螺紋及螺紋聯（lián）接的（de）主要參數（shù）及相關知識

由於其結構簡單，拆裝方（fāng）便，螺紋連接已（yǐ）經標準化、批量化生產，成本低，連接可靠（kào），具有足夠的強度、剛度和自鎖性，被（bèi）廣泛應用於各種金屬結（jié）構和機構中。

1.螺（luó）紋（wén）和螺紋連接的主要參數

螺紋的外表麵是圓（yuán）柱螺旋（xuán）。圓柱螺（luó）旋（xuán）線是一個點沿圓柱麵（miàn）運動的軌跡，這個點的軸向位移A與對應的角位移A成正比，在圓柱麵上，沿螺旋線形成的連續的突起和凹槽稱為（wéi）螺紋。

螺紋由外螺紋和內螺紋組成（chéng）。根據母形，螺紋分為圓柱（zhù）螺紋和圓錐螺紋。按牙型可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形（xíng）螺紋和鋸齒形螺紋（wén）。三角螺紋（wén）用於連接，後三（sān）個螺紋用於傳動。

螺紋的主要參數是:

①線數:如果有兩個（gè）以上的動點，同時在同一圓柱麵上做同樣的螺旋運動，軸向均勻分布（bù），就會形成多線螺旋線。螺旋的（de）數量稱為螺紋的數量，用n表示。

②旋轉方向:點（diǎn）沿（yán）圓柱麵移動的角位移方向和軸向位移方向不同。螺旋線可分為右旋和（hé）左旋。順時針擰的螺絲叫右旋螺紋，逆時針擰的螺絲叫左旋螺紋（wén）。大多數（shù）螺紋通常是右旋的。

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

④外（wài）徑(大直徑)D:與（yǔ）外螺紋頂（dǐng）部或內（nèi）螺（luó）紋底部重（chóng）合的假想圓柱麵的直徑稱為螺紋外（wài）徑(或大直徑)，也稱為公稱直徑。

⑤內徑(小（xiǎo）直徑)d1:與外螺紋牙底或內螺紋牙頂重合的假想圓柱麵的直徑稱為螺紋內（nèi）徑(或小（xiǎo）直徑)。

⑥中徑d2:指一個假想的中徑圓柱（zhù）體的直（zhí）徑，圓的母線通過齒形上的凹槽和（hé）凸起（qǐ）寬度相同（tóng）的地方。

⑦節距P:中線相鄰（lín）兩齒對應相位點之（zhī）間的軸向距離。

⑧導程（chéng）S:中線兩點對（duì）應的同一螺旋線上相鄰兩齒間的軸向距離，S=nP。對於單線程，因（yīn）為（wéi）n=1，S = P。

⑨螺線升角（jiǎo）φ:在中徑圓柱上，螺線的切線與垂直於螺紋軸線的平麵所成（chéng）的角度。

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（wài）徑D為公稱直（zhí）徑。具有相同公稱直徑和多個螺距的螺紋。螺距最大的螺紋（wén）叫粗螺紋，其（qí）餘的叫細螺紋。一般連接常用粗螺紋，按公稱直徑的標準選用。細螺紋仰角小，自鎖性好。細螺紋比粗螺紋強（qiáng）度高，但不耐磨，易（yì）滑動，多用於薄壁零件。

管螺紋（wén）有55牙角的英製細牙螺紋，其公稱直徑為（wéi）管子的內徑，還有55和60牙角的錐（zhuī）形管螺紋（wén）。不同的填充物可以保（bǎo）證連接的緊密性。

2.螺紋連接（jiē）的主要類型，標準連（lián）接件

螺紋連接（jiē）的主要類型有:

①螺栓連接:當連接部（bù）位不太厚時，用普通螺栓穿過兩（liǎng）個(或兩個以上)連接孔，然後擰緊螺母，這是應用最廣泛的。

②螺紋連接，如（rú）果其中一個連接較粗（cū），可以采（cǎi）用螺紋連接。擰入深度與螺釘（dìng）和連接部件的材料有關，等強度條件下確定的最小擰入深度可（kě）在相關（guān）手冊中找到。這種連接不適合經常拆卸的連接，會（huì）造成螺孔磨損，導致修（xiū）複（fù）困（kùn）難，連接部件報廢（fèi）。

③螺柱連接:在連接的零件中有一個比較厚，經常拆（chāi）卸時使用（yòng）。拆（chāi）卸時，隻（zhī）需拆下螺母，不要擰下螺（luó）柱。

設計（jì）時，注意螺柱必須擰緊。鬆開螺母時（shí），確保螺杆不能在螺孔中旋轉。

其中包括:

(a)使用過盈配合螺紋，將其擰入（rù）螺紋孔中，形成擰入（rù）全長（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（chéng）局部橫向擰緊；

