螺紋及螺紋聯接的主要參數及相關（guān）知識

由於其結構簡單（dān），拆裝方便，螺紋連接已經標準化、批量化生產，成本（běn）低，連（lián）接可靠，具有足夠的強度、剛度和自鎖性，被廣泛應（yīng）用於（yú）各種金屬結構和機構（gòu）中。

1.螺紋和（hé）螺紋連接的主要參數

螺紋的外表麵是（shì）圓柱螺旋。圓（yuán）柱螺旋線是一個點沿圓柱麵運動的軌跡，這個點的軸向位移A與對應的角位（wèi）移A成正比（bǐ），在（zài）圓柱麵上，沿螺旋（xuán）線形成的連（lián）續的（de）突起和凹槽稱為螺紋。

螺紋由外螺紋和內螺紋組成。根據（jù）母形，螺（luó）紋分為圓柱螺紋和圓（yuán）錐螺（luó）紋。按牙型可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角螺紋用於連接，後三個螺紋用（yòng）於（yú）傳動。

螺紋的主要參數是（shì）:

①線數（shù）:如果有兩個以（yǐ）上的（de）動點，同時在同一圓柱麵上做同樣的螺旋運動，軸向均勻分布，就會形成（chéng）多線螺旋線。螺（luó）旋（xuán）的數量稱為（wéi）螺紋的數量，用n表示。

②旋轉方向（xiàng）:點沿圓（yuán）柱麵移動的角位移方向和軸向位移方（fāng）向不同。螺旋線可（kě）分（fèn）為右（yòu）旋和左旋。順時針擰的螺（luó）絲叫（jiào）右旋螺紋，逆時針擰的螺（luó）絲叫左旋螺紋。大多數螺紋通（tōng）常是右旋的。

③齒廓角α，齒廓半角α/2:在螺紋齒廓上，連接齒頂和齒底的側麵稱為齒廓，相鄰齒廓之間的角（jiǎo）度α稱（chēng）為齒廓角。側麵和螺紋（wén）軸線的垂線之間的角度α/2稱為齒半角。

④外徑(大直徑（jìng）)D:與外（wài）螺紋頂部（bù）或內螺紋底部重合的假想（xiǎng）圓柱麵的直徑稱為螺紋外徑(或大直徑)，也稱為公稱直徑。

⑤內徑(小直徑（jìng）)d1:與外螺紋牙底或內螺紋牙（yá）頂重合的假想圓（yuán）柱麵的直徑（jìng）稱為螺（luó）紋內徑(或小直徑（jìng）)。

⑥中徑d2:指一個假想的（de）中徑圓柱體的直徑，圓的母線通過（guò）齒形上的凹槽（cáo）和凸起寬度相同的地方。

⑦節距P:中線相鄰兩（liǎng）齒對應相位點之間的（de）軸向距離。

⑧導程S:中線兩點對應的同一（yī）螺旋線上相鄰兩齒間的軸向距離，S=nP。對於單線（xiàn）程，因為n=1，S = P。

⑨螺線升角φ:在（zài）中徑圓（yuán）柱上，螺線的切線與垂直於螺紋軸（zhóu）線的平（píng）麵所成的角（jiǎo）度。

用於連接的螺紋主要有:普通螺紋和管螺紋。普通螺紋的牙型角為60°，外徑D為公稱直徑。具（jù）有相同公稱直徑和多個螺（luó）距的螺（luó）紋。螺距最大的螺紋（wén）叫粗螺（luó）紋，其餘的叫（jiào）細螺紋。一般連接常用粗螺紋，按公稱直徑的標準選（xuǎn）用。細螺紋仰角小，自鎖性好。細螺紋（wén）比粗螺紋強度高，但不耐磨，易滑動，多用（yòng）於薄壁零件。

管螺紋有55牙角的英製細（xì）牙螺紋，其公稱直徑為管子的內徑，還（hái）有55和60牙角的錐形管螺紋。不同（tóng）的填充物（wù）可以保證連接的緊密（mì）性。

2.螺紋連接的主要類型，標準連接（jiē）件

螺紋（wén）連接的主要（yào）類型有:

①螺（luó）栓連接:當連接（jiē）部位不太厚（hòu）時，用普通螺栓穿過兩個(或（huò）兩個以（yǐ）上（shàng）)連接孔，然後擰（nǐng）緊螺母，這是應用最廣泛的。

