM，又如：1/4—20X3/4表示的就是英制的螺纹，他的具体意思是该螺丝的公称直径为1/4英寸（一英寸=254MM），在一英寸上有亩竖20个牙，长度为3/4英寸。另外要表示美制螺丝的话一般会在表示英制螺丝的后面加上UNC以及UNF，以此来区别是美制粗牙或是美制细牙。

在平时的内销业务中，我们最常遇到的标准是GB（国标）和DIN（德标）。

在非芳生产品方面，主要会接触到以下几种标准：GB30；GB5783；GB5782；GB52；GB6170；GB818；GB819；GB845；GB846；GB70；DIN912；DIN933；DIN931等。目前GB30（老国标）在标准书中已被GB5783（新国标）所代替。GB52（老国标）在标准书中已被GB6170（新国标）所代替。

在1986年，我们国家对标准件制定了新标准，在业务中一般俗称为新标，使用最多的主要有GB5780、GB5781、GB5782、GB5783、GB5784。GB5780为六角头粗杆半牙螺丝，其精度等级为C级产品，可用GB5782来代替（GB5782为六角头粗杆全牙螺丝，其精度等到级为A级和B级。）GB5781为六角头全牙螺丝，精度等级为C 级产品。迅散大可用GB5783来代替（GB5783为六角头全牙螺丝，其精度等级为A级和B 级）。GB5784为细杆半牙的六角螺丝。

新标与老标的区别在于：M8、M10、M12、M14、M22系列的产品，在对边宽度上有所区别。除M22系列的新产品外，新标产品M8、M10、M12、M14的头部对边比老标的对边要小1MM。分别为13、16、18、21MM ，而M22系列的新产品，新标比老标的对边反而要大2MM，应特别注意。对于头部厚度，新标和老标之间略有差别，在要求不是非常严格的情况下可以通用。

新标与德标的区别在于：M10、M12、M14、M22的产品规格，在对边宽度上有所差别。M10、M12、M14的头部对边新标比德标要小1MM。而M22的新产品的，其头部对边比德标的对边宽度要大2MM ，其它的均可通用。

对于六角螺帽，常用的标准有：GB52、GB6170、GB6172和DIN934，对于它们之间的主要区别有：GB6170的厚度要比GB52、GB6172和DIN934来的厚，俗称为厚螺帽。另外就是对边上的区别，M8的螺帽系列中DIN934、GB6170、GB6172的对边都是13MM比GB52的对边14MM要小1MM，M10的螺帽，DIN934与GB52的对边为17MM，比GB6170和GB6172的的对边要大1MM，M12的螺帽，DIN934、GB52的对边为19MM比GB6170和GB6172的对边18MM要大1MM。对于M14的螺帽，DIN934、GB52的对边为22MM比GB6170和GB6172的对边21MM要大1MM。另外就是M22的螺帽，DIN934、GB52的对边为32MM，比GB6170、GB6172的对边34MM要小2MM。（GB6170和GB6172除了其厚度不一样外，对边宽度完全一样）其余规格在不考虑厚度的情况下，可以通用。

在内六角方面，国标中有两个版本，一个为GB70—76，76年版本，一个为GB70—8585年版本，我公司现执行DIN912的标准，所以在实际业务操作中应注意区别：其中GB70—85与DIN912完全重合，故对于使用新标的情况，不存在着差别，主要是GB70—76与DIN912之间有所区别：M8系列的内六角产品，GB70—76的圆头径为125MM,比DIN912的1327MM要小一些,M10系列的内六角产品,GB70—76的圆头径为15MM,比DIN912的1627要小一些,M12系列的内六角,GB70—76的圆头径为18MM,比DIN912的对边1827要小一些,另像M16、M20系列的内六角GB70—76的圆头径比DIN912的要小033MM，分别为24MM，30MM。DIN912的则分别为2433MM和3033MM。另外老标与德标内六角之间的内对边宽度由于标准不同而不同，GB70—76的内对边要小一些，在业务作业中也应加以注意。

另外，平时可能会用到的马车螺丝也有一些区别，在此也作一个说明，在国标中，有两种马车螺丝的标准，即GB12（小半圆头方颈螺丝）和GB14（大半圆头方颈螺丝），平时在市面上较常用的还有德标标准DIN603。现对这三者加以区别：对于圆头颈，在同一规格比较时是：GB12<GB14<DIN603<SPAN>。通常在马车螺丝的使用时，往往要求头颈大而厚，所以DIN603马车螺丝的标准完全符合要求。

名称 ：

1机螺钉 2自攻螺钉 3钻尾螺钉 4墙板钉 5纤维板钉 6木螺钉7六角木螺钉 8不脱出螺钉 9组合螺钉 10微型螺钉 11家具螺钉 12电子螺钉

头型 ：

1六角头（hexagon head) 2六角头法兰面（hexagon head with flange) 3方头（square head) 4T形头T head (hammer head)5扁圆头mushroom head(truss head) 6圆柱头（cheese head） 7圆头（round head)8盘头（pan head)9沉头 countersunk head (flat head) 10半沉头 raised countersunk head (oval

