附 录 A
(提示的附录)
螺栓连接的承载能力
(ISO/TC 2技术委员会有关螺母强度和螺母设计的注释)
推广采用螺栓和螺钉性能等级的ISO建议(ISO/R 898：1968)之后，关于螺母性能等级的ISO建议(ISO/R 898—2)已于1969年公布。这些ISO建议为螺栓、螺钉和螺母的性能等级提出了一套新的标记制度和标志的技术要求，以及一对螺栓-螺母组合件承载能力的清晰的论点。
a)螺栓和螺钉的标记代号表示：
最小抗拉强度和屈强比。例如：性能等级8.8
第1部分数字(8.8中的“8”)=最小抗拉强度(N/mm2)的1/100；
第2部分数字(8.8中的“8”)=屈强比(0.8)的10倍。
这两个数字的乘积(8×8=64)=最小屈服应力(N/ mm2)的1/10。
b)螺母的标记代号表示：
标记的数等于与螺母相配的螺栓或螺钉的最小抗拉强度(N/mm2)的1/100。该螺栓或螺钉与螺母相配时，承受的载荷能达到最小屈服应力。
例如：8.8级螺栓或螺钉与8级螺母相配：
其承载能力可达到螺栓或螺钉的最小屈服应力。
随着ISO建议的发布，这套性能等级制度已在世界范围内广泛推广，实践证明是成功的。
1973年ISO/TC2的SCI分委员会，在搜集实践经验的基础上着手修订ISO建议，并计划转为ISO标准。1974年发布了螺栓和螺钉性能等级的草案ISO/DIS 898—1。其中，有些修改与补充，但性能等级制度的原则未予改变。这一草案又进行了一次修改，第二次修订草案于1977年提出并被ISO绝大多数成员团体所接受。对螺栓和螺钉性能等级草案全面修订后，在ISO/TC 2的SCI分委员会内，形成有关专家所满意的最终决议，现在ISO也同意这一决议，将来，更大范围涉及到技术要求的实质是修订ISO建议ISO/R898—2，并将其转为螺母性能等级的ISO标准。
经验表明，用公称高度为0.8D的螺母规定连接件性能等级的概念，简单明了，但在实践中确实产生一些困难。首先，采用最经济的材料和工艺，往往很难或不可能达到规定的螺母性能，例如，细牙螺警和某些规格的粗牙螺纹。即使符合性能要求，也未必能保证在拧紧过程中组合件不发生螺纹脱扣。以前认为螺母的保证载荷等于螺栓的最小极限强度即可满足设计要求。然而，屈服点拧紧法和螺母与螺栓螺纹相互作用的新观点的出现，都要求重新设计螺母，以保证更好地防止内、外螺纹脱扣。
例如，螺纹规格等于、小于M16的8.8级螺栓，其抗拉强度为800～965 N/mm2 (后者由最大硬度确定)，屈强比为80%，屈服强度则为640～772 N/ mm2。如采用屈服点拧紧法，显然拧紧应力将接近保证应力。此外，最新研究表明，用淬硬芯棒比用相应性能等级的螺栓测试螺母所得到的脱扣强度要高。例如，用45 HRC的芯棒对8级螺母进行试验，比用尺寸与芯棒相似的8.8级螺栓进行试验的结果约高出10%。所以，用淬硬芯棒测定的保证载荷恰好为800 N/ mm2的螺母，当用实际尺寸处于最小极限的8.8级螺栓与其相配时，可以预期该螺母仅能承受应力约为720 N/ mm2的载荷。如果拧紧应力超过这个数值，就可能发生螺纹脱扣。特别是有人认为，在施加扭拉载荷的情况下，螺栓的抗拉强度还会降低约15%，组合件的脱扣强度也将降低几乎相同的数量。所以，从螺栓的机械性能来看，当采用屈服点拧紧法安装时，就可能频繁发生螺纹脱扣。除屈服点拧紧法外，对某些ISO标准的修改是考虑减少发生螺纹脱扣的趋势。提高螺栓和螺钉的机械性能，如表A1(摘自ISO 898—1)所示，以便充分利用4.8、5.8、8.8(大于M16)、10.9和12.9级常用材料的强度。
此外，为了充分利用材料，这次还考虑减小某些规格六角产品的对边宽度。为考虑上述变更和其他
因素的影响，ISO／TC2的SCI分委员会的一些成员团体(加拿大、德国、新西兰、瑞典、英国、美国)对螺栓-螺母组合件进行了研究和大量试验。试验包括所有的产品规格、强度水平和材料。一般来说，试验是在典型的紧固件生产工艺、利用标准材料的条件下进行的。试验零件都进行了精确的尺寸测量和材料强度检验，然后对数据进行了适当的统计分析。各研究者的研究结果，由加拿大整理汇总，并发现了很好的内在联系。由此推导出一系列公式，可用于预测符合ISO 68螺纹基本牙型的组合件的强度。这些研究结果在SCI分委员会内和许多国家委员会进行了充分讨论。
