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第1章 螺纹联接设计的基本过程1

第2章 螺纹联接的故障现象3

2.1 拧紧过程中的故障3

2.2 拧紧过程后的故障4

2.3 故障的特点和原因5

第3章 螺纹紧固件的基本原理7

3.1 螺纹紧固件的力学原理7

3.1.1 斜面原理7

3.1.2 紧固扭矩与螺栓轴向预紧力之间的关系8

3.1.3 螺栓轴向预紧力与螺栓、被联接件的弹性变形之间的关系12

3.1.4 外加载荷和施加在螺栓上的载荷之间的关系14

3.1.5 螺栓和被联接件的弹簧常数19

3.2 螺纹紧固件的装配24

3.2.1 轴向预紧力作用下螺栓的屈服24

3.2.2 扭矩（紧固）法27

3.2.3 塑性区紧固法29

3.2.4 其他装配方法31

3.3 螺栓的静态失效32

3.3.1 螺栓的拉伸断裂32

3.3.2 螺栓的剪切断裂32

3.4 螺栓的疲劳断裂33

3.4.1 疲劳断裂33

3.4.2 螺纹的疲劳断裂34

3.4.3 偏心载荷作用下的系统形变图35

3.4.4 螺纹的疲劳极限36

3.5 螺纹失效38

3.6 螺栓的延迟断裂43

3.7 被联接件的分离45

3.8 被联接件的滑动46

3.9 螺栓松动47

3.9.1 旋转松动47

3.9.2 非旋转松动57

3.9.3 防松措施67

3.10 螺纹规格72

3.10.1 螺纹的基本形状72

3.10.2 螺纹牙底的形状73

3.10.3 外螺纹的应力面积73

3.10.4 支承面面积74

3.10.5 螺栓和螺母的力学性能74

3.10.6 螺栓头下圆角半径76

第4章 螺纹联接设计方法77

4.1 确定作用在机器（系统或部件）上的载荷78

4.2 计算作用在螺纹联接系统上的载荷79

4.3 将螺纹联接系统上的载荷分解成剪切载荷分量、拉伸载荷分量和偏心量79

4.4 防止各种问题发生的研究79

4.4.1 与剪切载荷Ws有关的研究79

4.4.2 （纯）拉伸载荷的研究83

4.4.3 偏心拉伸载荷的研究85

4.5 螺栓尺寸、螺栓强度和紧固扭矩的确定86

4.6 对过度拧紧和应力腐蚀开裂的研究88

4.7 使用样件进行功能验证试验89

第5章 螺纹联接可靠性评价方法90

5.1 样品的条件90

5.2 试验载荷91

5.2.1 概述91

5.2.2 最大保证载荷91

5.2.3 防滑保证载荷91

5.2.4 防松保证载荷91

5.2.5 防分离保证载荷92

5.2.6 防疲劳保证载荷92

5.2.7 温度92

5.3 故障分析迹象92

5.3.1 是否拧紧92

5.3.2 螺栓失效原因93

5.3.3 松动及其原因研究93

5.4 故障特征99

5.4.1 剪切载荷作用下的旋转松动99

5.4.2 拉伸载荷作用下的螺栓疲劳断裂100

5.4.3 蠕变（应力松弛）引起的松动100

5.5 松动的测量方法101

5.5.1 残余扭矩的测量方法101

5.5.2 螺栓和螺母的松动角度测量方法102

5.5.3 弹簧垫圈上升量测量方法103

5.5.4 检查旋转和滑动存在的方法103

5.5.5 残余轴向预紧力的测量方法104

5.6 轴向预紧力的测量方法104

5.6.1 使用超声轴向预紧力测量仪的方法104

5.6.2 使用螺栓贴应变片的测量方法106

5.6.3 使用压力传感器的方法108

5.7 螺纹紧固件摩擦系数的测量方法109

5.7.1 样品109

5.7.2 测量装置109

5.7.3 拧紧速度110

5.7.4 螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数和总摩擦系数的计算110

第6章 螺纹联接的检查方法113

6.1 紧固扭矩和检查扭矩之间的关系113

6.2 紧固扭矩的检查114

6.3 紧固扭矩的监测和记录114

6.4 根据轴向预紧力进行的检查114

第7章 各类螺纹紧固件的使用116

7.1 垫片116

7.1.1 垫片的承载表面功能117

7.1.2 垫片的隔离功能117

7.1.3 弹簧垫圈的弹簧功能118

7.1.4 垫片的必要性120

7.2 双头螺柱120

7.3 自攻螺钉121

7.4 止动部件122

7.4.1 螺纹阻力型止动123

7.4.2 机械式止动124

7.4.3 支承面阻力型止动125

7.4.4 胶粘剂125

7.4.5 如何评价止动部件的性能125

7.5 双螺母128

7.6 粗牙螺纹和细牙螺纹128

7.7 支承面角度129

第8章 螺纹设计计算实例131

8.1 承受剪切载荷的联接系统：曲轴和飞轮之间的联接131

8.2 承受扭转载荷的联接系统：曲轴和带轮之间的联接137

8.3 承受偏心拉伸载荷的联接系统：连杆和连杆盖之间的联接145

8.4 承受惯性力的联接系统：安装计算机152

8.5 承受一次性大冲击载荷的联接系统：安全带肩带固定器的安装156

8.6 电气功能件的联接系统：车窗玻璃电动升降器的安装162

8.7 暴露于高温下的联接系统：排气歧管和排气管之间的联接166

第9章 为进一步理解螺纹紧固件进行的计算练习171

附录185

附录A 附图185

附图1～6 六角头螺栓（粗牙）的T-F-μ-σy图185

附图7～12 六角法兰面螺栓（细牙）的T-F-μ-σy图188

附图13～18 小六角头螺栓（细牙）的T-F-μ-σy图191

附录B 附表194

附表1 螺纹中径、底径、应力面积（As）和牙底横截面积（A3）一览表194

附表2 外螺纹零件（粗牙和细牙螺纹）轴向拉伸试验中最小屈服载荷196

附表3 材料的临界面压198

附表4 支承面积Aw（最小值）和应力面积As比值表199

附表5 支承面等效摩擦直径dw200

附表6 接触面的摩擦系数201

附表7 不同材料的热膨胀系数α、弹性模量E和剪切模量G201

附表8 推荐的螺纹临界啮合长度值203

附表9 从维氏硬度值获得的钢铁材料（光滑试样）强度值的估算203

附录C 符号列表204

参考文献207