槽型 ：

1菲利普2十/一字3一字4内三角5内角四方6十字 7米字8花形9梅花形10花形一字11特形12内六角

紧固件的产品知识以及产品涉及标准

紧固件的产品知识以及产品涉及标 !#Hca

Q =cbHDB

紧固件是作紧固连接用的一类机械零件,应用极为广泛紧固件的特点：:品种规格繁多,性能用途各异,而且标准化、系列化、通用化的程度极高。因此，也有人把已有国家（行业）标准的一类紧固件称为标准紧固件，简称为标准件。 ICI8xP}a

`A oxOJ

由于每个具体紧固件产品的规格、尺寸、公差、重量、性能、表面情况、标记方法，以及验收检查、标志和包装等项目的具体要求，是分别规定在几个国家（行业）标准中，例如有英制、德制和美制。 L7&|

q{t"=@lX01

紧固件是应用最广泛的机械基础件。随着我国2001年加入WTO并步入国际贸易大国的行列。我国紧固件产品大量出口到世界各国、世界各国的紧固件产品也不断涌入中国市场。紧固件作为我国进出口量较大的产品之一，实现与国际接轨，对推动中国紧固件企业走向世界，促进紧固件企业全面参与国际合作与竞争，都具用重要的显示意义和战略意义。 +c YzS] !

G ]mX+

紧固件是将两个或两个以上的零件（或构件）紧固连接成为一见整体时所采用的一类机械零件的总称。市场上也称为标准件。 dLek4q `l

^2PQ75V@

它通常包括以下12类零件： "rA: ntz

9/kLv

1 螺栓：由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，有可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。 \L6m1UZ%

B&m3w

2 螺柱：没有头部的，仅有两端均外带螺纹的一类紧固件。连接时，它的一端必须旋入带有内螺纹孔的零件中，另一端穿过带有通孔的零件中，然后旋上螺母，即使这两个零件紧固连接成一见整体。这种连接形式称为螺柱连接，也是属于可拆卸连接。主要用于被连接零件之一厚度较大、要求结构紧凑，或因拆卸频繁，不宜采用螺栓连接的场合。 0OMyE9jJJ

m`c(J1Et

3 螺钉：也是由头部和螺杆两部分构成的一类紧固件，按用途可以分为三类：机器螺钉、紧定螺钉和特殊用途螺钉。机器螺钉主要用于一个紧定螺纹孔的零件，与一个带有通孔的零件之间的紧固连接，不需要螺母配合（这种连接形式称为螺钉连接，也属于可拆卸连接；也可以与螺母配合，用于两个带有通孔的零件之间的紧固连接。）紧定螺钉主要用于固定两个零件之间的相对位置。特殊用途螺钉例如有吊环螺钉等供吊装零件用。 o+O\VNW

Dg#Ab8

4 螺母：带有内螺纹孔，形状一般呈显为扁六角柱形，也有呈扁方柱形或扁圆柱形，配合螺栓、螺柱或机器螺钉，用于紧固连接两个零件，使之成为一件整体。 =fHt|}K

5 |rzk>

5 自攻螺钉：与机器螺钉相似，但螺杆上的螺纹为专用的自攻螺钉用螺纹。用于紧固连接两个薄的金属构件，使之成为一件整体 ，构件上需要事先制出小孔，由于这种螺钉具有较高的硬度，可以直接旋入构件的孔中，使构件中形成响应的内螺纹。这种连接形式也是属于可拆卸连接。 #h ]_%

SAG) vmm

6 木螺钉：也是与机器螺钉相似，但螺杆上的螺纹为专用的木螺钉用罗纹，可以直接旋入木质构件（或零件）中，用于把一个带通孔的金属（或非金属）零件与一个木质构件紧固连接在一起。这种连接也是属于可以拆卸连接。 ~9oS~fPI

<$D)uY K

7 垫圈：形状呈扁圆环形的一类紧固件。置于螺栓、螺钉或螺母的支撑面与连接零件表面之间，起着增大被连接零件接触表面面积，降低单位面积压力和保护被连接零件表面不被损坏的作用；另一类弹性垫圈，还能起着阻止螺母回松的作用。 ~x!st}

6g$04C3tHi

8 挡圈：供装在机器、设备的轴槽或孔槽中，起着阻止轴上或孔上的零件左右移动的作用。 X\%],"9%

(rw bF

9 销：主要供零件定位用，有的也可供零件连接、固定零件、传递动力或锁定其他紧固件之用。 KH KqE6

WejY bKS

10 铆钉：由头部和钉杆两部分构成的一类紧固件，用于紧固连接两个带通孔的零件（或构件），使之成为一件整体。这种连接形式称为铆钉连接，简称铆接。属与不可拆卸连接。因为要使连接在一起的两个零件分开，必须破坏零件上的铆钉。 z|b4w7 I