②螺紋連接，如果其中一個連（lián）接較粗，可（kě）以采（cǎi）用螺紋連接。擰（nǐng）入深度與螺釘和連接部件的材料（liào）有關，等強度條件下確定的最小擰入（rù）深度可在相（xiàng）關（guān）手冊中找到（dào）。這（zhè）種連接不（bú）適合經常拆卸的（de）連接（jiē），會造（zào）成螺孔（kǒng）磨損，導（dǎo）致修複困難，連接部件報廢。

③螺柱連接:在連接的零件中（zhōng）有一個比較厚，經常拆卸（xiè）時使用。拆卸時，隻需（xū）拆下螺母，不（bú）要擰（nǐng）下螺柱。

設計時，注意螺柱（zhù）必須擰緊。鬆開螺母時，確（què）保螺杆不能（néng）在（zài）螺孔中旋轉（zhuǎn）。

其中包括:

(a)使用過盈（yíng）配合螺紋，將其擰入（rù）螺（luó）紋孔中，形成擰入全（quán）長（zhǎng）的橫向緊固；

(b)用螺紋末端部（bù）分(不完整螺紋)擠入螺紋孔，形成局部橫（héng）向擰緊；

(c)擋圈的端麵用於抵靠螺紋孔，螺柱軸向定位；

(d)利（lì）用螺柱的頂（dǐng）部結（jié）構緊靠螺紋孔的（de）底麵（miàn），形成軸向（xiàng）緊固。

④緊固螺釘連接:將釘子擰入一個零件（jiàn）的螺紋孔中，使釘子的（de）端部能壓在另（lìng）一個零件（jiàn）的表麵上或推入（rù）相應（yīng）的孔（kǒng）中。主要用於固（gù）定兩個零（líng）件的相互位置，不適合傳（chuán）遞較大的力或力矩。

用於螺紋連接的標（biāo）準連接器有六種:

①螺（luó）栓（shuān）:根據加工精度不同，可分為粗螺（luó）柱和精螺栓。螺栓常用的有標準六角頭、小六角頭和方頭。

②螺柱:兩端都有（yǒu）螺紋，擰入本體端的螺（luó）紋長度為L1。L1的（de）大小（xiǎo）與連接部件的材料（liào）有關。鋼與鋼連接時（shí），L1=d，鋼與鑄鐵連接時，L1=1.25d，L1=1.5d，鋼與鋁（lǚ）合金連接時，L1=2d。

③螺釘:結構和形狀與螺栓（shuān）相似，但螺釘頭有多種形式，其中內、外六角頭可（kě）以發揮較大的擰緊力矩。而且圓頭和十字頭不方便施加大扭矩，所以選擇的直徑不能太大，一般不超過10mm。

④緊定螺釘（dìng）:其頭尾有多（duō）種形式。常用的尾部形狀有錐形端、扁平（píng）端和圓柱端。一般要求尾端要有足夠的硬度。

⑤螺母:常用（yòng）六角螺母，也有粗的（de）和精的。按其高度分為標準螺母、平（píng）螺母和厚螺母。如果想減輕重量，又（yòu）不（bú）經常拆卸平螺母（mǔ），就經常拆卸厚螺母。

⑥墊圈:一種（zhǒng）常見的附件，放置在螺母和被連接部分之間，可以（yǐ）保護支撐麵或防止螺母鬆動(彈簧墊圈等。).

3.螺（luó）紋緊固件的強度等（děng）級

國家（jiā）標準規（guī）定，螺紋緊固件按其材料的力學性能分級，強度等級用數字表示:螺栓用兩個數字表示，小數點（diǎn）前的數字為材料的抗拉強度σBmin/100，小數點後的數字（zì）為10×，材料的（de）最小屈服極（jí）限σSmin(MPa)為兩個數（shù）字的（de）10倍乘。螺（luó）母用一個數字表示（shì），就是。為了防止螺紋副咬死，減（jiǎn）少磨損，螺母的材料等級應低於（yú）螺栓。

4.螺紋連接的預緊和鎖定

根據螺紋連接在（zài）裝（zhuāng）配時是否擰緊，可分為鬆連接和（hé）緊連接。定滑輪的（de）連接螺栓是鬆連接的典型，隻有在（zài）承受外載荷時才受力。

