螺紋連接的知識(shí)梳理，最基礎(chǔ)的專業(yè)知識(shí)！

螺紋連接因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，拆裝方便，都已標(biāo)準(zhǔn)化，批量生產(chǎn)，成本低廉，連接可靠，有足夠的強(qiáng)度、剛度和自鎖性，廣泛用于各種金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)中。

1、螺紋及螺紋連接的主要參數(shù)

螺紋的外表面是圓柱螺旋線。圓柱螺旋線是沿著圓柱表面運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)的軌跡，該點(diǎn)的軸向位移a與相應(yīng)的角位移a成正比，在圓柱表面上，沿著螺旋線所形成的連續(xù)凸起和溝槽稱為螺紋。

螺紋由外螺紋和內(nèi)螺紋組成，按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。根據(jù)牙型可分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角形螺紋用于聯(lián)接，后三種螺紋用于傳動(dòng)。

螺紋的主要參數(shù)有：

① 線數(shù)：如果有兩個(gè)以上的動(dòng)點(diǎn)，同時(shí)在同一個(gè)圓柱面上作同樣的螺旋運(yùn)動(dòng)，且軸向?yàn)榈染喾植紩r(shí)，則形成多線螺旋線。螺旋線的條數(shù)稱為螺紋的線數(shù)，用n表示。

② 旋向：點(diǎn)沿圓柱表面運(yùn)動(dòng)的角位移方向和軸向位移方向不同，螺旋線有右旋和左旋之分，螺釘順時(shí)針旋入的稱為右旋螺紋，逆時(shí)針旋入的稱左旋螺紋，常用大多數(shù)螺紋都是右旋的。

③ 牙型角α，牙型半角α/2：在螺紋牙型上，連接牙頂和牙底的側(cè)表面稱為牙側(cè)，相鄰牙側(cè)間的夾角α叫牙型角。牙側(cè)與螺紋軸線的垂線的夾角α/2叫牙型半角。

④ 外徑（大徑）d：與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋外徑（或大徑），亦稱公稱直徑。

⑤ 內(nèi)徑（小徑）d1：與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋內(nèi)徑（或小徑）。

⑥ 中徑d2：指一個(gè)假想的中徑圓柱的直徑，該圓的母線通過(guò)牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。

⑦ 螺距P：相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)相點(diǎn)間的軸向距離。

⑧ 導(dǎo)程S：同一條螺旋線上相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離，S=nP，對(duì)單線螺紋而言，因n=1，所以S=P。

⑨ 螺旋升角φ：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。

用于聯(lián)接的螺紋主要有：普通螺紋與管螺紋。普通螺紋牙型角60°，以外徑d為公稱直徑。同一公稱直徑可有多種螺距的螺紋。其中最大螺距的螺紋叫粗牙螺紋，其余的都叫細(xì)牙螺紋。一般聯(lián)接常用粗牙螺紋，據(jù)公稱直徑查標(biāo)準(zhǔn)選用。細(xì)牙螺紋升角小，自鎖性好。細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋釘桿強(qiáng)度高，但不耐磨，易滑扣，多用于薄壁零件。

管螺紋有牙型角55°的英制細(xì)牙螺紋，公稱直徑為管子內(nèi)徑，還有圓錐管螺紋，牙型角有55°和60°兩種，不同填料即可保證聯(lián)接緊密性。

2、螺紋連接的主要型式，標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接零件

螺紋連接的主要型式有：

①螺栓連接：當(dāng)被連接件不太厚時(shí)，用普通螺栓貫穿兩個(gè)（或多個(gè)）被聯(lián)接的孔，再擰緊螺母，此種應(yīng)用最廣。

② 螺釘連接，如被連接之一較厚，即可采用螺釘連接。螺釘擰入深度與螺釘及被聯(lián)接件的材料有關(guān)，按等強(qiáng)度條件決定的最小擰入深度可查有關(guān)手冊(cè)。此種聯(lián)接不適于經(jīng)常拆卸的聯(lián)接，經(jīng)常拆卸可使螺孔磨損導(dǎo)致修理困難及被聯(lián)接件的報(bào)廢。

③ 雙頭螺柱聯(lián)接：用于被連接件之一較厚而又經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。拆裝時(shí)只需卸下螺母，不必?cái)Q出螺柱。

設(shè)計(jì)時(shí)注意雙頭螺柱必須緊固。在擰松螺母時(shí)，保證螺柱在螺孔中不得轉(zhuǎn)動(dòng)。

雙頭螺柱連接常用的緊固方式如下頁(yè)圖所示：

其中：

（a）利用過(guò)盈配合螺紋，擰入螺紋孔，構(gòu)成旋合全長(zhǎng)橫向收緊；

（b）利用螺紋收尾部分（不完全螺紋）擠入螺紋孔構(gòu)成局部橫向收緊；

（c）利用擋環(huán)端面抵緊螺紋孔，并使螺柱軸向定位；

（d）利用螺柱頂部結(jié)構(gòu)，抵緊螺紋孔底面，構(gòu)成軸向固緊。

④緊定螺釘連接：將釘擰入一個(gè)零件的螺紋孔，使釘?shù)哪┒隧斪×硪涣慵砻婊蝽斎胂鄳?yīng)的坑穴。它主要用于固定兩零件的相互位置，不宜傳遞很大的力或力矩。