_ u:#2K$

11 组合件和连接副：组合件是指组合供应的一类紧固件，如将某种机器螺钉（或螺栓、自供螺钉）与平垫圈（或弹簧垫圈、锁紧垫圈）组合供应；连接副指将某种专用螺栓、螺母和垫圈组合供应的一类紧固件，如钢结构用高强度大六角头螺栓连接副。 |\_O8=B%

S,8zh/1y

12 焊钉：由于光能和钉头（或无钉头）构成的异类紧固件，用焊接方法把他固定连接在一个零件（或构件）上面，以便再与其他零件进行连接。 yQx>h6

7CIje=uq

# Hhe>

每种紧固件产品都要涉及一些几个方面内容的标准： Rxliblzi

w}1)am &pD

1) 紧固件产品尺寸方面的标准：具体规定产品基本尺寸方面的内容；带螺纹的产品，还包括螺纹的基本尺寸、螺纹收尾、肩距、退刀槽和倒角、外螺纹零件的末端尺寸等方面内容。 B#DV<%GPl

1=D!C lcb

2) 紧固件产品技术条件方面的标准。具体又包括以下几个方面内容的标准： =JX_U`A^F

TB[vpTC9)

a) 紧固件产品公差方面的标准：具体规定产品尺寸的公差和形位公差方面的内容。 &q U[ wn:1

<9MnQ@

b) 紧固件产品机械性能方面的标准：具体规定产品机械性能等级的标记方法以及机械性能项目和要求方面的内容；有的紧固件产品则将此项内容改为产品材料性能或工作性能方面的内容 。 zXD@M{

xpxm9ySwu

c) 紧固件产品表面缺陷方面的标准：具体规定产品表面缺陷种类和具体要求等方面的内容。 >H1d9y +Z

VJ"3G

d) 紧固件产品的表面处理方面标准：具体规定产品表面处理种类和具体要求等方面的内容。 O,{ (

FCWphpz

e) 紧固件产品试验方面的标准：具体规定上述各种性能要求试验方面的内容。 0- UeFy

ASvPrq/

3) 紧固件产品验收检查、标志与包装方面的标准：具体规定产品出厂验收时抽查项目合格质量水平和抽样方案，以及产品标志方法和包装要求方面的内容。 7|-xM>L$A

WGmCQE[/c

4) 紧固件产品标记方法方面的标准：具体规定产品完整标记方法和简化标记方法方面的内容。 1Tq$E[

l8-jFeeMd

5) 紧固件其他方面的标准：如紧固件术语方面的标准，紧固件产品重量谋曜嫉取 zq&Mw

多的是有预紧力的连接方式，预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松

能力及螺栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。在螺纹紧固

件的连接使用中，没有预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一般

称之为欠拧；但过高的预紧力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。

众所周知，螺纹连接的可靠性是由预紧力来设计和判断的，但是，除在实验室

可以测量外，在装配现场一般是不易直观的测量。螺纹紧固件的预紧力则多是

采用力矩或转角的手段来达到的。因此，当设计确定了预紧力之后，安装时采

用何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为关键重要问题，这就提出

来了螺纹紧固件扭（矩）－拉（力）关系的研究课题。

螺纹紧固件扭－拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数（含螺纹摩擦系数和

支撑面摩擦系数）、屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列

螺纹连接副的紧固特袜冲性的测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积

和承载面积的计算方法等基础的术语、符号的规定。并且也还必须给出螺纹紧

固件紧固的基本规则、主要关系式以及典型的拧绝野紧方法。目前，这些内容

ISO/TC2尚无相应的标准，德国工程师协会早在七十年代就发表了DVI2230《高

强度螺栓连接的系统计算》技术准则。日本也于1987和1990年发布了三项国家

标准，尚未查到其他国家的标准。国内尚未发现相应的行业标准，仅少数企业

制定了企业标准。尤其是随着引进技术的国产化不断的拓展和螺纹紧固件技术

发展的需要，这一需求日趋迫切。这也就是制定此项标准的初衷。

日本国家标准JIS B 1082-1987《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》、JIS B

