ICS 21.060.10 J 13
GP
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件
GB/Z32564—2016
螺母设计指南
Nut design guide
(ISO/TR 16224:2012,Technical aspects of nut design,MOD)
2016-06-01实施
2016-02-24发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
发布 GB/Z 32564—2016
前言
本指导性技术文件按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本指导性技术文件采用重新起草法修改采用ISO/TR16224：2012《螺母设计指南》（英文版）。 本指导性技术文件与ISO/TR16224：2012的技术性差异及其原因：在规范性引用文件中，用我国
标准代替国际标准（第2章），以符合我国紧固件基础标准。
本指导性技术文件由中国机械工业联合会提出。 本指导性技术文件由全国紧固件标准化技术委员会（SAC/TC85)归口。 本指导性技术文件负责起草单位：中机生产力促进中心。 本指导性技术文件参加起草单位：中国第一汽车股份有限公司技术中心、海盐宇星螺帽有限责任公
司、上海金马高强紧固件有限公司、浙江国检检测技术有限公司、东风商用车有限公司东风商用车技术中心、绍兴山耐高压紧固件有限公司。
本指导性技术文件由全国紧固件标准化技术委员会秘书处负责解释，
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GB/Z32564—2016
D. Dm 螺母有效高度或旋合螺纹长度m上，沉孔截面的平均直径，mm F
螺母沉孔直径，mm
拉力载荷，N
F Bb 螺栓断裂载荷，N Fm 极限拉力载荷，N F, 保证载荷，N Fs 螺栓和螺母连接副的脱扣载荷，N Fsb 外螺纹脱扣载荷，N F sa 内螺纹脱扣载荷，N F.
极限夹紧力，N 届服夹紧力，N
F, H. 端面倒角高度，mm H
螺纹原始三角形高度，mm 螺母高度，mm
m m. 螺纹脱扣失效与断裂失效等概率螺母临界高度，mm meff 螺母有效高度，mm meffc 螺纹脱扣失效与断裂失效等概率螺母有效临界高度，mm P
螺距，mm
Rm 抗拉强度，MPa Rmn 螺母抗拉强度，MPa
强度比螺母对边宽度，mm 保证应力，MPa 剪切强度/抗拉强度比螺纹间摩擦系数螺栓材料剪切强度，MPa 螺母材料剪切强度，MPa
Rs s Sp α μth T Bb T Ba
4 设计原则
4.1承受拉力载荷时螺栓和螺母连接副可能出现的断裂形式
当螺栓和螺母连接副承受过载的静态拉力时，会出现以下3种失效形式：
当螺纹旋合长度足够，螺母或内螺纹材料强度足够时，螺栓断裂；一当螺纹旋合长度太短，螺母或内螺纹材料强度较高时，外螺纹脱扣；一当螺纹旋合长度太短，螺母或内螺纹材料强度较低时，内螺纹脱扣。 以上断裂失效形式中，螺栓断裂是可预期的，因为它表明了螺栓和螺母连接副的全承载能力。此
外，紧固过程中局部螺纹脱扣，很难发现。因此，在服役中夹紧力和/或承载能力的不足会增大断裂风险。 4.2螺栓和螺母连接副破坏载荷的计算 4.2.1通则
如4.1所述，在螺母拧紧过程中，当发生静态拉力超载时，螺栓、螺钉或螺柱可能出现3种失效形
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式，并可分别由以下3种破坏载荷表示：
螺栓断裂载荷（F%）；外螺纹脱扣载荷（Fsb）；内螺纹脱扣载荷（Fsn）。
以上3种载荷主要取决于螺母高度、螺母硬度或其材料抗拉强度、螺栓硬度或其材料抗拉强度、螺纹直径、螺距，以及螺栓和螺母螺纹有效旋合长度。
