用普通螺栓来承受横向工作载荷F时，当摩擦系数f＝0.15、可靠性系数C＝1.2、接合面数目m＝1时，预紧力F0应为（）。
A 、Fo≤8F
B 、Fo≤10F
C 、Fo≥8F
D 、Fo≥6F
【正确答案：C】
普通螺栓是靠结合面间的摩擦力来承受横向工作载荷，所以螺栓的轴向力Fa等于螺栓的预紧力F0，即。
10.1 螺纹连接10.1.1 概述螺纹即可以构成固定连接，如螺纹连接，也可以构成动连接，即螺纹副，螺纹副的运动副元素是螺纹。螺纹连接和螺纹传动都是利用螺纹零件工作的但两者工作性质不同，在技术要求上也有差别。前者作为紧固件使用，要求保证连接强度（有时还要求紧密性），后者则作为传动件使用，要求保证螺纹副的传动精度、效率和磨损寿命等。
10.1.2 螺纹螺纹的类型。按照螺旋线的旋向，螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时才采用左旋螺纹。按照螺旋线的数目，螺纹还分为单线螺纹和等距排列的多线螺纹。为了制造方便，螺纹的数目一般不超过4。螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺纹副。起连接作用的螺纹称为连接螺纹，起传动作用的螺纹称为传动螺纹，相应的传动称为螺旋传动。螺纹又分为米制和英制（螺距以每英寸牙数表示）两类。我国除管螺纹保留英制外，都采用米制螺纹。 常用的螺纹类型主要有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。前两种主要用于连接，后三种主要用于传动。除矩形螺纹外，其他螺纹都已标准化。 螺纹的主要参数。按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。下面以圆柱普通螺纹为例说明螺纹的主要参数： 大径d，D，螺纹的最大直径，即与外螺纹的牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。大径也称为螺纹的公称直径（管螺纹除外）； 小径d₁，D₁，螺纹的最小直径，即与外螺纹的牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。常用作危险剖面的计算直径； 中径d₂，D₂，过螺纹的轴向截面内，牙厚等于牙间处的假想圆柱面的直径。中径是确定螺纹几何参数和配合性质的直径； 螺距P，相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离； 线数n，螺纹螺旋线的数目。由一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，由两条沿等距螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。连接螺纹有自锁要求，多为单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故用双线或三线螺纹。一般线数小于等于4； 导程S，同一螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。单头螺纹S = P，多头螺纹S = nP； 螺纹升角ψ。螺纹中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角，计算式为ψ = arctan S/Πd² = arctan nP/Πd²； 牙形角α，轴向截面内，螺纹牙形两侧边的夹角； 牙侧角β，轴向截面内，螺纹牙形的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角，对于对称牙形有 β = α/2； 工作高度h，内外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
10.1.3 螺纹副的受力分析、效率和自锁矩形螺纹（β = 0°）。将矩形螺纹沿中径展开可得一斜面，Fa为轴向载荷，ψ为螺纹升角，F为作用于中径处的水平推力，ρ为摩擦角。当滑块沿斜面等速上升时，由力多边形可得，Fa为阻力，F为驱动力， F = Fa·tan (ψ+ρ) ，作用在螺纹副上的相应驱动力矩为 T = F · d₂/2 = Fa·(d₂/2)·tan(ψ+ρ) ；当滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷Fa变为驱动力，F变为维持滑块等速运动所需的平衡力，由力多边形可得， F = Fa·tan (ψ-ρ) ，作用在螺纹副上的相应力矩为 T = F · d₂/2 = Fa·(d₂/2)·tan(ψ-ρ) 。求出的F值可为正也可为负。当斜面倾角ψ小于摩擦角ρ时，滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态。在自锁条件下，必须施加驱动力F才能使滑块等速下滑。 非矩形螺纹。非矩形螺纹是指牙侧角不为0的三角形螺纹（普通螺纹、管螺纹等）、梯形螺纹和锯齿形螺纹。若略去螺纹升角的影响，在轴向载荷Fa作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。若把法向力的增加看做摩擦因数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：f' = f/cos β = tan ρ'，β为牙侧角，f'为当量摩擦因数，ρ'为当量摩擦角。则将矩形螺纹的公式中的ρ改为ρ'，就是对非矩形螺纹的受力分析。 为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件，即ψ≤ρ'。 以上分析适用于各种螺旋传动和螺纹连接，归纳起来就是：当轴向载荷为阻力，阻止螺纹副相对运动时，相当于滑块沿斜面等速上升，应使用前两个公式。当轴向载荷为驱动力，与螺纹副相对运动方向一致时，相当于滑块沿斜面等速下滑，使用后两个公式。 螺纹副的效率是有效功与输入功之比。若按螺旋转动一圈计算，输入功为2ΠT，有效功为FaS，则螺纹效率为η = FaS/2ΠT = tan ψ/tan(ψ+ρ')。当量摩擦角一定时，效率只是螺纹升角的函数，当ψ = 45°-ρ'/2时效率最高。由于过大的螺纹升角会使制造困难，且效率提高也不显著，所以一般ψ角不大于25°。