1083-1990《螺纹紧固件紧固通则》及JIS B 1084-1990《螺纹紧固件拧紧试验

方法》三个标准，概括了国际上有关螺纹紧固件扭－拉关系的研究成果和应用

经验，根据标准验证，对我国也是适用的。因此，在制定标准时，在充分消

化、分析日本标准的基础上，提出了等效采用的意见。

因此，本系列标准也包括了下列三个国家标准：

1、GB/T168231-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》

2、GB/T168232-1997《螺纹紧固件紧固通则》

3、GB/T168233-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》

一、GB/T168231-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》

本标准等效采用JIS B 1082-1987《螺纹紧固件应力截面积和承载截面积》标

准，本标准是设计螺纹紧固件扭－拉关系系列标准之一。

1、 范围

本标准规定的螺告宏歼纹紧固件的应力截面积（As）适用于计算外螺纹紧固件的最小

拉力载荷、保证载荷以及内螺纹紧固件的保证载荷。外螺纹紧固件包括螺栓、

螺钉和螺柱等标准件和专用件；内螺纹紧固件包括螺母标准件、专用件及机体

中的螺孔。其螺纹尺寸及公差均应符合GB/T193、GB/T196和GB/T197的规定。本

标准不适用于寸制螺纹、统一螺纹、惠氏螺纹等其他螺纹紧固件。

2、 螺纹紧固件应力截面积计算公式

本标准规定的螺纹紧固件应力截面积计算公式有两个，即公式（1）和公式

（2）。

螺纹紧固件应力截面积计算公式（1）与已发布的国家标准，即GB/T30981《紧

固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T30982《紧固件机械性能 螺母》、

GB/T30984《紧固件机械性能 细牙螺母》和GB/T30986《紧固件机械性能 不

锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母》等标准的规定完全一致。

螺纹紧固件应力截面积计算公式（2）是参照JIS B 1082标准，首次推出的新的

一种计算公式，这个公式是直接利用螺纹公称直径（d）和螺距（P）数据，求

出螺纹紧固件应力截面积（As）。公式（1）与公式（2）是等同的计算式，只

不过是公式（2）比公式（1）计算更加方便。美国ASTM619标准也采用了这一公

式。

标准中规定“如无特殊要求，取3位有效数字”，如无特殊要求时，即一般应照

此处理。在已发布的紧固件机械性能国家标准中，也都是这样处理的。也就是

说，当As<1时，取小数点后3位数；当1≤As<10时，取小数点后2位数；当10≤

As<100时，取小数点后1位数；当100≤As<1000时，取3位整数乘以10n。

3、 螺纹紧固件应力截面积值

标准根据GB/T193《普通螺纹 直径与螺距系列》有关规定，在标准表1中给出了

粗牙螺纹M1～M68和细牙螺纹M8×1～M130×6D的螺纹紧固件应力截面积值。总

之，标准表1给出的螺纹紧固件应力截面积值，完全能满足螺栓、螺钉、螺柱和

螺母等螺纹紧固件产品现行国家标准的需要。

4、 螺纹紧固件承载面积计算公式

虽然螺纹紧固件产品品种，但是，按支撑面的形状大致可分为圆形、六角形和

方形三种，因此，在标准表2中给出了这三种支撑面承载面积的计算公式。承载

面积应当是支撑面与被连接件实际接触部分的面积，产品品种不同，承载面积

肯定不同，即使是同一批零件，承载面积也不一定完全相同，如在计算中将支

撑面形状、尺寸公差、螺栓和螺钉通孔的尺寸和公差都予以考虑，无可非议，

但是，给计算增加了麻烦，使用也不一定方便。标准制定时确定了计算承载面

积近似值的原则，故标准表2中所列出的螺纹紧固件承载面积计算公式的各变量

均采用公称尺寸或极限尺寸。

螺纹紧固件承载面积的计算与螺纹紧固件应力截面积的计算一样，如无特殊要

求，取3位有效数字。

5、 面积比

螺纹紧固件承载面积（Ab）值与螺纹紧固件应力截面积（As）之比，简称为面

积比（Ab/As）。

当面积比小于1时，即螺纹紧固件应力截面积（As）值大于螺纹紧固件承载面积

（Ab）值，则支撑面的压强过大，这对普通螺纹紧固件是不适宜的，尤其是对

高强度螺纹紧固件更是不宜采用的。

6、 典型螺纹紧固件的承载面积及面积比

标准中图1～6及表3～表5列出了典型螺纹紧固件的种类、螺纹紧固件承载面积

（Ab）值以及面积比（Ab/As）值。其中有关参数均采用我国现行的紧固件基础

标准和产品标准的规定，如：六角头螺栓的标准系列和加大系列按GB/T3104、

方头螺栓按GB/T8、内六角头螺钉按GB/70、六角法兰面螺栓按GB/T5787及盘头

螺钉按GB/67和GB/T818选取的。

7、 应当说明的几个问题

①、标准中虽然以螺栓、螺钉分类给出了计算更是及有关数据，但当螺母支撑

面的形状、尺寸与表中六角头螺栓、方头螺栓、六角头发兰面螺栓相同时，表

中的数据也适用于该螺母。

②、表中的螺栓和螺钉通孔直径dh按GB5277标准中中等装配系列（无内倒角）

的基本尺寸选取。

③、表中的垫圈面直径Dw,见图2，按Dw=095S计算。

④、内六角螺钉、六角法兰面螺栓的支撑面直径dW分别按GB/70、GB/T5787、的

“dWmin”选取。