最初，委员会忽视了改变现行技术要求的阻力，但试验结果清楚地表明，单靠改进紧固方法和提高
机械性能等级，还不能防止组合件的脱扣。问题是螺栓和螺母两者中的一个螺纹脱扣。正如研究结果所
示，可以断定解决这一问题最可行的方法是：增加O.8D螺母的高度尺寸。本附录的目的不是提供指导试验的详细说明和改进螺母设计的方法。如有必要，读者可查阅1997年SAE学会报第770420号论文，
E.M.Alexander，《螺纹组合件的分析与设计》(Analysis and Design of Threaded Assemblies)。
对4～6级的螺母，根据Alexander的理论，不按ISO 898—1给出的螺栓的最大硬度250 HV(表
A1)，因为最大硬度只在螺栓末端或头部出现。所以，应按螺栓螺纹旋合部分实际的最大硬度(表A2)进
行计算。
类似分级给出的硬度值，早在ISO／R 898—1：1968中已有规定。
上述著作说明，有很多因素影响螺纹脱扣强度。包括：精度、螺距、螺母小径的喇叭口、螺母内倒角的大小、螺母与螺栓螺纹的强度搭配、旋合长度、螺母及类似的(如六角法兰面)对边宽度、摩擦系数、夹紧中的螺纹扣数等。在此基础上对各种规格的紧固件进行分析表明：以往用一个固定的螺母公称高度(如0.8D)是不适当的，而宁可对每个标准的组合件设计给出一个适当的脱扣强度。按此分析给出的螺母高度，见表A3。
可以看出，螺母有两种型式，2型约比1型高10%。1型高度主要适用于性能等级4、5、6、8、10和12(最大到M16)级，而2型尺寸则主要适用于性能等级8、9和12。2型螺母主要为9.8级螺栓和螺钉提供了一个经济的冷成型螺母，也为12.9级螺栓和螺钉提供了具有良好韧性的热处理螺母。两种型式的螺母预期的适用范围见表5。由表5可见，增加螺母型式并不意味着成倍增加螺母品种。
1型和2型螺母的重叠，仅有两种情况。对于1型：小于、等于M16的8级螺母，允许不淬火和回火
(冷成型、低碳)；大于M16的8级螺母必须淬火并回火。此时，就有可能使用不淬火和回火的、较厚的
2型螺母代替1型螺母，这是综合分析的经济问题。对于12级：规格大于M16的使用1型螺母不合适。
由于要求保证载荷，而需要提高螺母硬度，结果削弱了韧性。从实用观点出发，是需要韧性的。因此，在这种情况下，需要使用较厚的、淬火并回火的2型螺母。如有必要与可能，限制使用规格大于M16的螺母，则对12级螺母不发生1型与2型重叠。
螺母的尺寸根据组合件的强度指标确定以后，再用限定螺纹尺寸的淬硬芯棒测定这些螺母的保证
载荷。结果，同一性能等级的螺母，其保证应力不是一个常数，随规格而变化。表5给出的是修订后的保证应力和硬度值。性能等级为04和05(以前的06)级降低承载能力的六角薄螺母，也在表5中给出。对这些螺母的设计，没有考虑脱扣强度，而是简单地按固定的O.6D规定高度。
表5按机械用紧固件常用的6H标准公差给出保证应力。当用于较大公差或间隙时，这些应力应按
表1给出的系数进行修正。
表5及表1仅适用于粗牙螺纹，对细牙螺纹的螺母，见ISO 898—6(GB／T 3098.4)。
表1给出的载荷，是按本标准规定的最小硬度为45 HRC和螺纹公差5 h 6 g(大径为6 g下限的
1／4处)的试验芯棒给出的。
ISO 898—1和ISO 898—2(GB／T 3098.1和GB／T 3098.2)机械性能标准，ISO 4014～4018
(GB／T 5780～5784)六角头螺栓标准和ISO 4032～4036(GB／T 6170、GB／T 6175、GB／T 41、
GB／T 6172和GB／T 6174)六角螺母标准已经发布。这些标准反映了机械性能的修订、螺母高度尺寸以
及对边宽度的修改(M10、M12、M14和M22的对边宽度分别由17、19、22和32 mm，改为16、18、21和34 mm)，这些正是ISO/TC 2所建议的。
IS0 898的本部分对有满负载能力的螺母的性能等级说明如下：
当指定了性能等级的螺栓或螺钉，用符合表2规定的相应性能等级的螺母与其配套时，该组合件预
期达到的承载能力为：当螺栓或螺钉的预紧力等于螺栓的保证载荷或屈服载荷时，螺纹不会脱扣。此外，