螺紋連接用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件主要有以下六種：

①螺栓：按加工精度不同分為粗制螺柱和精制螺栓兩種。螺栓頭部常用的有標(biāo)準(zhǔn)六角頭，小六角頭、方頭……。

② 雙頭螺柱：兩端均制有螺紋，共擰入機(jī)體端的螺紋長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，L1的大小與被聯(lián)接件的材料有關(guān)，當(dāng)鋼對(duì)鋼連接時(shí)，L1=d，當(dāng)鋼對(duì)鑄鐵聯(lián)接時(shí)L1=1.25d和L1=1.5d，當(dāng)鋼對(duì)鋁合金時(shí)L1=2d。

③ 螺釘：結(jié)構(gòu)形狀與螺栓類似，但螺釘頭部形式較多，其中內(nèi)、外六角頭可施加較大的擰緊力矩。圓頭和十字頭都不便施加較大力矩，所以選用的直徑不要過(guò)大，一般不超過(guò)10mm。

④ 緊定螺釘：其頭部和尾部的形式很多，常用尾部形狀有錐端，平端和圓柱端，一般要求尾端要有足夠的硬度。

⑤ 螺母：常用六角螺母，亦有粗制和精制之分。按其高度不同分為標(biāo)準(zhǔn)螺母，扁螺母及厚螺母。如要求減輕重量且不常拆卸可用扁螺母，常拆卸時(shí)用厚螺母。

⑥墊圈：常用的附件，放在螺母與被聯(lián)接件之間，可以保護(hù)支撐面或防止螺母松脫（彈簧墊圈等）。

3、螺紋緊固件的強(qiáng)度級(jí)別

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：螺紋緊固件按其材料機(jī)械性能分級(jí)，強(qiáng)度級(jí)別由數(shù)字表示：螺栓用兩個(gè)數(shù)字表示，小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字為材料的抗拉強(qiáng)度σBmin/100，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字為10×，兩個(gè)數(shù)字相乘的10倍即為材料的最低屈服極限σSmin（MPa）。螺母用一個(gè)數(shù)字表示，為。為防止螺紋副咬死和減少磨損，應(yīng)使螺母的材料級(jí)別比螺栓材料的級(jí)別低。

4、螺紋連接的預(yù)緊與防松

按螺紋聯(lián)接裝配時(shí)是否擰緊，分為松聯(lián)接和緊聯(lián)接。固定滑輪的聯(lián)接螺栓就是松聯(lián)接的典型例子，這種螺栓只有在承受外載荷時(shí)才受到力的作用。

實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)聯(lián)接在裝配時(shí)就需要擰緊，此時(shí)螺栓所受的力叫預(yù)緊力。預(yù)緊可增加聯(lián)接剛度，緊密性和提高防松能力。

聯(lián)接螺紋標(biāo)準(zhǔn)件都能滿足自鎖條件。螺母或釘頭與被聯(lián)接件支撐面間的磨擦力也有助于防止螺母松脫。但是，如果溫度變化大或承受沖擊荷載，或振動(dòng)都會(huì)使螺母逐漸松脫，設(shè)計(jì)時(shí)必須按工作條件及可靠性要求，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)考慮設(shè)置防松裝置。這種防松裝置一般可分為三類：

① 利用磨擦力防松，彈簧墊圈是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的防松零件，但因彈力不均而不十分可靠。還可用雙螺母防松。還可用鎖緊螺母防松。鎖緊螺母上端開口后徑向收口，擰緊后張開，靠螺母彈性鎖緊，簡(jiǎn)單可靠，可多次拆裝，用于較重要場(chǎng)合。

② 利用連接件的形狀防松

利用附加連接件的形狀，或改變螺紋副的形狀使螺紋副不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其作法有：

六角槽螺母：設(shè)置開口銷，安裝時(shí)在螺桿末端鉆孔（指開口銷）可用于承受沖擊線載荷變化較大的連接。

單耳止動(dòng)圈：將其一邊彎起貼在螺母?jìng)?cè)面上，另一邊彎下貼在被聯(lián)接件的側(cè)壁上，防松可靠。

三聯(lián)止動(dòng)墊圈：將三個(gè)螺母擰緊后把墊圈的兩邊分別扳起貼在三個(gè)螺母的側(cè)面上，使三個(gè)螺母彼此制約。

串聯(lián)鋼絲：用于螺釘數(shù)目不多且排列較密的聯(lián)接，注意鋼絲穿聯(lián)方向，圖中右圖方向合理，防松效果，但安裝費(fèi)時(shí)。