⑤、方头螺栓（标准型）的对边宽度，按GB/T8（即GB/T3104标准系列）的

“Smax”值选取。

⑥、盘头螺钉的支撑面直径dW，按GB/T67或GB/T818的“dWmax”值选取。

二、GB/T168232-1997《螺纹紧固件紧固通则》

本标准等效采用JIS B 1083-1990《螺纹紧固件紧固通则》标准，本标准也是设

计螺纹紧固件扭－拉关系系列标准之一。本标准有两个附录，附录A“螺纹摩擦

系数、支承面摩擦系数与扭矩系数的对照表”和附录B“螺纹摩擦系数、支承面

摩擦系数与屈服紧固轴力和屈服紧固扭矩的对照表”均为标准的附录（现应为

规范性附录）。

1、范围

本标准的名称为“螺纹紧固件紧固通则”，所以本标准限于螺纹紧固件的范

围。但是，螺纹紧固件包括的种类、设计选用的紧固方法很多，在一个通用规

则中不可能完全包括进去，而只能规定最通用的方法。因此，本标准适用于最

典型的，也就是最通用的“螺栓－螺母连接副”。本标准规定了拧紧螺栓－螺

母连接副连接的术语、基本要求、主要关系式以及典型的拧紧方法。本标准也

适用于螺栓或螺钉拧入机体内螺纹的连接副或者其他外螺纹（专用件）与内螺

纹的连接副。但是，本标准对自攻螺钉、自钻自攻螺钉和木螺钉的“螺纹连接

体”（由螺纹紧固件和被连接件构成的总体是不适用的，对于螺纹连接体中使

用弹簧垫圈或弹性垫圈（如：外齿锁紧垫圈、内齿锁紧垫圈、内外齿锁紧垫

圈、鞍形弹性垫圈等）以及使用有效力矩型螺纹紧固件（如：尼龙锁紧螺母

等）的螺纹连接副也都是不适用的。总之，本标准仅适用于影响螺纹紧固件

“扭－拉”关系最简单或单纯的，最典型或通用的螺纹连接副。

2、术语及符号

标准表1中给出的术语及其定义和相应的英文名称，以及表2给出的本标准使用

的主要符号及其含义，均等同采用JIS B 1083-1990标准。因为JIS标准制定

时，相应的英文名称参考了JHBLCKFORD著的《An Introduction to the

Design and Behavior of Bolted Joints〈螺栓连接件的设计与应用〉》

（1981Dekker发行）的资料，并且，这些与我国现行术语大同小异，基本适

用，故没有必要另搞一套。

3、螺纹紧固的基本要求

国内外实践表明，螺纹紧固件的紧固，并不是像有些人想像得那样，不就是螺

丝螺帽吗？用扳手拧紧就行了吧。螺纹紧固的方式方法很多，但是最简单的、

最常用的还是使用手工扳拧工具进行拧紧，这种紧固手段虽然容易操作，但

是，对于高强度或者重要的连接紧固中是绝对不行的，也是绝对不允许的，这

一点恐怕极易被人忽视。因为使用手工扳拧工具进行拧紧的方法是无法控制轴

向预紧力的，也是会影响螺纹连接体的可靠性，甚至会直接影响整机或工程的

性能和质量。因此，在螺纹紧固件的连接设计中应该明确提出确切的初始预紧

力的指标要求，在装配工艺或施工规范中，根据设计要求，应制订切实可行的

方案，采用合适的拧紧方法，准确控制，来确保设计目标的实施，是非常必要

的。在这方面钢结构工程多年来积累了许多经验。汽车行业在技术引进中，通

过通过吸收消化过程，也广泛地采用了国际先进技术，在这方面做了很多基础

研究工作。目前，在各行业中不论是在螺纹紧固件连接紧固的连接理论、检测

试验、还是现场装配使用研究工作都引起了足够的重视。所以，标准中对螺纹

紧固的基本要求虽然只有一段话，但意义深刻。

4、螺纹紧固的主要关系式

从标准图1中可以看出，螺纹紧固件紧固时，可以根据螺栓承受应力处于屈服点

的内或者外的位置，可分为弹性区或塑性区紧固。

弹性区内的紧固扭矩与预紧力的关系，见式1；

弹性区内的紧固转角与预紧力的关系，见式6；

屈服紧固轴力与螺纹应力截面积及其等效直径的关系，见式7；

屈服紧固扭矩与屈服紧固轴力的关系，见式8。

5、螺纹拧紧方法

选择螺纹连接的拧紧方法，应该在充分了解各种拧紧方法特性的基础上，按照

设计对初始预紧力离散程度的要求、预紧力的大小、使用条件等因素来合理选

择拧紧方法。其中对初始预紧力离散程度的要求，通常用紧固系数（Q）来表

示，一般也称之初始预紧力离散度。虽然拧紧工具以及精度的不同，所对应的

初始预紧力离散度也是不同的，但是，由于拧紧方法的不同，在拧紧时对应的

初始预紧力离散度更是不同的，因此，紧固系数是选择螺纹拧紧方法的一个重

要条件。

标准表3中给出了扭矩法、转角法及扭矩斜率法三种常用的典型拧紧方法。下面

就分别将它们的特点简单的介绍如下：

⑴、 扭矩法

从标准图2“紧固扭矩和预紧力的关系图”中可以看出，扭矩法就是利用扭矩与

预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时，只对

一个确定的紧固扭矩进行控制，因此，因为该方法操作简便，是一种一般常规

的拧紧方法。但是，由于紧固扭矩的90％左右作用于螺纹摩擦和支承面摩擦的

消耗，真正作用在轴向预紧力方面仅10％左右，初始预紧力的离散度是随着拧

紧过程中摩擦等因素的控制程度而变化的，因而该拧紧方法的离散度较大，适

合一般零件的紧固，不适合重要的、关键的零件的连接。

⑵、 转角法

从标准图3“紧固转角和预紧力的关系图”中可以看出，转角法就是在拧紧时将

螺栓于螺母相对转动一个角度，称之为紧固转角，把一个确定的紧固转角作为

指标来对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法可在弹性区和塑性区使

用。从标准图3“紧固转角和预紧力的关系图”中还可以看出，Q-F曲线斜率急