考虑到安装时超拧不可避免，因此对规格小于等于M39和性能等级小于等于12级，以及螺纹公差为
6H的螺母的几何尺寸和机械性能设计为具有较高的脱扣强度(甚至在最不利的最小实体条件下，也要
比螺栓断裂强度至少高出10%)。这样，当超拧时，可以警告使用者，安装方法不当。
某些使用标准者，当然不能参与详细的研究工作，希望本注释能帮助理解有关难题。
表A1 螺栓和螺钉的性能等级
|
性能等级 |
3.6 |
4.6 |
4.8 |
5.6 |
5.8 |
6.8 |
8.8 |
9.8 |
10.9 |
12.9 |
|
≤M16 |
>M16 |
|
抗拉强度σb
N/mm2 |
公称 |
300 |
400 |
400 |
500 |
500 |
600 |
800 |
800 |
900 |
1 000 |
1 200 |
|
min |
330 |
400 |
420 |
500 |
520 |
600 |
800 |
830 |
900 |
1 040 |
1 220 |
|
维氏硬度 max |
250 HV |
250 HV |
250 HV |
250 HV |
250 HV |
250 HV |
320 HV |
335 HV |
360 HV |
380 HV |
435 HV |
表A2 螺栓螺纹旋合部分实际的最大硬度
|
性 能 等 级 |
最 大 硬 度 |
|
3.6
4.6；4.8
5.6；5.8
6.8 |
158 HV
180 HV
220 HV
250 HV |
表A3 六角螺母的高度
|
螺纹规格
D |
对边宽度
s
mm |
螺母高度m，mm |
|
1型 |
2型 |
|
min |
max |
m/D |
min |
max |
m/D |
|
M5 |
8 |
4.4 |
4.7 |
O.94 |
4.8 |
5.1 |
1.02 |
|
M6 |
10 |
4.9 |
5.2 |
O.87 |
5.4 |
5.7 |
O.95 |
|
M7 |
11 |
6.14 |
6.50 |
O.93 |
6.84 |
7.20 |
1.03 |
|
M8 |
13 |
6.44 |
6.80 |
O.85 |
7.14 |
7.50 |
O.94 |
|
M10 |
16 |
8.04 |
8.40 |
O.84 |
8.94 |
9.30 |
O.93 |
|
M12 |
18 |
10.37 |
10.80 |
O.90 |
11.57 |
12.OO |
1.OO |
|
M14 |
21 |
12.1 |
12.8 |
O.91 |
13.4 |
14.1 |
1.01 |
|
M16 |
24 |
14.1 |
14.8 |
O.92 |
15.7 |
16.4 |
1.02 |
|
M18 |
27 |
15.1 |
15.8 |
O.88 |
16.9 |
17.6 |
O.98 |
|
M20 |
30 |
16.9 |
18.O |
O.90 |
19.O |
20.3 |
1.02 |
|
M22 |
34 |
18.1 |
19.4 |
O.88 |
20.5 |
21.8 |
O.93 |
表A3(完)
|
螺纹规格
D |
对边宽度
s
mm |
螺母高度m，mm |
|
1型 |
2型 |
|
min |
max |
m/D |
min |
max |
m/D |
|
M24 |
36 |
20.2 |
21.5 |
O．90 |
22.6 |
23.9 |
1．OO |
|
M27 |
41 |
22.5 |
23.8 |
O．88 |
25.4 |
26.7 |
O．99 |
|
M30 |
46 |
24.3 |
25.6 |
O．85 |
27.3 |
28.6 |
0.95 |
|
M33 |
50 |
27.4 |
28.7 |
O．87 |
30.9 |
32.5 |
O．98 |
|
M36 |
55 |
29.4 |
31．O |
O．86 |
33.1 |
34.7 |
O．96 |
|
M39 |
60 |
31.8 |
33.4 |
0.86 |
35.9 |
37.5 |
O．96 |