(c)擋圈的端麵用於抵靠螺紋孔，螺柱軸向定（dìng）位；

(d)利用螺柱（zhù）的頂部結構緊靠螺紋（wén）孔的底麵（miàn），形成軸向緊固。

④緊固螺釘連接:將釘子（zǐ）擰入（rù）一個零件的螺紋孔（kǒng）中，使釘子的端部能壓在另一個（gè）零件的表麵上或（huò）推入（rù）相應的孔中。主要用於固（gù）定兩個（gè）零件的（de）相互位置，不適合傳遞（dì）較大的力（lì）或力（lì）矩。

用於螺紋連接的（de）標準連接器有六種:

①螺栓:根據加工精度不同，可分為（wéi）粗螺柱和精螺栓。螺栓（shuān）常用的有標準六角頭、小六角頭和方（fāng）頭（tóu）。

②螺柱:兩端都有螺（luó）紋，擰入本體端的螺（luó）紋長度為（wéi）L1。L1的大小與連接部件的材料有關。鋼與鋼連接時，L1=d，鋼與鑄鐵連接時，L1=1.25d，L1=1.5d，鋼（gāng）與鋁合金連接（jiē）時，L1=2d。

③螺釘:結構和形狀與螺栓相似，但（dàn）螺釘頭有多種形（xíng）式，其（qí）中內、外六角頭可以發揮較大的擰緊力（lì）矩。而（ér）且圓頭和十字頭不方便施加大扭矩，所以選擇的直徑不能（néng）太大，一般不超過（guò）10mm。

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

⑤螺母:常用六角螺母，也有粗的和精的。按（àn）其高度分為標準螺母（mǔ）、平螺母和厚螺母。如果想減輕重量，又不經常拆卸平螺母，就經常拆卸厚螺母。

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

3.螺紋緊固件的強（qiáng）度等級

國家標準規定，螺紋緊固件按其材（cái）料的力（lì）學性能分級，強（qiáng）度等級用數（shù）字表示:螺栓（shuān）用兩個（gè）數字表示，小數點（diǎn）前的數字為材料的抗拉強度（dù）σBmin/100，小數點後的數字為10×，材料的最小屈服極限σSmin(MPa)為兩（liǎng）個數字的10倍乘（chéng）。螺母用（yòng）一個數字表示（shì），就是。為了防止螺紋副咬（yǎo）死，減少磨損，螺（luó）母的材料等級應低於螺栓。

4.螺紋連接的預緊和（hé）鎖定

根據螺紋連接在裝配時（shí）是（shì）否擰緊，可分為鬆連（lián）接和緊連接（jiē）。定滑輪的連接螺（luó）栓是鬆連接的典型，隻有在承受外載荷時（shí）才受力。

實際上，大多數連接需要在裝配（pèi）過程中擰緊。這時螺（luó）栓上的力叫做預（yù）緊力。預緊可以增加連接剛（gāng）度、緊密度和防鬆能（néng）力。

連接螺紋標（biāo）準件能滿（mǎn）足自鎖條件。或者螺母（mǔ）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（jiào）大，或者螺母受到衝擊載荷或振動，螺母就（jiù）會逐漸鬆動（dòng）。設計時，必須根據工（gōng）作條件（jiàn）、可靠性要求和結構特點設置防鬆裝置。這種鎖定裝置（zhì）一（yī）般可分為三類:

①利（lì）用摩擦力（lì）防止鬆動，彈簧墊圈是一種結構簡單、使用方便的鎖緊件，但由於彈性不均勻，不是很可靠。雙螺母也可用於防止鬆動。鎖緊螺母也可用於防止鬆動。鎖緊螺母的上端（duān）在打開後徑向閉合，然後在擰緊後（hòu）打開。鎖緊螺母由（yóu）螺母彈性鎖緊，簡單可靠，可多次拆卸。用在更重要的場合。

②利用連接件的形狀防止鬆動。

利（lì）用（yòng）附加聯接件（jiàn）的形狀或改變螺旋（xuán）副的（de）形（xíng）狀來防止螺旋副相對轉動。其（qí）做（zuò）法是:

六角槽螺母（mǔ）:提供一個開口銷。安裝時，在螺杆末端鑽一個孔(開口銷)，可用（yòng）於承受衝擊線載荷變（biàn）化較大的連接。

單耳止動環:一側向上彎（wān）曲貼在螺（luó）母側，另一（yī）側（cè）向下彎（wān）曲貼在連接件側壁，防鬆可靠。

三重止動墊圈:擰緊（jǐn）三個螺母後，將（jiāng）墊圈的（de）兩側拉起，貼在三個螺母的（de）側麵，使三個螺母相互製約。

係（xì）列鋼絲:用於少螺釘密集排列的連接。注意鋼絲的方向。圖中右圖方向合理，有防鬆效果，但安裝需要時（shí）間。

端麵衝孔點:屬（shǔ）於永久止動，用於不可（kě）拆卸的螺紋連接。

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

5.螺栓組結構設計中應考慮的因素

①從加工（gōng）的角度看，結合麵的幾何形狀應盡可（kě）能簡單，往往使（shǐ）螺栓組的形心與結（jié）合麵的形心（xīn）重合（hé）。最好有兩（liǎng）個對稱軸，便於（yú）加（jiā）工和計算。通常采用條形或環（huán）形結合（hé）麵，以減少加工能力和（hé）結合麵不平整的影響，同時增加連接剛度。