10.1.4 螺纹连接的类型和标准件螺纹连接的基本类型有以下四种： 螺栓连接：普通螺栓连接，被连接件上开有通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端拧上螺母。结构特点是被连接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，通孔的加工精度要求底，结构简单，装拆方便，使用时不受被连接件材料的限制，因此应用极广。铰制孔用螺栓连接，孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合。这种连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，但孔的加工精度要求较高。 双头螺柱连接。这种连接末端拧入并紧定在被连接件之一的螺纹孔中，适用于受结构限制而不能用螺栓或希望连接结构较紧凑的场合。 螺钉连接。这种连接的特点是螺栓（或螺钉）直接拧入被连接件的螺纹孔中，不用螺母，而且能有光整的外露表面，在结构上比双头螺柱连接简单、紧凑。其用途和双头螺柱连接相似，但如经常拆装，易使螺纹孔磨损，故多用于受力不大，或不需要经常拆装的场合。 紧定螺钉连接。紧定螺钉连接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。 除这四种基本连接形式外，还有一些特殊结构的连接。如，专门用于将机座或机架固定在地基上的地脚螺栓连接，装在机器或大型零部件的顶盖或外壳上便于起吊用的吊环螺钉连接。 标准螺纹连接件。螺纹连接件的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。 螺纹连接件分为三个精度等级：A,B,C。A精度公差小，精度最高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的连接，B级精度多用于受载较大且经常拆装、调整或承受变载荷的连接，C级精度多用于一般的螺纹连接。
10.1.5 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧。实用上，绝大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，使其在承受工作载荷之间，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以0防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。但过大的预紧力会导致整个连接的结构尺寸增大，会使连接件在装配和偶然过载时被拉断。因此，对重要的螺纹连接，装配时要控制预紧力。 通常规定，拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限σ的80%。碳素钢螺栓：F ≤ (0.6~0.7)σA，合金钢螺栓：F ≤ (0.5~0.6)σA，式中的σ是螺栓材料的屈服极限，A是螺栓危险截面的面积，约为Πd₁²/4，F为预紧力。 预紧力的具体数值应根据载荷性质、连接刚度等具体工作条件确定。装配时预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的，因此，应从理论上找出预紧力和拧紧力矩之间的关系。T≈0.2Fd。对于一定公称直径d的螺栓，当所要求的预紧力F已知时，即可按公式确定扳手的拧紧力矩T。一般标准般手的长度L≈15d，若拧紧力为F₁，则T=F₁L。由公式可得，F≈75F₁。对于重要的连接，尽可能不采用直径过小的螺栓，必须使用时，严格控制其拧紧力矩。 采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力的方法，操作简便，但准确性较差，也不适用于大型螺栓连接。为此，可采用测定螺栓伸长量的方法来控制预紧力。所需的伸长量可根据预紧力的规定值计算。 螺纹连接的防松。由于螺纹连接件一般采用单线普通螺纹，且螺纹升角小于螺纹副的当量摩擦角，因此连接螺纹都能满足自锁条件。防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对转动。具体的防松方法和装置很多，就其工作原理来看，主要分为利用摩擦、直接锁住和破坏螺纹副关系三种。
10.1.6 螺纹连接的强度计算以螺栓连接为代表探讨螺纹连接的强度计算方法，所讨论的方法对双头螺柱连接和螺钉连接也同样适用。 螺栓连接的强度计算，首先根据连接的类型，、连接的装配情况、载荷状态等条件，确定螺栓的受力；然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径或校核其强度。 松螺栓连接强度计算。当螺栓承受轴向工作载荷Fn时，其拉伸强度条件为： σ = Fa/(Πd₁²/4) ≤ [σ] ，其中d₁，螺纹小径，[σ]许用拉应力。 紧螺栓连接强度计算。根据所受拉力不同，分为：仅承受预紧力、承受预紧力和静工作拉力、承受预紧力和变工作拉力三类。 仅承受预紧力的紧螺栓连接。螺栓危险截面的拉伸应力为 σ = F0/(Πd₁²/4) ，螺栓危险截面的扭转切应力为τ ≈ 0.5σ，螺栓预紧状态下的当量应力为σe = 1.3σ。拧紧时虽同时承受拉伸和扭转的联合作用，但计算时可以只按拉伸强度计算，并将所受的拉力增大30%来考虑扭转的影响，即 σe = 1.3F0/(Πd₁²/4) ≤ [σ] 。预紧力F0的大小根据接合面不产生滑移的条件确定， F0 ≥ CF/mf ，其中F0是预紧力；C可靠性系数，通常取1.1~1.3；m,接合面数目；f，接合面摩擦系数。求出F值后，按照公式计算螺栓强度。当f=0.15，C=1.2，m=1时，F0 ≥ 8F，即这种靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓连接，要求保持较大的预紧力，会使螺栓的结构尺寸增加。可以考虑用各种减压零件来承担横向工作载荷，但这种连接增加了结构和工艺的复杂性，也可以采用铰制孔用螺栓来承受横向载荷。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为σp = F/d0δ ≤ [σp]，螺栓杆剪切强度条件为τ = F/(m·Π·d0²/4) ≤ [τ]，其中d0是螺栓剪切面直径；δ是螺栓杆与孔壁挤压面的高度，取δ₁和2δ₂两者之小值；[σp]，螺栓或孔壁材料的许用挤压应力；[τ]，螺栓材料的许用切应力；m，接合面数目。 受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接。螺栓总拉力为 Fa = F0 + Fe·kb/(kb+kc) 。Fa是总拉力，F0是螺栓的预紧力，Fe是工作载荷，kb，kc分别为螺栓和被连接件的刚度，均为定值。kb/(kb+kc)称为螺栓的相对刚度，值在0~1之间变动，可通过计算或实验确定，若被连接件的刚度很大，而螺栓的刚度很小，则相对刚度趋于0.工作载荷作用后，使螺栓所受的总拉力增加很少。为了降低螺栓受力，提高螺栓连接的承载能力，应使kb/(kb+kc)的值尽量小些。螺栓危险截面的拉伸强度条件为： σe = 1.3Fa/(Πd₁²/4) ≤ [σ]， 应力幅应满足的疲劳强度条件为： σa = [kb/(kb+kc)]·2Fe /Πd₁² ≤ [σa]， [σa]是螺栓的许用应力幅。
