任务描述

螺纹连接是用螺纹连接件将两个或两个以上的零件连在一起的可拆卸连接，在日常生活和生产中经常用到。

相关知识

一、螺纹连接的类型

螺纹连接按用途进行分类，可分为螺栓连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。

1.螺栓连接

常用标准螺栓连接件有螺栓、螺母、垫圈等。螺栓的杆部为圆柱形，一端与六角形（或圆形头部）连成一体，另一端制成普通螺纹，中间段为没有螺纹的圆柱体。螺栓的头部形状多以外六角、内六角和圆头的形状为主。连接零件时，螺栓穿过被连接件的通孔，用垫圈、螺母将螺栓拧紧。普通螺栓连接的工件的内孔大于螺栓的杆径，通常工件内孔直径是螺栓杆径的1.1倍，这样螺栓容易穿过连接孔，如图5-15（a）所示；用螺栓连接铰制孔工件时，孔的直径与螺栓杆部的直径相等，如图5-15（b）所示。螺栓连接结构简单、拆装更换方便，适用于厚度不大且只能进行两面装配的场合。

图5-15　螺栓连接示意图

当被连接件的厚度较大，不方便做成通孔时，可直接在被连接件上做出内螺纹，连接时去掉螺栓的头部，在螺栓的圆柱体上做出外螺纹，就成为双头螺柱。将双头螺柱的一端拧入被连接件的内螺纹中，螺栓另一端穿过被连接件的铰制孔并与孔形成过渡配合，再与螺母组合使用就形成了双头螺柱连接，如图5-16所示。双头螺柱连接适用于被连接件之一较厚，不宜制作通孔且需要经常拆卸，连接紧固（或紧密程度）要求较高的场合。

图5-16　双头螺柱连接示意图

2.螺钉连接

螺钉的杆部全部制成普通螺纹，连接时不必使用螺母，直接穿过被连接件，并与另一被连接件的内螺纹相连接就形成了螺钉连接，如图5-17所示。螺钉直径较小，但长度较长，其头部多以内、外六角形居多。螺钉连接适用于被连接件之一较厚，不宜制作通孔，受力不大，不经常拆卸，且连接紧固（或紧密程度）要求不太高的场合。

图5-17　螺钉连接

3.紧定螺钉连接

紧定螺钉旋入被连接件的螺纹孔中，并用尾部顶住另一被连接件的表面或相应的凹坑，就形成了紧定螺钉连接，如图5-18所示。紧定螺钉连接可固定被连接件之间的相对位置，或传递不大的力（或转矩）。紧定螺钉头部通常是一字槽，尾部有多种形状（如平端、圆柱端、锥端等），如图5-19所示。平端紧定螺钉适用于高硬度表面或经常拆卸处；圆柱端紧定螺钉可压入轴上的凹坑或孔中，适用于传递较大的载荷；锥端紧定螺钉用于低硬度表面或不经常拆卸处。

图5-18　紧定螺钉连接

图5-19　紧定螺钉

二、螺纹连接基础知识

1.螺栓的各部分参数及名称

螺栓的各部分参数符号如图5-20所示。

图5-20　螺栓的各部分参数符号

（1）螺栓直径d：它是指螺栓的公称直径，也是螺栓大径。

（2）螺栓杆径dS：它是指螺栓杆部没有螺纹处的直径。

（3）螺栓长度l：它是指螺栓杆部的全长。

（4）螺纹长度b：它是指螺栓上螺纹的长度。

（5）螺栓头高k：它是指螺栓头部的高度。

（6）螺栓头部对角宽度e：它是指螺栓头部外接圆的直径（角对角长度）。

（7）螺栓头部对边宽度s：它是指螺栓头部内接圆的直径（边对边长度）。

2.螺纹的主要参数

螺纹的各部分参数如图5-21所示。

图5-21　螺纹的主要参数

（1）大径d。它是螺纹的最大直径，即与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相切的假想圆柱的直径，被规定为公称直径。

（2）小径d1。它是螺纹的最小直径，即与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相切的假想圆柱的直径。

（3）中径d2。它是假想的圆柱体直径，该圆柱体到螺纹牙底和到螺纹牙顶的距离相等。

（4）螺距P。它是相邻两螺纹牙在中径圆柱面上对应两点之间的轴向距离。

（5）线数n。螺纹根据线数进行分类，可分为单线螺纹和多线螺纹。

（6）导程Ph。它是在同一条螺旋线上相邻两螺纹牙在中径圆柱面上对应两点间的轴向距离。对于单线螺纹，Ph=P；对于多线螺纹，Ph=nP。

（7）螺纹升角φ。它是在中径d2的圆柱面上，螺纹线的切线与垂直于螺纹轴向平面的夹角，如图5-22所示。蜾纹升角φ与导程Ph、螺距P之间的关系为(www.daowen.com)

图5-22　螺纹升角由与导程、螺距之间的关系

（8）牙型角α。它是在螺纹轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。

（9）牙侧角β。它是在轴向剖面内，螺纹牙型的一侧边与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。

（10）螺纹旋向。它是指螺纹线的绕行方向。根据旋向，可将螺纹分为右旋螺纹和左旋螺纹。右旋螺纹应用最广，但在一些特殊情况下需要使用左旋螺纹，如汽车左侧车轮用的螺纹、自行车左侧脚踏板用的螺纹、煤气罐与减压阀的接口螺纹等。螺纹旋向的判别方法：将螺杆直竖，如果螺旋线右高左低（向右上升），则为右旋螺纹；反之，则为左旋螺纹，如图5-23所示。

