知识要求：

1．熟悉螺纹的概念和种类；

2．掌握普通螺纹的主要参数；

3．掌握螺纹连接的基本形式及螺纹的防松措施；

4．掌握螺旋传动的特点和应用。

技能要求：

能正确合理地选择螺纹连接方式和具体的连接件。

通过对汽车进行观察，可以发现大部分的零部件都是通过螺纹连接到一起的，例如，汽车发动机缸盖和缸体的连接、车轮和轮毂的连接等。螺纹连接的类型有哪些？螺纹不仅能连接还能传动，那么在汽车上哪里采用了螺旋传动？

1．螺纹的概念

螺纹是指在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线形成的、具有相同断面的连续凸起（凸起部分又叫牙）和沟槽，如图3－1所示。

图3－1　螺纹

2．螺纹的形成及类型

（1）螺纹的形成

如图3－2所示，将一底边长度CB等于πd2的直角三角形△ACB绕在一直径为d2的圆柱体上，并使底边CB绕在圆柱体的底边上，则斜边AB在圆柱体上便形成一条螺旋线。取一平面图形（三角形、梯形或矩形），使它的一边靠在圆柱体的母线上并沿螺旋线移动，移动时始终保持该图形位于圆柱体的轴截面内，即可得到相应的螺纹。

图3－2　螺纹的形成

（2）螺纹的类型及应用

1）如图3－3所示，根据螺旋线形成的表面的不同，可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹、外螺纹和内螺纹。

图3－3　螺纹
（a）圆柱螺纹；（b）圆锥螺纹；（c）内螺纹；（d）外螺纹

2）如图3－4所示，根据牙型不同，螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和圆弧形螺纹。其中三角形螺纹主要用于连接，梯形、锯齿形和矩形螺纹主要用于传动，圆弧形螺纹多用于排污设备、水闸闸门等的传动螺旋及玻璃器皿的瓶口螺旋。

图3－4　螺纹的牙型
（a）三角形螺纹；（b）矩形螺纹；（c）梯形螺纹；（d）锯齿形螺纹

3）按螺旋线的线数分类

如图3－5（a）和图3－5（b）所示，根据螺旋线的数目不同，可分为单线螺纹（n＝1）和等距排列的多线螺纹（n≥2）。为了制造方便，螺纹一般不超过4线。

图3－5　螺纹的线数
（a）单线螺纹；（b）双线螺纹

4）如图3－6（a）和图3－6（b）所示，根据螺旋线的绕行方向不同，可分为左旋螺纹和右旋螺纹。螺纹的旋向判断方法为：规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。或者采用左右手定则：用左（右）手握住螺杆，将螺杆竖立，从螺杆前方向后看，若左（右）手大拇指侧的螺纹线较高，则为左（右）旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时才采用左旋螺纹，比如煤气罐等危险设备中使用的螺纹。

图3－6　螺纹的旋向
（a）旋转方向左旋螺纹；（b）旋转方向右旋螺纹

5）根据用途不同，分为连接螺纹、传动螺纹和专门用途螺纹。

①连接螺纹。

连接螺纹又分为普通螺纹和管螺纹。

普通螺纹采用三角形牙型，牙根较厚，有较高的强度，如螺栓和螺母上的螺纹；管螺纹用于管道的连接，如自来水管和煤气管上的螺纹。

②传动螺纹。

传动螺纹是用于传递运动和动力的螺纹，采用梯形、矩形或锯齿形牙型，如台虎钳丝杠的螺纹。

③专门用途螺纹。

专门用途螺纹是指像瓶口螺纹一样的专用连接螺纹。

3．普通螺纹的主要参数

要区分不同的螺纹，就要掌握说明螺纹特点的一些参数。以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，螺纹的主要参数如图3－7所示。