實際上，大多（duō）數連接需要在裝配過程中擰緊。這時螺栓上的力叫做預緊（jǐn）力。預緊可以（yǐ）增加（jiā）連接剛度、緊密（mì）度（dù）和防鬆能力。

連接螺紋標準（zhǔn）件（jiàn）能滿足自鎖條件。或者螺母頭和被連接部件的支撐表麵之間的摩擦力也有助於防止螺母鬆動。但如果溫度變化較大，或者螺母受到衝擊載荷或振（zhèn）動，螺母就會逐漸鬆動（dòng）。設計時（shí），必須根據工作條件、可靠性要求和結（jié）構特點設置防鬆（sōng）裝置。這種鎖定裝置一般可分為三類:

①利用摩擦力防止鬆動，彈簧墊圈是一種結構簡單、使（shǐ）用（yòng）方便的鎖緊件，但由於彈性不均勻，不是很可靠。雙螺母（mǔ）也可用於防止鬆動。鎖緊螺母也可用於防止鬆動。鎖緊螺母的上端在打開後徑向閉（bì）合，然後在擰緊後打開。鎖緊螺母由螺母彈性鎖（suǒ）緊（jǐn），簡單可靠，可多次拆卸。用在更重（chóng）要的場合。

②利用連接件的形狀防止鬆動。

利用附加（jiā）聯接件的（de）形狀或改變螺旋副的形狀來防止（zhǐ）螺旋（xuán）副相對轉動。其做法是:

六角槽螺母:提供（gòng）一個開口銷。安裝時，在螺杆末端鑽一個孔(開（kāi）口銷（xiāo）)，可用於承受衝擊（jī）線（xiàn）載（zǎi）荷變化（huà）較（jiào）大（dà）的連接。

單耳止動環:一側向上彎曲（qǔ）貼在螺母側，另一（yī）側向下彎曲貼在連接（jiē）件側壁，防鬆可靠。

三重止動墊圈:擰緊三個螺母後，將墊圈的兩側（cè）拉起，貼在三個螺母的側麵，使三個螺母相互製約（yuē）。

係列鋼絲（sī）:用（yòng）於少螺（luó）釘密集排列的連接。注（zhù）意鋼絲的方向。圖（tú）中右（yòu）圖方向合理，有防鬆效果，但（dàn）安裝需要時間。

端麵（miàn）衝孔點:屬（shǔ）於永久止動，用於不可拆卸的（de）螺紋連接。

③采用附加材料防止（zhǐ）鬆動，如將螺母焊在螺杆上，將（jiāng）側麵焊死，或在螺紋表麵塗上粘接劑，既能防止鬆動又能密封。

5.螺栓組結構（gòu）設計中應考慮的因素

①從加工的角度看，結合麵的幾（jǐ）何形狀應盡可能簡單，往往使螺栓組的形心與結合麵的形心重合（hé）。最好有兩個對稱軸，便於加工和計算。通常采用條形或環形結合麵，以減（jiǎn）少加工（gōng）能力和結合麵不平整的影響，同時增加連接剛度。

②對於扭矩作用下的螺栓組，螺栓布置（zhì）應盡可能遠離對稱軸，同一圓周上（shàng）的螺栓（shuān）數量應為4、6、8、12個...以便於標記和索引。

③螺栓受力（lì）要合理，對於承受橫向載荷的普通螺栓，可采用減載裝置。或者使用（yòng）鉸孔螺栓，盡量避免（miǎn）螺栓受（shòu）到額外的彎曲載荷（hé）(如承載麵不平、螺母孔不合適、連接部位剛度小、連接體孔偏斜等。).