10.1.7 螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接的材料。有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。选用螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级。 螺纹连接件的许用应力。与载荷性质、装配情况以及螺纹连接件的材料、结构尺寸等因素有关。许用拉应力按下式确定，即[σ] = σs/S，许用切应力[τ]和许用挤压应力[σp]分别按下式确定，即[τ] = σs/Sτ。对于刚，[σp] = σs/Sp，对于铸铁，[σp] = σB/Sp。其中，σs，σB分别是螺纹连接材料的屈服极限和强度极限，S，Sτ，Sp是安全系数。
10.1.8 提高螺纹连接强度的措施降低影响螺栓疲劳强度的应力幅。在最小应力不变的情况下，应力幅越小，则螺栓越不容易发生疲劳破坏，连接的可靠性越高。保持预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被连接件刚度，都能达到减小总拉力的变动范围（即减小应力幅）的目的。减小或增大刚度的同时，要适当增加预紧力，否则残余预紧力会减小，降低连接紧密性。为了减小刚度，可以适当增加长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。增大刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象。采用悬置螺母、减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。悬置螺母，螺母的旋合部分全部受拉，其变形性质与螺栓相同，从而可以减小两者的螺距变化差，使螺纹牙上的载荷分布区域均匀。环槽螺母，使螺母内缘下端局部受拉，作用和悬置螺母相似，但效果不及悬置螺母。内斜螺母，螺母下端受力大的几圈螺纹处制成10°~15°的斜角，使螺栓螺纹牙的受力面由上而下逐渐外移。钢丝螺套，主要用来旋入轻合金的螺纹孔内，旋入后将安装柄根在缺口处折断，然后旋上螺栓，具有一定弹性，可以起到均载的作用，还有减振的作用。 减小应力集中的影响。采用较大的圆角和卸载机构，或将螺纹收尾改为退刀槽等，但会使制造成本升高。 避免或减小附加应力。在铸件或锻件等未加工表面安装螺栓时，采用凸头或沉头座等结构，经切削加工后可获得平整的支承面；或者采用球面垫圈、带有腰环或细长的螺栓来保证螺栓连接的装配精度。 采用合理的锻造工艺方法。采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。还可以采用氮化、氰化、喷丸等处理，都是提高螺纹连接件疲劳强度的有效方法。
单个螺栓预紧力F0=K*Fz/ZMFZ---螺栓个数,M--结合面数F---结合面摩擦系数K--可靠性系数F0=1.2*Fz/4*8*0.15---(1)受横向载荷的普通螺纹的拉应力必须<=许用拉应力1.66F0/d^2<=160----(2) (1)和(2)两个等式1.66*1.2*Fz/4*8*0.15/17.294^2<=160经过计算Fz<=115308.89N
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/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》
2、GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》
3、GB/T16823.3-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》
一、GB/T16823.1-1997《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/T3098.1《紧
固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T3098.2《紧固件机械性能 螺母》、
GB/T3098.4《紧固件机械性能 细牙螺母》和GB/T3098.6《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=0.95S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/T16823.2-1997《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J.H.BLCKFORD著的《An Introduction to the
Design and Behavior of Bolted Joints〈螺栓连接件的设计与应用〉》
（1981.Dekker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8.8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（0.15）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/T16823.3-1997《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/T16823.2-1997《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4.1~4.6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/T16823.2-1997《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
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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/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》
2、GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》
3、GB/T16823.3-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》
一、GB/T16823.1-1997《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/T3098.1《紧
固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T3098.2《紧固件机械性能 螺母》、
GB/T3098.4《紧固件机械性能 细牙螺母》和GB/T3098.6《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=0.95S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/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》
温馨提示：