剧变化时，随着紧固转角的设定误差，预紧力的离散度也会变大。因此，在被

连接件和螺栓的刚性较高的场合，对弹性区的紧固是不利的；对塑性区的紧固

时，初始预紧力的离散度主要取决于螺栓的屈服点，而转角误差对其影响不

大，故该紧固方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点（即可获得较高的预

紧力）。

应该注意的是该拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部以及螺纹杆部发生塑

性变形，因此，对螺栓塑性差的以及螺栓反复使用的场合应考虑其适用性。另

外，对预紧力过大，会造成被连接件受损的情况时，则必须对螺栓的屈服点及

抗拉强度的上限值进行规定。

⑶、 扭矩斜率法

从标准图4“紧固转角相对应的预紧力及紧固扭矩图”中可以看出，扭矩斜率法

是以Q-F曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方

法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值。该

拧紧方法一般在螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强

度的情况下使用。但是由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法

基本相同，所以，需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑性区

的转角法相比，螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少，有一定的优

势，但是，紧固工具比较复杂，也比较昂贵。

6、附录

在附录A中给出了螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数与扭矩系数关系的对照表。即

当已知预紧力、螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数以及螺纹公称直径的六角头螺

栓连接副连接时，可由附录A表A1（包括粗牙和细牙）中查出扭矩系数，并按公

式1求出紧固扭矩。

在附录B中给出了螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数与屈服紧固轴力和屈服紧固扭

矩关系的对照表。即当已知螺栓的公称直径、性能等级以及螺纹摩擦系数、支

承面摩擦系数时，可由附录B表B1中分别查出屈服紧固轴力和屈服紧固扭矩的

值。

在标准附录B图B1中，仅以螺纹公称直径M10，性能等级88级的螺栓为例，给出

了螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数与屈服紧固轴力和屈服紧固扭矩的关系。由

图B1也可以看出螺纹摩擦系数对屈服紧固扭矩的影响较小（曲线的轨迹趋近于

水平线），几乎可以忽略不计。因此，标准制订时，为了简化，把屈服紧固扭

矩是按一个不变的纹摩擦系数（015）值计算出来的。JIS B 1083-1990和VDI

2230也都是采用的这种方法，否则，十种螺纹摩擦系数与十种支承面摩擦系数

排列组合后可要得出100个表，我们进行了标准验证，选用了国家现行标准进行

了计算，验证结果是可行的，我们认为处理这一问题的原则是科学的。

三、GB/T168233-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》

本标准等效采用JIS B 1084-1990《螺纹紧固件拧紧试验方法》标准，本标准也

是设计螺纹紧固件扭－拉关系系列标准之一。

1、 范围

本标准的范围与GB/T168232-1997《螺纹紧固件紧固通则》大致相同。本标准

适用于最典型的，也就是最通用的“螺栓－螺母连接副”。本标准规定了螺栓

－螺母螺纹连接副的紧固特性值的试验方法。紧固特性值包括扭矩系数、螺纹

摩擦系数、支承面摩擦系数、屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩及极限紧固轴力。

本标准也适用于螺栓或螺钉拧入机体内螺纹的连接副或者其他外螺纹（专用

件）与内螺纹的连接副。但是，本标准对自攻螺钉、自钻自攻螺钉和木螺钉的

“螺纹连接体”（由螺纹紧固件和被连接件构成的总体是不适用的，对于螺纹

连接体中使用弹簧垫圈或弹性垫圈（如：外齿锁紧垫圈、内齿锁紧垫圈、内外

齿锁紧垫圈、鞍形弹性垫圈等）以及使用有效力矩型螺纹紧固件（指在螺纹连

接副不受轴向载荷的情况下，平稳旋转螺母或者螺栓时所测得的旋转力矩。该

力矩具有抗旋转的功能。如：尼龙锁紧螺母等）的螺纹连接副也都是不适用

的。

2、 紧固特性值的测定项目

紧固特性值的测定项目是计算螺纹紧固件各紧固特性值涉及的要素，具体的测

定项目按表1的规定

表1 紧固特性值的测定项目

紧固特性值 初始预紧力 紧固扭矩 螺纹扭矩 支承面扭矩 紧固转角

扭矩系数 ○ ○ ─ ─ ─

螺纹摩擦系数 ○ ─ ○ ─ ─

支承面摩擦系数 ○ ─ ─ ○ ─

屈服紧固轴力 ○ ─ ─ ─ △

屈服紧固扭矩 ○ ○ ─ ─ △

极限紧固轴力 ○ ─ ─ ─ △

注：①、在测试扭矩系数、螺纹摩擦系数和支承面摩擦系数时，对标有“○”