图5-23　螺纹旋向判别方法

3.螺纹的牙型

螺纹根据牙型分类，可分为普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等，如图5-24所示。除了矩形螺纹之外，其他螺纹均已标准化。除了多数管螺纹采用寸制（以每英寸牙数表示螺距）外，其他螺纹均采用米制。

图5-24螺纹的牙型

（1）三角形螺纹。三角形螺纹的牙型为等边三角形，其牙型角α=60°。三角形螺纹的牙根强度高、自锁性好、工艺性能好，主要用于连接。对于同一公称直径的三角形螺纹，按螺距大小分类，可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹通常用于一般连接；细牙螺纹自锁性好，通常用于受冲击、振动和变载荷的连接，以及细小零件、薄壁管件的连接。

（2）管螺纹。管螺纹的牙型为等腰三角形，其牙型角α=55°，公称直径近似为管子孔径，以英寸（in）为单位。由于管螺纹的牙型呈圆弧状，内、外螺纹旋合时，相互挤压变形后无径向间隙，故管螺纹多用于有紧密要求以及压力不大的水、煤气、天然气、油路的管件（如旋塞、管道、阀门等）连接，以保证配合紧密。

米制圆锥管螺纹与管螺纹相似，但其螺纹是绕制在1∶16的圆锥面上的，牙型角α=60°。米制圆锥管螺纹的紧密性更好，适用于水、气、润滑管路系统的连接，以及高温、高压系统的管路连接。

（3）矩形螺纹。矩形螺纹的牙型为正方形，牙厚是螺距的一半，牙型角α=0°。矩形螺纹传动效率高，通常用于传动。但矩形螺纹牙根强度弱，对中精度低，螺纹磨损后形成的间隙难以修复和补偿，从而使传动精度降低，因此矩形螺纹逐步被梯形螺纹所代替。

（4）梯形螺纹。梯形螺纹的牙型为等腰梯形，其牙型角α=30°。梯形螺纹比三角形螺纹传动效率高，比矩形螺纹牙根强度高，其承载能力也较高，而且加工容易，对中性好，可补偿磨损间隙，是最常用的传动螺纹。

（5）锯齿形螺纹。锯齿形螺纹的牙型为不等腰三角形，其牙型角α=33°，工作面的牙侧角β=3，非工作面的牙侧角β=30°。锯齿形螺纹综合了矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，但只能用于单向受力的传动。

4.螺纹的代号

螺纹代号由特征代号和尺寸代号组成。例如，粗牙普通螺纹用“字母M与公称直径”表示；细牙普通螺纹用“字母M与公称直径×螺距”表示。当螺纹为左旋时，在代号之后加“LH”。具体的螺纹代号举例如下：

M40——公称直径为40mm的粗牙普通螺纹。

M40×1.5——公称直径为40mm、螺距为1.5mm的细牙普通螺纹。

M40×1.5LH——公称直径为40mm、螺距为1.5mm的左旋细牙普通螺纹。

三、常用的螺纹连接件

螺栓连接时，需要螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等连接件配合使用，它们的结构形式和尺寸都已标准化。其中螺母起承受载荷的作用；垫圈起增大受力面积、保护螺母的作用。螺纹连接件分A、B、C三个精度等级。A级精度最高，用于重要连接；B级精度次之；C级精度多用于一般的连接。

常用的螺母有六角形、圆形、方形、槽形等，其中以六角形螺母和圆形螺母最为常见，如图5-25所示。常用垫圈有普通圆形平垫圈、弹簧垫圈、锁紧垫圈和弹性垫圈等，如图5-26所示。

图5-25　各种螺母

图5-26　各种垫圈

螺纹连接件的制造材料主要有Q215A、Q235A、10钢、25钢、35钢和45钢等。重要和特殊用途的螺纹连接件，可采用15Cr钢、15MnVBCr钢、30CrMnSi钢、40Cr钢等力学性能较好的合金钢制造。此外，螺纹连接件还可采用不锈钢、铜合金等制造。

四、螺纹连接的预紧和防松

1.螺栓连接的预紧

绝大多数的螺纹连接在装配时需要将螺母拧紧，使螺栓和被连接件受到预紧力的作用，这种螺纹连接也称为紧螺纹连接。但也有少数情况，在装配时螺纹连接不需要拧紧，这种螺纹连接称为松螺纹连接。螺栓连接中，预紧的目的是增强螺纹连接的刚性，提高紧密性和防松能力，确保连接安全可靠。一般螺母的拧紧主要靠操作工的实践经验控制；重要的紧螺纹连接，在装配时其拧紧程度要通过计算并用扭力扳手（或测力矩扳手）来控制。图5-27所示为扭力扳手。

图5-27　扭力扳手

在机械装配过程中，有时使用多个螺栓进行装配，此时为了使被连接件均匀受压、贴合紧密、连接牢固，需要根据螺栓的实际分布情况，按合理的顺序（如图5-28）分步拧紧螺母，而拆卸时松动螺母的顺序则正好与装配时拧紧螺母的顺序相反。

图5-28　多个螺栓装配时拧紧螺母的顺序

2.螺栓连接的防松措施

螺纹连接件在静载荷和常温工作条件下绝大多数能自锁，不会自行脱落。但在振动、变载荷、温差变化大的工作环境下，螺纹连接就有可能发生自松而影响正常运行，甚至发生事故。因此，为了确保螺纹连接锁紧，必须采取合理的防松措施。螺纹连接中常用的防松方法有摩擦力防松、机械防松以及其他方法防松，见表5-1。

表5-1　螺纹连接中常用的防松方法

续表