图3－7　螺纹的主要参数

（1）大径d

与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径，在有关螺纹的标准中规定为公称直径。

（2）小径d1

与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径，在强度计算中作为危险剖面的计算直径。

（3）中径d2

在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱体直径，近似等于螺纹的平均直径。

（4）螺距P

相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。

（5）线数n

螺纹螺旋线的数目，一般为便于制造取n≤4。

（6）导程S

同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。螺距、导程、线数之间的关系为S＝nP。

（7）螺旋升角ψ

在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面之间的夹角。

（8）牙型角α及牙型斜角β

在轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角称为牙型角α；牙型斜角β是指螺纹牙型的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。若牙型角对称，则β＝α／2。

螺纹连接的主要类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。

1．螺纹连接件

螺纹连接件品种很多，大都已标准化。常用的标准螺纹连接件有螺母（如图3－8所示）、螺栓（如图3－9所示）、垫圈（如图3－10所示）、螺钉和紧定螺钉（如图3－11和图3－12所示）。下面介绍标准螺栓连接件。

图3－10　垫圈
（a）平垫圈；（b）弹簧垫圈；（c）斜垫圈

2．螺栓连接

螺栓连接是由螺栓和螺母形成的一种可拆连接，主要用于被连接件不太厚，便于穿孔，且需经常拆卸的场合。其结构简单，装拆方便，连接可靠，生产率高，成本低廉。螺栓连接按螺栓受力情况可分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接两种。

普通螺栓连接用于被连接件厚度不大并开有通孔，且通孔和螺栓杆之间留有间隙的场合，如图3－13（a）所示。

铰制孔用螺栓连接的被连接件上为铰制孔，螺栓杆和通孔之间为过渡配合，可对被连接件进行准确的定位，主要用于传递横向载荷，如图3－13（b）所示。

图3－13　螺栓连接
（a）普通螺栓连接；（b）铰制孔用螺栓连接；（c）实物图

3．螺纹连接的预紧和防松(www.daowen.com)

（1）螺纹连接的预紧

一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，此时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为其大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封均有很大影响。

通常螺纹连接拧紧力是凭工人的经验来决定的，而重要螺栓则必须靠预紧力进行精确控制。工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小，如图3－14所示。

图3－14　力矩扳手
（a）测力矩扳手；（b）定力矩扳手

（2）螺纹连接的防松

螺纹连接一般采用单线普通螺纹，紧固后，内、外螺纹的螺旋面之间及螺纹零件端面和支承面之间都产生摩擦力，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱，但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接有可能松动。高温下的螺纹连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止螺纹副发生相对转动，如表3－1所示。

表3－1　螺纹连接的防松方法

1．普通螺旋传动

普通螺旋传动是由螺杆和螺母组成的简单螺旋副实现的传动机构，主要用于将旋转运动变为直线移动，同时传递运动和动力。如图3－15所示机床的丝杠传动就属于将回转运动转变为直线运动，从而传递运动或动力的普通螺旋传动。

图3－15　机床的丝杠传动

2．普通螺旋传动的类型

根据用途不同，螺旋传动可分为传力螺旋和传导螺旋。

（1）传力螺旋

传力螺旋以传递动力为主，要求用较小的转矩产生较大的轴向力，如螺旋千斤顶、压力机中的螺旋传动。

（2）传导螺旋

传导螺旋以传递运动为主，要求具有较高的传动精度，如车床进给机构中的螺旋传动。

3．普通螺旋传动的运动形式（以右旋为例）

（1）螺母固定不动，螺杆转动并做直线运动

如图3－16所示的台虎钳，螺杆1与活动钳口2轴向固定连接，螺母4与固定钳口3固定连接。当螺杆按图示方向相对螺母4做回转运动时，螺杆连同活动钳口向右做直线运动，与固定钳口靠近，实现对工件的夹紧。当螺杆反向回转时，活动钳口随螺杆左移，放松工件。

