台阶螺丝影响螺栓疲劳性能的主要因素

1、螺纹牙谷形状和半径尺寸的影响。

螺栓受力时，螺纹牙谷处就会产生应力集中，其值在很大程度上取决于牙谷的形状。改变牙谷的

形状，如螺纹的牙谷槽越平滑，应力集中就越小，疲劳强度则越高。一般而言，平底牙谷的螺纹

疲劳强度低。如以圆形牙谷代替平底牙谷，螺栓的疲劳强度便可得到提高。如平底螺纹牙谷的弹

性应力集中系数为2.54，而改进的圆弧牙谷为1.52，即后者的牙谷应力集中系数较前者降低40%

，从而可以使疲劳强度至少提高20%;如经调质处理的40CrNiMo钢制螺栓，螺纹为M6-1.0的平底

牙谷时疲劳强度为95MPa，而采用大半径为0.1mm的圆弧形牙谷时，其疲劳强度可以提高到

120MPa，即提高26%。日本新日铁公司新开发的CD(critical design for fracture)螺栓的疲劳强度提

高的幅度更大，高达100%，CD螺栓的主要特点是螺母内螺纹的牙峰高度逐渐降低，以使其受力

更均匀。

2、螺纹表面粗糙度的影响。

螺纹的表面粗糙度对螺栓的疲劳寿命影响很大。如螺纹为M6-1.0的40CrNiMo钢制螺栓，其粗糙

度由0.08～0.16降低到0.63～1.35时，疲劳强度下降33%;螺纹为M12-1.5的螺栓，其表面粗糙度由

0.08～0.16降低到0.16～0.32时，疲劳强度下降21%。

3、螺纹滚丝工序的影响。

滚压螺纹会产生形变强化层和较高的残余压应力，对阻止疲劳裂纹的萌生和早起扩展起到很大的

作用;同时，也会降低牙谷的表面粗糙度，因而有利于螺栓疲劳强度的提高。但是，如果滚压螺

纹后再进行热处理，就会使上述有利因素消失。所以从改善螺栓疲劳性能的角度考虑，应在热处

理后滚压螺纹。但此时存在另一个问题，即螺栓特别是高强度螺栓经过热处理后其硬度通常较高

，致使滚丝模具寿命降低。此外，如果滚丝的质量不够好，在螺纹的表面或根部产生微裂纹或类

似接触疲劳的剥落现象，则改善螺栓疲劳性能的效果不明显，甚至会降低疲劳性能。