螺紋連接:廣泛使用的可拆卸的固定連接-中文百科頻道

概述

傳統的螺紋檢測方法是利用螺紋量規進行接觸或利用萬能工具顯微鏡進行人工測量，工作量大，工作效效率規的低，測量結果易受人為影響。在接觸式測量中，螺紋量規易磨損，從而影響測量精度，更換量規的成本也高。另外，在有些工作場合人工難以完成檢測工作。為此，需要自動的螺紋檢測設備來解決螺紋檢測的瓶頸問題，以提高緊固件企業的效益。

形成

πd2S ψ将一直角三角形繞在直徑為d2的圓柱表面上，使三角形底邊ab與圓柱體的底邊重合，則三角形的斜邊在圓柱體表面形成一條螺旋線。三角形的斜邊與底邊的夾角λ，稱為螺旋線升角。若取一平面圖形，使其平面始終通過圓柱體的軸線并沿着螺旋線運動，則這平面圖形在空間形成一個螺旋形體，稱為螺紋。

根據平面圖形的形狀，螺紋可分為三角形、矩形、梯形和鋸齒形螺紋等（見教材圖9—2）。根據螺旋線的繞行方向，可分為左旋螺紋和右旋螺紋（見教材圖9—3），規定将螺紋直立時螺旋線向右上升為右旋螺紋，向左上升為左旋螺紋。機械制造中一般采用右旋螺紋，有特殊要求時，才采用左旋螺紋。根據螺旋線的數目，可分為單線螺紋和等距排列的多線螺紋（見教材圖9—4）。為了制造方便，螺紋一般不超過4線。

主要參數

要區分不同的螺紋，就要掌握說明螺紋特點的一些參數。以廣泛應用的圓柱普通螺紋為例，螺紋的主要參數如下：

(1)大徑d（外徑）（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑——亦稱公稱直徑

(2)小徑（内徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，在強度計算中作危險剖面的計算直徑

(3)中徑d2——在軸向剖面内牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑 d2≈0.5(d+d1)

(4)螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離

(5) 導程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向距離

(6) 線數n——螺紋螺旋線數目，一般為便于制造n≤4；螺距、導程、線數之間關系：L=nP

(7) 螺旋升角ψ——在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。

(8) 牙型角α——螺紋軸向平面内螺紋牙型兩側邊的夾角；牙型斜角β指螺紋牙型的側邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對稱牙型

内螺紋中徑和小徑的極限偏差

特點應用

螺紋是螺紋聯結和螺旋傳動的關鍵部分，現将機械中幾種常用螺紋（教材圖9—2）的特點和應用介紹如下：

1. 三角形螺紋牙型角大，自鎖性能好，而且牙根厚、強度高，故多用于聯接。常用的有普通螺紋、英制螺紋和圓柱管螺紋。

(1)普通螺紋：國家标準中，把牙型角α = 60°的三角形米制螺紋稱為普通螺紋(教材圖9-6)，大徑d為公稱直徑。同一公稱直徑可以有多種螺距的螺紋，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其餘都稱為細牙螺紋(圖9-7b)，粗牙螺紋應用最廣。細牙螺紋的小徑大、升角小，因而自鎖性能好、強度高，但不耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受動載荷的聯接和微調機構的調整。普通螺紋的基本尺寸見教材表9—1。

(2).英制螺紋：　牙型角α = 55°，以英寸為單位，螺距以每英寸的牙數表示，也有粗牙、細牙之分。主要是英、美等國使用，國内一般僅在修配中使用。

2. 圓柱管螺紋

牙型角α = 55°，牙頂呈圓弧形，旋合螺紋間無徑向間隙，緊密性好，公稱直徑為管子的公稱通徑(圖9-8c)，廣泛用于水、煤氣、潤滑等管路系統聯接中。

3. 矩形螺紋

牙型為正方形，牙型角α = 0°，牙厚為螺距的一半，當量摩擦系數較小，效率較高，但牙根強度較低，螺紋磨損後造成的軸向間隙難以補償，對中精度低，且精加工較困難，因此，這種螺紋已較少采用。

受力分析、效率和自鎖

§9—2螺旋副的受力分析、效率和自鎖

矩形螺紋

（牙型角α=0）

1.受力分析

螺紋副中，螺母所受到的軸向載荷Q是沿螺紋各圈分布的（教材圖9-8a），為便于分析，用集中載荷Q代替，并設Q作用于中徑d2圓周的一點上（教材圖9-8b）。這樣，當螺母相對于螺杆等速旋轉時，可看作為一滑塊(螺母)沿着以螺紋中徑d2展開，斜度為螺紋升角l的斜面上等速滑動（教材圖9-9）。