此外，3种载荷相互影响，如螺母硬度的增加会提高外螺纹脱扣载荷。 亚历山大(E.M.Alexander)[5]建立了一个计算这3种载荷的数学模型。符合GB/T3098.1和
GB/T3098.2的螺栓和螺母连接副基本上应遵循以下设计原则：当静态拉力超载时，该连接副不应发生脱扣，因为此种失效不易被发现。这意味着螺栓断裂载荷（F品）应低于其他2种载荷值
这就是GB/T3098.2按不同的高度和硬度，将螺母分为1型和2型的原因。 4.2.2螺栓断裂载荷（F品） 4.2.2.1通则
螺栓断裂通常发生在夹紧部位未旋合螺纹长度的中间处，因此，其断裂载荷与螺母技术条件无关
4.2.2.2纯拉力的螺栓断裂载荷
对符合GB/T3098.1的螺栓，抗拉强度等于极限拉力载荷除以螺纹公称应力截面积As公称，如式(1)：
Fm
Rm=A..公称
..(1)
其中：
As公称 (d+d)
2
式中： d2——外螺纹基本中径(GB/T196)； d:——外螺纹小径；
d,=d,- H
式中： d,——外螺纹基本小径(GB/T196)； H—螺纹原始三角形高度（GB/T192）。 式（1)用螺纹公称应力截面积A，公称可将载荷转换为抗拉强度，反之亦然。由此求得的螺栓实物的
抗拉强度R。与其材料的性能并不完全一致。例如，小规格螺栓d，和d的基本偏差较大，所以，比相同性能等级的大规格螺栓需要更高的硬度或材料抗拉强度。
因此，在计算时使用螺栓实际应力截面积A，（代替A..公称）、实际d，和d2按式（2)求得螺栓断裂载荷FBb:
..(2)
FB=R.·A
然而，这并不意味着该螺纹实际应力截面积仅由螺纹几何形状（中径和小径)确定。螺栓的承载能力不仅受尺寸影响，还受应力集中[6]导致的分布在未旋合螺纹部分的塑性延伸影响。未旋合螺纹长度影响塑性延伸的分布，从而影响螺栓承载能力。未旋合螺纹长度较短的螺栓往往承受较高的拉伸载荷。 4.2.2.3扭-拉复合作用的螺栓断裂载荷
VDI2230[7给出了用式(3)来计算屈服夹紧力F：
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4.2.3.2拧紧过程中的脱扣载荷
拧紧过程中螺纹与支承面间的滑移使螺母扩张增大，而导致螺栓与螺母的承剪面积都减小，是主要影响脱扣载荷的因素，见4.3.2.3和5.2。
另外，拧紧时的螺栓断裂载荷[即式（4)中的F.］一般会降低15%～20%。 4.3影响螺栓和螺母连接副承载能力的因素 4.3.1基于亚历山大理论的影响因素
表1按亚历山大理论概括了对3种可能发生的失效形式（见4.2.1)的影响因素，并给出对3种破坏载荷的影响程度（直接/间接/无影响）以及直接相关变量。
表1螺栓和螺母连接副承载能力的影响因素
影响程度 Fss
项目
因素
变量
Fab
F sa
抗拉强度，Rm 剪切强度，0.6Rm 修正系数，C2，C3 剪切强度，0.6Rmm 修正系数，C2Cs 承剪面积，Asb，Asa 修正系数，C1 螺栓实际应力截面积，As 承剪面积，As，Asn 承剪面积，Asb，Asa 承剪面积，Asb，Asn 螺栓实际应力截面积，As 承剪面积，Ash，Asn
螺栓 性能等级（硬度）
0
O
螺母 硬度螺母 高度螺母 对边宽度螺栓
0 0 . o 0 0 0
.
. 0 0 0 0
螺纹公差等级
0
螺母 螺纹公差等级螺母 倒角高度/角度螺栓/螺母 D/P
0
O 直接或重大影响。
间接或轻微影响。 无影响。
4.3.2 亚历山大理论未考虑的，但可能影响螺栓和螺母连接副承载能力的因素 4.3.2.1材料的剪切强度/抗拉强度比
式(5)中，剪切强度/抗拉强度比a（=t助/R或/Rm)对所有碳钢、合金钢紧固件都取0.6，但x 取决于材料及其性能等级。VDI2230L推荐的值见表2。
表2剪切强度/抗拉强度比x与GB/T3098.1规定的螺栓性能等级的关系
性能等级 r=TB/Rm
4.6 0.70
5.6 0.70
8.8 0.65
10.9 0.62
12.9 0.60
6