④裝配時，使每個螺（luó）栓的預緊力相同，使結合麵產生均勻的壓力。因此，相鄰螺栓之（zhī）間的中心距離t一般應（yīng）小於10d。對於（yú）有緊密性要求的連接，T值應按有關規定進行設計。t的取值還要考慮扳手（shǒu）的活動空間，所以t的取值不能太小。

6.螺栓組應力

①橫向載荷下的螺栓組連接:包括螺栓組連接、普通螺栓連接和鉸孔螺栓連接。

對於普通螺（luó）栓連接，螺栓預緊後，結（jié）合麵之間產生（shēng）壓緊力，側向外載荷由摩擦（cā）力抵抗（kàng）。

鉸孔之間用螺栓連接，在側向外荷載作用（yòng）下，錨杆承受（shòu）剪切和（hé）擠壓。

(2)對於承受旋轉扭矩的（de）螺栓組的連接，受力情況與側向載荷基本相同。

③軸向（xiàng）載荷下的螺栓組連接:多個螺栓（shuān）受力均勻，軸線相（xiàng）同。假設螺栓均勻分布（bù），每個螺栓接受相同的外部載（zǎi）荷。

④承（chéng）受傾覆力（lì）矩（jǔ）的螺栓組:傾覆趨勢與M轉向（xiàng）相同。M作用時，0~0左側螺栓擰緊，軸向拉力（lì）增大（dà），右側螺栓鬆弛，螺栓（shuān）預緊力QP減小。

在螺栓聯接的設計中，無論承受何種外載荷（hé），都是先（xiān）計算螺栓組的總合力，再計算單（dān）個螺栓的強度。

7.提高螺栓連接強度的措施

①改善螺紋間的不均勻載荷分布。

從剛度和變形分析，在（zài）傳力過程中，拉螺栓時螺（luó）距增大，壓螺母時螺（luó）距減小。兩個螺距之差，靠螺紋的（de）彎曲（qǔ）和（hé）剪（jiǎn）切變形來協調和補償。研（yán）究（jiū）表明，第一圈螺紋牙的變（biàn）形最大，第二圈次之，然後（hòu）減小，因此過多圈數的螺母不能提高連（lián）接強度（dù）。為了改善載荷（hé）分布在螺（luó）紋上的不利情況，常用的方法有:

設置懸掛螺母使母螺栓都（dōu）處於張緊狀態，以減小螺距變化差異，使螺紋牙上的載荷分布均勻。

使用內斜（xié）螺母，螺母的擰入端做成10° ~ 15°的內（nèi）斜角。原始應力大的下螺紋應力點外移時，剛度降低，載荷上移，使載荷分（fèn）布趨於均勻。

環槽螺（luó）母（mǔ），螺母切槽，造成（chéng）螺母局部張緊（jǐn），起到（dào）懸掛螺母的（de）作（zuò）用。

這些（xiē）措施（shī）加工複雜，隻適用於重要場合。

②降低螺栓應力幅（fú）度。

對於交變載（zǎi）荷下的螺栓連接，增加螺（luó）栓長度、減小螺杆（gǎn）的（de）截麵積或減小螺杆材料的彈性截麵E，都可以降低螺杆剛度，如采用柔性螺栓。

為了（le）減少應力集中，在螺栓（shuān）的螺（luó）紋齒、螺紋末端、過渡圓角和杆截麵的變（biàn）化處存在應力集中。其中螺紋根部的應力集中影響較大，可以增加根部的圓角半徑。比如將r=0.1443p提高到r=0.21p，螺（luó）栓連接強度可（kě）以提高24~40%。此外，加大釘頭和釘杆的過渡圓角、開（kāi）設卸荷槽、采用卸荷過渡、螺（luó）紋止力退槽等措施可以（yǐ）減小集中應力。

這些措施的缺點是它們（men）增加了成本，並且僅用於重要的連接。

④避免額外的（de）壓力。

比如支撐麵（miàn）不平整，螺母孔，被連接（jiē）部（bù）分（fèn）打出來的孔不在一條直線上，被連接部分剛好太小，鉤頭連接都造成連接處的附加應力，在設計中要避免。

⑤采用合理（lǐ）的製造（zào）工藝。

製造工藝對螺栓的疲勞強度影響很大，加工過程中螺紋表層的殘餘應力應通過某種手段（duàn）消除。

滾絲比車絲好。表（biǎo）麵質量好的（de）棒料車（chē）床加工（gōng）不合理，金屬纖維（wéi）也是車床加工。而滾絲是由材料的塑性形（xíng）成的，滾絲（sī）後金屬結構緊密。螺紋工作時，力的流向與材料纖維方向一致，其強度比車床螺紋提高40-95%。

螺（luó）栓的疲勞強度也可以通過在螺紋表麵進行滲氮和氰（qíng）化等表（biǎo）麵硬化處理來（lái）提高（gāo）。