端面沖點(diǎn)：屬于永久止動(dòng)，用于不擬拆卸的螺紋聯(lián)接。

③ 利用附加材料防松，如將螺母焊在釘桿上，側(cè)面焊死，或用粘合劑涂在螺紋表面，不僅防松還可密封。

5、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素

① 從加工看，聯(lián)接接合面的幾何形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，常使螺栓組的形心與聯(lián)接面的形心相重合。最好有兩個(gè)對(duì)稱軸，加工計(jì)算都方便。通常采用條狀或環(huán)狀接合面，減少加工量和接合面不平的影響，同時(shí)增加聯(lián)接剛度。

② 受力矩作用的螺栓組，螺栓布置盡量遠(yuǎn)離對(duì)稱軸，同一圓周上螺栓數(shù)目應(yīng)采用4，6，8，12……便于劃線和分度。

③ 螺栓受力要合理，對(duì)受橫向載荷的普通螺栓可采用減荷裝置?；蚋挠勉q制孔螺栓，盡量避免螺栓受附加彎曲載荷（如支承面不平，螺母孔不正，被聯(lián)接件剛度小，聯(lián)接機(jī)體孔偏斜等）。

④ 裝配時(shí)使每個(gè)螺栓的預(yù)緊力一樣，使接合面產(chǎn)生均布?jí)毫?。因此相鄰螺栓的中心距t一般應(yīng)小于10d。對(duì)有緊密性要求的聯(lián)接，要按有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)t值。t值大小還要考慮扳手的活動(dòng)空間，因此t值也不能太小。

6、螺栓組受力情況

① 受橫向載荷的螺栓組連接：包括螺栓組連接、普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓連接。

對(duì)普通螺栓連接，螺栓預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生壓緊力，靠磨擦力抵抗橫向外載荷。

對(duì)鉸制孔用螺栓連接，在橫向外載荷作用下，螺栓桿承受剪切和擠壓。

② 對(duì)受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接，其受力情況與橫向載荷基本相同。

③ 受軸向載荷的螺栓組連接：多螺栓受力均勻，其軸線相同，設(shè)想螺栓均布，每個(gè)螺栓受外載荷相同。

④ 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組：翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)與M轉(zhuǎn)向相同。當(dāng)M作用后0~0左側(cè)的螺栓被拉緊，軸向拉力增大，右側(cè)的螺栓被放松，螺栓的預(yù)緊力QP減小。

圖（b）為在預(yù)緊力作用下，接合面間的擠壓應(yīng)力分布圖。

圖（c）為翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面間的擠壓應(yīng)力分布圖。

圖（d）為不考慮受載螺栓預(yù)緊力變化時(shí)，翻轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生應(yīng)力與預(yù)緊力合成后，擠壓應(yīng)力的分布圖。由圖看出，接合面左邊緣擠壓應(yīng)力最小，右邊緣擠壓應(yīng)力最大。

螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)時(shí)，不論其受什么樣外載荷，均先求出螺栓組受的總合力，然后再進(jìn)行單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算。

7、提高螺栓連接強(qiáng)度的措施

①改善螺紋牙間載荷分配不均現(xiàn)象

從剛度變形來(lái)分析，在力的傳遞過(guò)程中，螺栓受拉，螺距增大，而螺母受壓螺距減小，兩者螺距的變化差要靠旋合螺紋的彎剪變形來(lái)協(xié)調(diào)補(bǔ)償。研究情況表明，從螺母支承面算起第一圈紋牙變形最大，第二圈次之，以后遞減，因此采用圈數(shù)過(guò)多的螺母并不能提高聯(lián)接強(qiáng)度。為改善螺紋牙上載荷分布的不利情況，常采用的方法有：

設(shè)懸置螺母，使母體和螺栓都受拉，減少螺距變化差，使螺紋牙上載荷分布均勻。

用內(nèi)斜螺母，螺母旋入端制成10°~15°的內(nèi)斜角，原受力大的下面幾圈螺紋牙受力點(diǎn)外移，剛性隨之減小，載荷上移，使載荷分布趨于均勻。

環(huán)槽螺母，螺母開割凹槽，造成螺母部分受拉，作用同設(shè)懸置螺母。

這些措施加工復(fù)雜，只適用于重要場(chǎng)合。

②減少螺栓應(yīng)力幅

受交變載荷的螺栓聯(lián)接來(lái)說(shuō)，增加螺栓長(zhǎng)度、減小螺桿橫截面積或減小螺桿材料的彈性橫量E都可降低螺桿剛度，如采用柔性螺栓。

減少應(yīng)力集中，在螺栓的螺紋牙上、螺紋收尾處、過(guò)渡圓角處、桿截面變化處都有應(yīng)力集中。其中螺紋牙根的應(yīng)力集中影響很大，可增大牙根的圓角半徑，如將r=0.1443p增為r=0.21p，螺栓聯(lián)接強(qiáng)度可提高24~40%。此外加大釘頭釘桿過(guò)渡圓角，切制卸載槽及采用卸載過(guò)渡，螺紋收尾退力槽等均可減少集中應(yīng)力。