②對（duì）於扭矩作用下的螺栓組，螺栓布置應盡可能遠離對稱軸，同一（yī）圓周上的螺栓數量應為4、6、8、12個...以便於標（biāo）記和索引。

③螺栓受力要合理，對於承受橫向載荷的普通螺栓，可采用減載裝置。或者使用鉸孔螺栓，盡量避免螺栓受到額外（wài）的彎曲載荷(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，使每個螺栓的預緊力相同，使結合麵產（chǎn）生均勻的壓力。因此，相鄰螺（luó）栓之間（jiān）的中心距離t一般應小於10d。對於（yú）有緊密性要（yào）求的連接（jiē），T值應按有關規定進行設計。t的取值還要考慮（lǜ）扳手的活動空間，所以t的取值不能太小。

6.螺栓組應（yīng）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。

對於普通螺栓連接，螺栓預緊後，結合麵之間產生壓緊力，側向外載荷由摩擦力抵抗。

鉸孔之（zhī）間用螺栓連接，在側向外荷載作用下，錨杆承受剪（jiǎn）切和擠壓（yā）。

(2)對於承受旋轉扭矩的螺栓組的連接，受力情況（kuàng）與側向載荷基本相同。

③軸向載荷下的螺（luó）栓組連（lián）接:多個螺栓受力均勻，軸線相同。假設螺（luó）栓（shuān）均勻分布，每（měi）個螺栓（shuān）接受相同的外部載荷。

④承受傾覆力矩的螺栓組（zǔ）:傾（qīng）覆趨勢（shì）與M轉向（xiàng）相同。M作用時，0~0左側（cè）螺栓擰緊（jǐn），軸向拉力增大，右側螺栓鬆弛，螺栓預緊力QP減小。

在螺栓聯接的設（shè）計中，無論承受何種外載荷，都是先計算螺栓組的總合力，再計算單個螺栓的強（qiáng）度。

7.提高（gāo）螺（luó）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，在傳力過程中，拉螺栓時螺距增大，壓螺母時螺距減小。兩個螺距之差，靠螺紋的彎曲和剪切（qiē）變形來（lái）協調和補償。研究表明，第一圈螺紋牙的變形最大，第二圈次之，然後減小，因此過多（duō）圈（quān）數的螺母不（bú）能提高（gāo）連接強（qiáng）度。為了改善載荷分布在螺紋上的（de）不利情況，常（cháng）用的方法有:

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

使用內斜螺母，螺母的擰入端做成10° ~ 15°的內斜角。原始應力大的下螺紋應力點外（wài）移時，剛度降低，載荷（hé）上移（yí），使載荷（hé）分（fèn）布趨（qū）於（yú）均勻。

環槽螺母，螺母切槽，造成螺母局部張（zhāng）緊，起到懸掛（guà）螺母的作用。

這些措施加工複雜，隻（zhī）適用（yòng）於重要場合。

②降低螺栓應力幅度。

對於交變載荷下的螺栓連接，增加螺栓長度、減小（xiǎo）螺杆的截麵積或減小螺杆材料的彈性截麵E，都可以降（jiàng）低螺杆剛度，如采用柔性（xìng）螺（luó）栓。

為了減（jiǎn）少應力集中，在螺栓（shuān）的螺紋齒、螺紋末端、過渡圓角和杆截麵的變化處存在應力集（jí）中。其中螺紋根部的應力集中（zhōng）影響較大，可以增加（jiā）根部的圓角半（bàn）徑。比如將r=0.1443p提（tí）高到r=0.21p，螺栓連接強（qiáng）度可以（yǐ）提高24~40%。此外，加大釘頭和釘杆的過渡圓角、開設卸荷槽、采用卸荷過渡、螺紋止力退槽（cáo）等措施可以減小集中應力。

這些措施的缺點是它們增加（jiā）了成本，並且僅用於重要的連接（jiē）。

④避免額外的壓力（lì）。

比如支撐麵不平整，螺母孔，被連接部分打出（chū）來的（de）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（chù）的（de）附加應力，在設計中要避免（miǎn）。

⑤采用合理的製造工藝。

製造工（gōng）藝對螺栓的疲勞（láo）強度影響很大，加工過程中螺紋表（biǎo）層（céng）的殘餘應力應通過某種手段消除。

滾絲比車絲好。表麵質量好的棒料車床加工不合理，金屬纖維也是（shì）車床加工。而滾絲是由材料的塑性形成（chéng）的，滾絲（sī）後金屬結構緊密。螺紋（wén）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%。

螺栓（shuān）的疲勞強度（dù）也可以通過在螺紋表麵進行滲氮和（hé）氰化（huà）等表麵硬化處理來提高。