螺栓——拧紧多深才合适？

---

拧紧多深，本质上就丝牙的强度校核问题。

前面所有文章中，我们关注的都是螺栓杆径部分的强度。其实，丝牙部分的强度也是需要校核的，特别是在做重型结构设计时，需要考虑钻孔攻牙深度是否足够的问题时，就需要按照下面的方法去求解、校核。

1. 为什么关注螺纹旋合长度？

所谓旋合长度，就是指螺栓的螺纹和底板上的螺纹孔之间螺纹咬合的长度（或者是螺母的丝牙咬合长度）。也有叫啮合长度的，总之意思都一样。

螺栓连接的受力是通过螺纹丝牙传递的（见下图，看力流）。啮合长度的大小，直接决定了丝牙部分的受力情况。如果啮合长度过短，丝牙可能被剪断或变形，导致脱扣或滑牙。

2. 等强度设计

国内外相关的研究表面，螺栓断裂，特别是因为失效断裂发生的位置和概率分布情况，如下图所示，主要集中在三个区域：

1. 65%发生在啮合段第一个受载丝牙处；
2. 20%发生在螺纹段和光杆过渡处的丝牙；（或最小截面处）
3. 15%发生在螺栓头的根部；

如果在设计的时候，把螺栓连接的各个部分的强度按照相同等级设计，即保证啮合部分的螺纹、未啮合段、螺杆部分的承载能力相等。这就是等强度设计。

对于螺栓和螺母连接的情况，如果保持螺母的强度等级和螺栓的强度等级一致，那么配标准螺母的螺栓连接就是等强度设计。比如，选用10.9级的螺栓，配10级的螺母，那么它们的丝牙啮合时，丝牙没有强度风险，无需校核。

3. 临界脱扣力

内外螺纹孔配合，丝牙上的受力需要小于临界脱扣力。所谓临界脱扣力，就是丝牙的最大承载能力。

一）、如果啮合长度超过“临界旋合长度”

啮合部分的螺纹承载能力就会超过螺杆部分的能力，螺纹就不再是薄弱环节，也就没了风险。

二）、如果旋合深度低于临界值：

螺纹会有失效的风险。一对螺纹副的内、外螺纹上，都有一个临界脱扣力。那么内外螺纹，谁先失效呢？

1）如果是螺母连接:

当螺母的强度等级不小于螺栓的等级，那么螺母丝牙的强度就没有问题。换言之，如果发生脱扣，是螺栓上的丝牙出现了问题，而不是螺母上的丝牙。

当螺母的强度低于螺栓的等级，那么，螺母上的丝牙先被破坏。

2）如果是攻牙式连接（TTJ）：

当被攻牙件的材料强度相对较低时，内螺纹先被剪切破坏；

当被攻牙件的材料强度相对较高时，外螺纹先被剪切破坏，即，螺栓上的丝牙先被破坏；

下面是数学公式：

丝牙之间力学行为主要以剪切为主。其剪切面积为：

内牙：

外牙：

为了判断内、外螺纹谁先失效，引入“强度比Rs'的概念：

************ 此处有隐藏！ 欢迎加入星球@机械狗，查看更多详细内容，和你一起把基础知识夯实！ 获得更多详细资料和解读！

4. 旋合长度求解

具体需要多长的丝牙，才能保证不会失效？下面是求解公式。

1）内螺纹（比如，螺母）

公式：（推导过程，请查看VDI2230-1)

(考虑公差，用修正公式，如下：）

也可用下面的图形，进行估算。（使用M4~M39标准螺纹）

2）外螺纹（螺栓）

RS>=1时，使用下面公式求解最小啮合长度：        

其中，螺栓的剪切强度可根据下表中的剪切强度比求得：

---