勻速擰緊螺母時，相當于以水平力推力F推動滑塊沿斜面等速向上滑動（圖教材9-8a）。設法向反力為N，則摩擦力為fN，f為摩擦系數，ρ 為摩擦角，ρ = arctan f。由于滑塊沿斜面上升時，摩擦力向下，故總反力R與Q的的夾角為λ+ρ 。由力的平衡條件可知，R、F和Q三力組成力封閉三角形，由圖可得：

FQyd2　使滑塊等速運動所需要的水平力

等速上升： Ft=Qtan(ф+ρ)

等速上升所需力矩：

T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρ)d2/2

等速下降： Ft=Qtan(ф—ρ)

等速上升所需力矩：

T= Ftd2/2= Qtan(ф—ρ)d2/2

2.螺紋的自鎖

螺母等速松退時的受力分析：觀察教材圖9—10，此時相當于滑塊沿斜面等速下滑，由力的封閉三角形，得：若ф≤ρ，則F≤0，這時必須加一反向作用力F才會使滑塊下滑，若不加外力，則不論Q有多大，滑塊也不會下滑，這種現象叫"自鎖"。自鎖條件：ф≤ρ

3.螺旋副的效率

螺旋副效率為有效功W2與輸入功W1之比。螺母在力矩T作用下轉動一周時，輸入功W1=2лT，此時升舉重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率為：η=W2/W1=QS/2лT=tanф/ tan(ф+ρ)。

非矩形螺紋

螺紋的牙型角α≠0時的螺紋為非矩形螺紋，如教材圖9—11所示。非矩形螺紋的螺杆和螺母相對轉動時，可看成楔形滑塊沿楔形斜面移動；

平面時法向反力N=Q; 平面時摩擦力Ff =fN =fQ;

楔形面時法向反力N/=Q/cosβ；楔形面摩擦力Ff! =f N/ =fQ/ cosβ;

令f/ =f/ cosβ稱當量摩擦系數。Ff! =f/Q；楔形面和矩形螺紋的摩擦力相比，與當量摩擦系數對應的摩擦角稱為當量摩擦角，用ρV 表示。擰緊螺母時所需的水平推力及轉矩：由于矩形螺紋與非矩形螺紋的運動關系相同，将ρV代替ρ後可得：

使滑塊等速運動所需要的水平力

等速上升： Ft=Qtan(ф+ρV)

等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρV)d2/2

等速下降： Ft=Qtan(ф—ρV)

等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= Qtan(ф—ρV)d2/2

自鎖條件：ф≤ρV

效率為：η=W2/W1=QS/2лT=tanф/ tan(ф+ρV)。

由于三角形螺紋的β=α/2=300；梯形螺紋β=α/2=150；鋸齒形螺紋β=3；矩形螺紋β=0，所以各種螺紋的當量摩擦系數之間有如下關系：

fv三角>fv梯形>fv鋸齒>fv矩形

可見，三角形螺紋的fv大，自鎖性能好，且牙根強度高，故常用于聯結。梯形、鋸齒形及矩形螺紋，多用于傳動。

基本類型及預緊和防松

§9—3 螺紋聯接的基本類型及預緊和防松

螺紋聯接的基本類型

1.螺栓聯接

被聯接件的孔中不切制螺紋，裝拆方便。如教材圖9-12a為普通螺栓聯接，螺栓與孔之間有間隙，由于加工簡便，成本低，所以應用最廣。如教材圖9-12b為鉸制孔用螺栓聯接，被聯接件上孔用高精度鉸刀加工而成，螺栓杆與孔之間一般采用過渡配合，主要用于需要螺栓承受橫向載荷或需靠螺杆精确固定被聯接件相對位置的場合。

2.雙頭螺柱聯接

使用兩端均有螺紋的螺柱，一端旋入并緊定在較厚被聯接件的螺紋孔中，另一端穿過較薄被聯接件的通孔（如教材圖9-13）。适用于被聯接件較厚，要求結構緊湊和經常拆裝的場合。

3. 螺釘聯接

螺釘直接旋入被聯接件的螺紋孔中（如教材圖9-14），結構較簡單，适用于被聯接件之一較厚，或另一端不能裝螺母的場合。但經常拆裝會使螺紋孔磨損，導緻被聯接件過早失效，所以不适用于經常拆裝的場合。

4. 緊定螺釘聯接

将緊定螺釘擰入一零件的螺紋孔中，其末端頂住另一零件的表面（如教材圖9-15），或頂入相應的凹坑中。常用于固定兩個零件的相對位置，并可傳遞不大的力或轉矩。