听信教科书，想当然的认为螺纹前三牙受力较大而导致的事故分析

螺纹啮合长度对螺栓连接可靠性来说非常重要，特别对于一些非标的螺栓螺母连接中，例如螺栓拧入到铝合金内螺纹孔中，经常出现拉脱滑牙的情况。

在机械设计中介绍到螺纹承受载荷约有1/3载荷主要集中在第一牙上，前三牙承受了80%以上的载荷，第八牙以后几乎不承受载荷。采用螺纹牙数过多的加厚螺母，并不能提高螺纹的连接强度。

所以，很多人认为螺纹啮合只要最多8牙就足够了，不需要很长的啮合长度，也没有太大的必要，甚至认为在受力不大的场合，拧3牙是不是就可以了。

真的是这样吗？那为什么铝合金螺纹连接中啮合长度往往要求2d甚至2.5d的啮合长度呢？

一、真实的案例

上世纪90年代末，某航空发动机厂在第41车间进行某型检修发动机的总装工段的装配。该发动机已经进场检修有一段时间了，部队催的也很紧，但越是着急，越是会发生事故。

航空发动机的装配工作由车间的两名操作工来完成，他们首先需要重新调整和测量发动机低压涡轮装配的轴向尺寸，因此必须使用装配车把发动机的涡轮部分翻转到向下的位置。

但当发动机还差30度就转到垂直位置的时候，事故发生了：装配车连接、翻转发动机的第三支点的叉形件突然脱开，导致正在翻转的发动机，以中间机匣的左右两个支点为轴，在重力作用下发生了旋转。其结果就是，发动机狠狠地砸在了地面上。

出事后，经过检查发现，发动机的涡轮支撑机匣直接触地变形报废，好在其他零部件没有发生变形损伤。但这一事故再度导致发动机检修延误，迟迟不能出场，不但使厂子蒙受了经济损失，而且影响了部队的装备和训练。

事后查明，问题首先出在发动机装配车上，而操作工也有一定责任。这种装配车，是根据赴国外生产同类发动机厂培训人员绘制的草图，由发动机厂自行设计制造的。

而这种设计制造，仅仅是外形的模仿，没有正式的设计图样，没有详细的维护使用说明书，更没有相关的设计评审。

操作员完全是凭借个人经验在使用（印象中教科书上说明了螺纹就是前三牙承受80%以上的载荷，认为拧多了也没有太大的作用，反而影响装配工时），没有相应的规章和制度，最终导致问题发生。

这次出现的发动机叉形件脱开导致发动机触地的事故，就是因为这种山寨装配车，根本没有说明叉形件和发动机连接的螺丝，该拧多长该拧多少扣。

而这次事故中，操作工仅仅凭记忆想当然的拧了3牙，就开始吊装翻转发动机，从而导致螺丝脱扣断开，使得发动机翻转触地。

二、螺纹啮合长度设计要求

对于标准螺栓，标准螺母的设计，只要正确选用匹配的螺栓螺母就可以满足啮合长度的要求。

对于在内螺纹孔的设计，需要合理的设计螺纹的啮合长度，以保证装配螺栓时，内螺纹有足够的强度来匹配。具体设计连接长度时，可以参照下图曲线根据内螺纹材料的剪切强度进行选取。

也可以根据下表参照内螺纹材料的最小抗拉强度Rm进行选取，如果材料与表中存在差别就需要进行详细的计算或按照图中进行计算。

详细计算螺纹最小啮合长度可以按照VDI 2230-1-2015指南5.5.5节进行。内螺纹详细的最小啮合长度计算需要根据内螺纹材料的抗拉强度以及剪切强度与抗拉强度的关系按照VDI2230-1指南进行计算。

内螺纹连接长度选取曲线 内螺纹连接长度选取曲线

内螺纹材料机械性能

强度等级≤10.9的螺栓最小拧进深度（mm）

材料

最小抗拉强度 Rm

最小布氏硬度 (BHN)a)

经调质的表面硬化钢

1000 MPa(315 BHN)

0.8×d

经调质的冷作硬化钢

800 MPa(250 BHN)

1.0×d

低合金与非合金钢

400 MPa(120 BHN)

1.3×d

可锻铸铁

550 MPa(180 BHN)

0.9×d

球墨铸铁

500 MPa(170 BHN)

1.0×d

400 MPa(140 BHN)

1.3×d

灰口铸铁

250 MPa(210 BHN)

1.3×d

铸铝和铸镁合金

80 BHN

2.0×d(8.8)

2.5×d(10.9)

60 BHN

2.7×d(≤8.8)

铜锌合金

350 MPa

1.3×d

烧结金属(Sint - D30)

510 MPa

1.0×d

公称螺纹 d 的钢制螺栓最小啮合长度选用表

对于盲孔内螺纹，有效螺纹攻丝深度以及盲孔深度的设计必须确保在无应力状态下，螺纹末端与螺栓末端间隙至少为 1×P（P为螺距），钻孔深度为螺纹攻丝深度加上3P。

三、螺丝君经验总结

只有选取了合适的标准螺栓，标准螺母匹配强度，并按照要求拧紧露头2-3牙，才能保证螺栓螺母拧紧及工作时候不会出现螺纹滑牙脱扣的问题。

对于内螺纹孔只有经过详细的计算，或者至少要按照这个图表进行过详细的分析计算后，设计出合适的最小啮合长度，才能不会导致螺纹的脱扣滑牙。

对于焊接螺母，还应考虑在焊接后是否会因为大热量的输入，导致螺母螺纹强度的下降，需要对焊接后的螺母螺纹强度进行保证载荷载荷测试，确保满足强度设计要求。

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