图3－16　台虎钳
（a）实物；（b）结构简图1—螺杆；2—活动钳口；3—固定钳口；4—螺母

（2）螺杆固定不动，螺母转动并做直线运动

机械式螺旋千斤顶的结构如图3－17所示，螺杆4固定在底座上，手柄3和螺母2固连在一起，转动手柄3使螺母2转动并做上升或下降运动，从而举起或放下托盘1。

图3－17　机械式螺旋千斤顶
1—托盘；2—螺母；3—手柄；4—螺杆

（3）螺杆原位转动，螺母做直线运动

机床进给机构如图3－18所示，螺杆1与机架3组成转动副，螺杆只能原地转动，不可直线移动，方形螺母2与工作台4固连，方形螺母嵌在机架的导槽中，只可做直线移动，不能转动。当按图3－18所示方向转动时，方形螺母带动工作台沿机架的导轨向左直线移动。

图3－18　机床走刀机构
1—螺杆；2—方形螺母；3—机架；4—工作台

（4）螺母原地回转，螺杆做直线运动

应力试验机上的观察镜螺旋调整装置如图3－19所示，螺母3只可原地旋转，不可直线移动，螺杆光滑表面部分在平行于轴线方向开有键槽，机架4上的销轴嵌入键槽中，使螺杆只可上下移动，不可转动。当螺母按图示方向转动时，螺杆带动观察镜向下移动；螺母反向转动时，观察镜随螺杆向上移动。

图3－19　观察镜螺旋调整装置
1—观察镜；2—螺杆；3—螺母；4—机架

4．差动螺旋传动

差动螺旋传动是由两个螺旋副组成的、使活动的螺母与螺杆产生差动的螺旋传动。

差动螺旋传动的类型：

（1）差速式螺旋机构（如图3－20所示）

图3－20　差速式螺旋机构
1—螺杆；2—滑动左螺母；3—支架；4—滑动右螺母；A—左旋螺纹；B—右旋螺纹

（2）增速式螺旋机构（如图3－21所示）

图3－21　增速式螺旋机构
1—螺杆；2，b—活动螺母；3—座架；a—固定螺母

前面我们已经介绍了螺栓连接及其连接件，下面来学习螺纹的其他连接，如双头螺栓连接、螺钉连接和紧定螺钉连接，简单了解一下它们的特点和应用。

1．其他类型的螺纹连接

（1）双头螺柱连接

如图3－22所示，使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被连接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被连接件的通孔，其适用于被连接件较厚及要求结构紧凑和经常拆装的场合。

图3－22　双头螺柱连接

（2）螺钉连接

如图3－23所示，螺钉连接不需要螺母，而且有光整的外露表面，应用与双头螺柱相似，但不宜用于经常拆卸的连接，以免损坏被连接件的螺纹孔。

图3－23　螺钉连接
（a）结构图；（b）实物图

（3）紧定螺钉连接

如图3－24所示，将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中，常用于固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。

图3－24　紧定螺钉连接
（a）结构图；（b）实物图

普通螺旋传动是利用螺杆和螺母螺纹面间的相对滑动摩擦进行传动的，磨损大，传动阻力大，效率低。为了减小阻力、提高效率，采用滚珠螺旋传动，就是以滚珠间的滚动摩擦代替了滑动摩擦，如图3－25所示。

图3－25　滚珠螺旋传动

1）简述滚珠螺旋传动的工作原理。

2）简述滚珠螺旋传动的特点。

3）简述滚珠螺旋传动的应用。

1．普通螺纹的公称直径指的是螺纹的________。

2．螺纹按用途可分为________、________和________三大类。

3．多线螺纹导程S、螺距P和线数n的关系为________。

4．螺纹连接中最常用的螺纹牙型是________。

A．三角形螺纹
B．矩形螺纹
C．梯形螺纹
D．锯齿形螺纹

5．同一条螺旋线上相邻两螺纹牙对应点的轴向距离是________。

A．螺距
B．导程
C．中径

6．弹簧垫圈和对顶螺母的防松方法都属于机械防松。（是、否）