由于其結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，螺紋連接已經(jīng)標準化、批量化生產(chǎn)，成本低，連接可靠，具有足夠的強度、剛度和自鎖性，被廣泛應用于各種金屬結(jié)構(gòu)和機構(gòu)中。

1.螺紋和螺紋連接的主要參數(shù)

螺紋的外表面是圓柱螺旋。圓柱螺旋線是一個點沿圓柱面運動的軌跡，這個點的軸向位移A與對應的角位移A成正比，在圓柱面上，沿螺旋線形成的連續(xù)的突起和凹槽稱為螺紋。

螺紋由外螺紋和內(nèi)螺紋組成。根據(jù)母形，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。按牙型可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角螺紋用于連接，后三個螺紋用于傳動。

螺紋的主要參數(shù)是:

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

②旋轉(zhuǎn)方向:點沿圓柱面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。大多數(shù)螺紋通常是右旋的。

③齒廓角α，齒廓半角α/2:在螺紋齒廓上，連接齒頂和齒底的側(cè)面稱為齒廓，相鄰齒廓之間的角度α稱為齒廓角。側(cè)面和螺紋軸線的垂線之間的角度α/2稱為齒半角。

④外徑(大直徑)D:與外螺紋頂部或內(nèi)螺紋底部重合的假想圓柱面的直徑稱為螺紋外徑(或大直徑)，也稱為公稱直徑。

⑤內(nèi)徑(小直徑)d1:與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂重合的假想圓柱面的直徑稱為螺紋內(nèi)徑(或小直徑)。

⑥中徑d2:指一個假想的中徑圓柱體的直徑，圓的母線通過齒形上的凹槽和凸起寬度相同的地方。

⑦節(jié)距P:中線相鄰兩齒對應相位點之間的軸向距離。

⑧導程S:中線兩點對應的同一螺旋線上相鄰兩齒間的軸向距離，S=nP。對于單線程，因為n=1，S = P。

⑨螺線升角φ:在中徑圓柱上，螺線的切線與垂直于螺紋軸線的平面所成的角度。

用于連接的螺紋主要有:普通螺紋和管螺紋。普通螺紋的牙型角為60°，外徑D為公稱直徑。具有相同公稱直徑和多個螺距的螺紋。螺距最大的螺紋叫粗螺紋，其余的叫細螺紋。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。細螺紋比粗螺紋強度高，但不耐磨，易滑動，多用于薄壁零件。

管螺紋有55牙角的英制細牙螺紋，其公稱直徑為管子的內(nèi)徑，還有55和60牙角的錐形管螺紋。不同的填充物可以保證連接的緊密性。

2.螺紋連接的主要類型，標準連接件

螺紋連接的主要類型有:

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

②螺紋連接，如果其中一個連接較粗，可以采用螺紋連接。擰入深度與螺釘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在相關手冊中找到。這種連接不適合經(jīng)常拆卸的連接，會造成螺孔磨損，導致修復困難，連接部件報廢。

③螺柱連接:在連接的零件中有一個比較厚，經(jīng)常拆卸時使用。拆卸時，只需拆下螺母，不要擰下螺柱。

設計時，注意螺柱必須擰緊。松開螺母時，確保螺桿不能在螺孔中旋轉(zhuǎn)。

其中包括:

(a)使用過盈配合螺紋，將其擰入螺紋孔中，形成擰入全長的橫向緊固；

(b)用螺紋末端部分(不完整螺紋)擠入螺紋孔，形成局部橫向擰緊；

(c)擋圈的端面用于抵靠螺紋孔，螺柱軸向定位；

(d)利用螺柱的頂部結(jié)構(gòu)緊靠螺紋孔的底面，形成軸向緊固。

④緊固螺釘連接:將釘子擰入一個零件的螺紋孔中，使釘子的端部能壓在另一個零件的表面上或推入相應的孔中。主要用于固定兩個零件的相互位置，不適合傳遞較大的力或力矩。

用于螺紋連接的標準連接器有六種:

①螺栓:根據(jù)加工精度不同，可分為粗螺柱和精螺栓。螺栓常用的有標準六角頭、小六角頭和方頭。

②螺柱:兩端都有螺紋，擰入本體端的螺紋長度為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，鋼與鋁合金連接時，L1=2d。

③螺釘:結(jié)構(gòu)和形狀與螺栓相似，但螺釘頭有多種形式，其中內(nèi)、外六角頭可以發(fā)揮較大的擰緊力矩。而且圓頭和十字頭不方便施加大扭矩，所以選擇的直徑不能太大，一般不超過10mm。

④緊定螺釘:其頭尾有多種形式。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。

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

⑥墊圈:一種常見的附件，放置在螺母和被連接部分之間，可以保護支撐面或防止螺母松動(彈簧墊圈等。).

3.螺紋緊固件的強度等級

國家標準規(guī)定，螺紋緊固件按其材料的力學性能分級，強度等級用數(shù)字表示:螺栓用兩個數(shù)字表示，小數(shù)點前的數(shù)字為材料的抗拉強度σBmin/100，小數(shù)點后的數(shù)字為10×，材料的最小屈服極限σSmin(MPa)為兩個數(shù)字的10倍乘。螺母用一個數(shù)字表示，就是。為了防止螺紋副咬死，減少磨損，螺母的材料等級應低于螺栓。

4.螺紋連接的預緊和鎖定

根據(jù)螺紋連接在裝配時是否擰緊，可分為松連接和緊連接。定滑輪的連接螺栓是松連接的典型，只有在承受外載荷時才受力。

實際上，大多數(shù)連接需要在裝配過程中擰緊。這時螺栓上的力叫做預緊力。預緊可以增加連接剛度、緊密度和防松能力。

連接螺紋標準件能滿足自鎖條件?；蛘呗菽割^和被連接部件的支撐表面之間的摩擦力也有助于防止螺母松動。但如果溫度變化較大，或者螺母受到?jīng)_擊載荷或振動，螺母就會逐漸松動。設計時，必須根據(jù)工作條件、可靠性要求和結(jié)構(gòu)特點設置防松裝置。這種鎖定裝置一般可分為三類:

①利用摩擦力防止松動，彈簧墊圈是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的鎖緊件，但由于彈性不均勻，不是很可靠。雙螺母也可用于防止松動。鎖緊螺母也可用于防止松動。鎖緊螺母的上端在打開后徑向閉合，然后在擰緊后打開。鎖緊螺母由螺母彈性鎖緊，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松動。

利用附加聯(lián)接件的形狀或改變螺旋副的形狀來防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。其做法是:

六角槽螺母:提供一個開口銷。安裝時，在螺桿末端鉆一個孔(開口銷)，可用于承受沖擊線載荷變化較大的連接。

單耳止動環(huán):一側(cè)向上彎曲貼在螺母側(cè)，另一側(cè)向下彎曲貼在連接件側(cè)壁，防松可靠。

三重止動墊圈:擰緊三個螺母后，將墊圈的兩側(cè)拉起，貼在三個螺母的側(cè)面，使三個螺母相互制約。

系列鋼絲:用于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，有防松效果，但安裝需要時間。

端面沖孔點:屬于永久止動，用于不可拆卸的螺紋連接。

③采用附加材料防止松動，如將螺母焊在螺桿上，將側(cè)面焊死，或在螺紋表面涂上粘接劑，既能防止松動又能密封。

5.螺栓組結(jié)構(gòu)設計中應考慮的因素

①從加工的角度看，結(jié)合面的幾何形狀應盡可能簡單，往往使螺栓組的形心與結(jié)合面的形心重合。最好有兩個對稱軸，便于加工和計算。通常采用條形或環(huán)形結(jié)合面，以減少加工能力和結(jié)合面不平整的影響，同時增加連接剛度。