的项目，即初始预紧力、紧固扭矩、螺纹扭矩和支承面扭矩需同时测试并记

录。

②、在测试屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力时，对标有“△”和

“○”的项目，即初始预紧力、紧固扭矩和紧固转角需同时测试并记录。但在

只求极限紧固轴力时，可仅测试预紧力的最大值。

3、 试验装置及试验条件

为了对试验装置有统一规定，标准中第41~46条较详尽地提出了要求。

标准中对试件和垫片做了规定，并且标准图1 给出了试件装夹示意图。

标准规定了试验装置及试验条件应能满足下列条件：

⑴、试验装置在测试中，应该可以采用连续记录或者指示计读取；

⑵、试验装置可自动或手动操作，可对螺栓头部或螺母施加紧固扭矩；

⑶、紧固扭矩、螺纹扭矩、支承面扭矩和初始预紧力的测定精度（误差率），

无特殊规定时，可采用±2％。

⑷、求屈服紧固轴力和屈服紧固扭矩时，紧固转角值应在线性范围内测定。

⑸、在紧固轴力范围内进行试验时，紧固特性应是线性的。

⑹、试件原则上只能使用一次；

⑺、在试验中，拧紧螺母时，螺栓不得转动；拧紧螺栓时，螺母也不得转动。

并且试验中，标准垫片也不得转动。

⑻、试验时，必须明确螺栓、螺母、垫圈和垫片的技术条件、试件的装夹方

式、润滑条件、拧紧速度以及试验环境等；

⑼、拧紧速度一般以4r/min为宜；

⑽、A类试验用标准垫片，B类试验用实用垫片。但实用垫片的形状与尺寸应与

标准垫片一致。

4、 紧固特性的计算式

本标准所述的计算式与GB/T168232-1997《螺纹紧固件紧固通则》标准第5章中

规定的计算式是完全一致的。

－－扭矩系数按公式1；

――螺纹摩擦系数按公式2；

――支承面摩擦系数按公式3。

5、 试验报告

标准中对试验报告的内容做了较详细的规定

￥

59

百度文库VIP限时优惠现在开通,立享6亿+VIP内容

立即获取

六角螺栓级别和扭力(扭矩)的相对关系

在螺纹紧固件的使用中应用的较广泛的是螺栓－螺母连接副的形式，应用的较

多的是有预紧力的连接方式，预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松

能力及螺栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。在螺纹紧固

件的连接使用中，没有预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一般

称之为欠拧；但过高的预紧力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。

众所周知，螺纹连接的可靠性是由预紧力来设计和判断的，但是，除在实验室

可以测量外，在装配现场一般是不易直观的测量。螺纹紧固件的预紧力则多是

采用力矩或转角的手段来达到的。因此，当设计确定了预紧力之后，安装时采

用何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为关键重要问题，这就提出

来了螺纹紧固件扭（矩）－拉（力）关系的研究课题。

螺纹紧固件扭－拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数（含螺纹摩擦系数和

支撑面摩擦系数）、屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列

螺纹连接副的紧固特性的测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积

和承载面积的计算方法等基础的术语、符号的规定。并且也还必须给出螺纹紧

固件紧固的基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。目前，这些内容

ISO/TC2尚无相应的标准，德国工程师协会早在七十年代就发表了DVI2230《高

强度螺栓连接的系统计算》技术准则。日本也于1987和1990年发布了三项国家

标准，尚未查到其他国家的标准。国内尚未发现相应的行业标准，仅少数企业

制定了企业标准。尤其是随着引进技术的国产化不断的拓展和螺纹紧固件技术

发展的需要，这一需求日趋迫切。这也就是制定此项标准的初衷。

日本国家标准JIS B 1082-1987《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》、JIS B

1083-1990《螺纹紧固件紧固通则》及JIS B 1084-1990《螺纹紧固件拧紧试验

方法》三个标准，概括了国际上有关螺纹紧固件扭－拉关系的研究成果和应用

经验，根据标准验证，对我国也是适用的。因此，在制定标准时，在充分消

化、分析日本标准的基础上，提出了等效采用的意见。

因此，本系列标准也包括了下列三个国家标准：

1、GB/T168231-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》

2、GB/T168232-1997《螺纹紧固件紧固通则》

3、GB/T168233-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》

一、GB/T168231-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》

本标准等效采用JIS B 1082-1987《螺纹紧固件应力截面积和承载截面积》标

准，本标准是设计螺纹紧固件扭－拉关系系列标准之一。

1、 范围

本标准规定的螺纹紧固件的应力截面积（As）适用于计算外螺纹紧固件的最小

拉力载荷、保证载荷以及内螺纹紧固件的保证载荷。外螺纹紧固件包括螺栓、

螺钉和螺柱等标准件和专用件；内螺纹紧固件包括螺母标准件、专用件及机体

中的螺孔。其螺纹尺寸及公差均应符合GB/T193、GB/T196和GB/T197的规定。本

标准不适用于寸制螺纹、统一螺纹、惠氏螺纹等其他螺纹紧固件。

2、 螺纹紧固件应力截面积计算公式

本标准规定的螺纹紧固件应力截面积计算公式有两个，即公式（1）和公式

（2）。

螺纹紧固件应力截面积计算公式（1）与已发布的国家标准，即GB/T30981《紧

固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T30982《紧固件机械性能 螺母》、

GB/T30984《紧固件机械性能 细牙螺母》和GB/T30986《紧固件机械性能 不

锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母》等标准的规定完全一致。

螺纹紧固件应力截面积计算公式（2）是参照JIS B 1082标准，首次推出的新的

一种计算公式，这个公式是直接利用螺纹公称直径（d）和螺距（P）数据，求

出螺纹紧固件应力截面积（As）。公式（1）与公式（2）是等同的计算式，只

不过是公式（2）比公式（1）计算更加方便。美国ASTM619标准也采用了这一公

式。

标准中规定“如无特殊要求，取3位有效数字”，如无特殊要求时，即一般应照

此处理。在已发布的紧固件机械性能国家标准中，也都是这样处理的。也就是

说，当As<1时，取小数点后3位数；当1≤As<10时，取小数点后2位数；当10≤

As<100时，取小数点后1位数；当100≤As<1000时，取3位整数乘以10n。

3、 螺纹紧固件应力截面积值

标准根据GB/T193《普通螺纹 直径与螺距系列》有关规定，在标准表1中给出了

粗牙螺纹M1～M68和细牙螺纹M8×1～M130×6D的螺纹紧固件应力截面积值。总

之，标准表1给出的螺纹紧固件应力截面积值，完全能满足螺栓、螺钉、螺柱和

螺母等螺纹紧固件产品现行国家标准的需要。

4、 螺纹紧固件承载面积计算公式

虽然螺纹紧固件产品品种，但是，按支撑面的形状大致可分为圆形、六角形和

方形三种，因此，在标准表2中给出了这三种支撑面承载面积的计算公式。承载

面积应当是支撑面与被连接件实际接触部分的面积，产品品种不同，承载面积

肯定不同，即使是同一批零件，承载面积也不一定完全相同，如在计算中将支

撑面形状、尺寸公差、螺栓和螺钉通孔的尺寸和公差都予以考虑，无可非议，

但是，给计算增加了麻烦，使用也不一定方便。标准制定时确定了计算承载面

积近似值的原则，故标准表2中所列出的螺纹紧固件承载面积计算公式的各变量

均采用公称尺寸或极限尺寸。

螺纹紧固件承载面积的计算与螺纹紧固件应力截面积的计算一样，如无特殊要

求，取3位有效数字。

5、 面积比

螺纹紧固件承载面积（Ab）值与螺纹紧固件应力截面积（As）之比，简称为面

积比（Ab/As）。

当面积比小于1时，即螺纹紧固件应力截面积（As）值大于螺纹紧固件承载面积

（Ab）值，则支撑面的压强过大，这对普通螺纹紧固件是不适宜的，尤其是对

高强度螺纹紧固件更是不宜采用的。

6、 典型螺纹紧固件的承载面积及面积比

标准中图1～6及表3～表5列出了典型螺纹紧固件的种类、螺纹紧固件承载面积

（Ab）值以及面积比（Ab/As）值。其中有关参数均采用我国现行的紧固件基础

标准和产品标准的规定，如：六角头螺栓的标准系列和加大系列按GB/T3104、

方头螺栓按GB/T8、内六角头螺钉按GB/70、六角法兰面螺栓按GB/T5787及盘头

螺钉按GB/67和GB/T818选取的。

7、 应当说明的几个问题

①、标准中虽然以螺栓、螺钉分类给出了计算更是及有关数据，但当螺母支撑

面的形状、尺寸与表中六角头螺栓、方头螺栓、六角头发兰面螺栓相同时，表

中的数据也适用于该螺母。

②、表中的螺栓和螺钉通孔直径dh按GB5277标准中中等装配系列（无内倒角）

的基本尺寸选取。

③、表中的垫圈面直径Dw,见图2，按Dw=095S计算。

④、内六角螺钉、六角法兰面螺栓的支撑面直径dW分别按GB/70、GB/T5787、的

“dWmin”选取。

⑤、方头螺栓（标准型）的对边宽度，按GB/T8（即GB/T3104标准系列）的

“Smax”值选取。

⑥、盘头螺钉的支撑面直径dW，按GB/T67或GB/T818的“dWmax”值选取。

二、GB/T168232-1997《螺纹紧固件紧固通则》

ASME紧固件的标准太码滑多，有制作标准，比如B1821,B1822

有迟判腊材质冲肆标准：比如A20,A193,A194

不锈钢材料的写法有A193-B8,A193-B8M,A193-B8C,A320-B8,A320-B8M,A194-8等等。