②對于扭矩作用下的螺栓組，螺栓布置應盡可能遠離對稱軸，同一圓周上的螺栓數(shù)量應為4、6、8、12個...以便于標記和索引。

③螺栓受力要合理，對于承受橫向載荷的普通螺栓，可采用減載裝置?；蛘呤褂勉q孔螺栓，盡量避免螺栓受到額外的彎曲載荷(如承載面不平、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(jié)合面產(chǎn)生均勻的壓力。因此，相鄰螺栓之間的中心距離t一般應小于10d。對于有緊密性要求的連接，T值應按有關規(guī)定進行設計。t的取值還要考慮扳手的活動空間，所以t的取值不能太小。

6.螺栓組應力

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。

對于普通螺栓連接，螺栓預緊后，結(jié)合面之間產(chǎn)生壓緊力，側(cè)向外載荷由摩擦力抵抗。

鉸孔之間用螺栓連接，在側(cè)向外荷載作用下，錨桿承受剪切和擠壓。

(2)對于承受旋轉(zhuǎn)扭矩的螺栓組的連接，受力情況與側(cè)向載荷基本相同。

③軸向載荷下的螺栓組連接:多個螺栓受力均勻，軸線相同。假設螺栓均勻分布，每個螺栓接受相同的外部載荷。

④承受傾覆力矩的螺栓組:傾覆趨勢與M轉(zhuǎn)向相同。M作用時，0~0左側(cè)螺栓擰緊，軸向拉力增大，右側(cè)螺栓松弛，螺栓預緊力QP減小。

在螺栓聯(lián)接的設計中，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度。

7.提高螺栓連接強度的措施

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變形來協(xié)調(diào)和補償。研究表明，第一圈螺紋牙的變形最大，第二圈次之，然后減小，因此過多圈數(shù)的螺母不能提高連接強度。為了改善載荷分布在螺紋上的不利情況，常用的方法有:

設置懸掛螺母使母螺栓都處于張緊狀態(tài)，以減小螺距變化差異，使螺紋牙上的載荷分布均勻。

使用內(nèi)斜螺母，螺母的擰入端做成10° ~ 15°的內(nèi)斜角。原始應力大的下螺紋應力點外移時，剛度降低，載荷上移，使載荷分布趨于均勻。

環(huán)槽螺母，螺母切槽，造成螺母局部張緊，起到懸掛螺母的作用。

這些措施加工復雜，只適用于重要場合。

②降低螺栓應力幅度。

對于交變載荷下的螺栓連接，增加螺栓長度、減小螺桿的截面積或減小螺桿材料的彈性截面E，都可以降低螺桿剛度，如采用柔性螺栓。

為了減少應力集中，在螺栓的螺紋齒、螺紋末端、過渡圓角和桿截面的變化處存在應力集中。其中螺紋根部的應力集中影響較大，可以增加根部的圓角半徑。比如將r=0.1443p提高到r=0.21p，螺栓連接強度可以提高24~40%。此外，加大釘頭和釘桿的過渡圓角、開設卸荷槽、采用卸荷過渡、螺紋止力退槽等措施可以減小集中應力。

這些措施的缺點是它們增加了成本，并且僅用于重要的連接。

④避免額外的壓力。

比如支撐面不平整，螺母孔，被連接部分打出來的孔不在一條直線上，被連接部分剛好太小，鉤頭連接都造成連接處的附加應力，在設計中要避免。

⑤采用合理的制造工藝。

制造工藝對螺栓的疲勞強度影響很大，加工過程中螺紋表層的殘余應力應通過某種手段消除。

滾絲比車絲好。表面質(zhì)量好的棒料車床加工不合理，金屬纖維也是車床加工。而滾絲是由材料的塑性形成的，滾絲后金屬結(jié)構(gòu)緊密。螺紋工作時，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%。

螺栓的疲勞強度也可以通過在螺紋表面進行滲氮和氰化等表面硬化處理來提高。