常见螺纹连接及规格说明

任务介绍

所有机器都是由多个零件、部件连接而成的。为了便于制造、安装和使用，一般情况下，机器是由许多零部件按照一定的工作要求，使用不同连接方法组合而成的。按组成连接的零件在工作中相对位置是否变化，连接可分为动连接和静连接两类。组成连接的零件工作时相对位置发生变化（即构成运动副）的连接，称为动连接；组成连接的零件工作时相对位置不发生变化的连接，称为静连接。通常，机械静连接可用下列形式表示。

按拆开连接时是否需要破坏连接件，连接又可分为可拆连接和不可拆连接两类。键连接、花键连接、销连接和螺纹连接等属于可拆连接；而铆接、焊接、胶接和粘接等属于不可拆连接。

过盈连接是利用材料本身的弹性变形，在一定装配过盈量下使被连接件套装起来的连接。采用不同的过盈量，可得到可拆连接或不可拆连接。

粘接是利用粘结剂把被连接件粘接在一起，成为不可拆连接。组成连接的零件可分为连接件和被连接件。起连接作用的零件如键、销、铆钉、螺栓、螺母等称为连接件；需要连接起来的零件，如减速器的箱盖、箱座等称为被连接件。也有的连接不需要连接件，如过盈连接等。

在汽车中，用到了上述的所有连接形式，但本模块主要介绍几种汽车中常用的几种连接，即螺纹连接、键连接、花键连接和销连接。

学习目标

1.应了解螺纹的种类和基本参数。

2.应掌握螺纹连接的基本形式和相应的应用场合及特点。

相关知识

在机械行业中螺纹零件的主要功能是进行螺纹连接和螺旋传动，但两者的工作性质及技术要求都有差别。前者作为紧固件用，要求保证连接强度（有时还要求紧密性）；后者则作为传动件用，要求保证螺旋副的传动精度、效率和磨损寿命等。

螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，它的主要功能是把需要相对固定在一起的零件连接起来。这种连接装拆方便、连接可靠，且多数螺纹连接件已标准化，大批生产，成本低，因此应用非常广泛。

一、螺纹的主要类型与标准连接件

1.螺纹的类型

螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。起连接作用的螺纹称为连接螺纹，主要有管螺纹；起传动作用的螺纹称为传动螺纹，牙型有梯形、矩形、锯形及三角形等；用于密封连接的螺纹称为密封螺纹，主要有管螺纹、锥螺纹与锥管螺纹。螺纹又分为米制和英制（螺距以每英寸牙数表示）两类。我国除管螺纹保留英制外，其余都采用米制螺纹。

常用螺纹的类型主要有普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。前两种主要用于连接，后3种主要用于传动。其中，除矩形螺纹外，其余螺纹都已标准化。

2.螺纹连接用标准连接件

常用的标准螺纹连接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈等。这些连接件的品种、类型很多，下面介绍一些常用连接件的主要特点和结构形式。

图6-1　常用螺纹连接件

（a）六角头螺栓；（b）双头螺柱；（c）螺钉；（d）紧定螺钉；（e）自攻螺钉；（f）六角螺母；（g）圆螺母；（h）垫圈

（1）螺栓

按加工精度不同，螺栓有粗制螺栓和精制螺栓两种。常用螺栓的头部形状有标准六角头、小六角头、方头等。

（2）双头螺柱

双头螺柱两端均制有螺纹，其拧入机体端的螺纹长度为L1。L1大小与被连接件的材料有关，可查阅有关资料及标准。

（3）螺钉

螺钉的结构形状与螺栓类似，但螺钉头部形式较多，其中内、外六角头可施加较大的拧紧力矩，圆头及十字头不便于施加较大的拧紧力矩，所以采用这种螺钉时，选用直径最好不要过大，通常不超过10mm。

（4）紧定螺钉

其头部和尾部的形式很多，常用的尾部形状有锥端、平端和圆柱端，一般均要求尾端有足够的硬度。

（5）螺母

最常用的螺母是六角螺母，根据其制造精度不同，有粗制螺母和精制螺母两种。按螺母的高度不同，有标准螺母、扁螺母和厚螺母。如果要求减小质量且不常拆卸，可用扁螺母，经常拆卸应选用厚螺母。

（6）垫圈

它是螺纹连接中常用的附件，放置在螺母与被连接件支承之间，可以保护支承面或防止螺母松脱（如弹簧垫圈等）。

二、螺纹的主要名称及参数

现以圆柱普通螺纹的外螺纹为例说明螺纹的主要名称及几何参数，如图6-2所示。

图6-2　螺纹的主要参数

螺旋线：一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等角速旋转，同时沿轴向做等速移动所形成的轨迹。

螺纹：一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，即得到螺纹。

（1）大径

大径为与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径，在标准中定为公称直径。外螺纹大径用d表示，内螺纹大径用D表示。

（2）小径

小径为与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。外螺纹小径用d1表示，内螺纹小径用D1表示。

（3）中径

中径为一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。此假想圆柱称为中径圆柱。外螺纹中径用d2表示，内螺纹中径用D2表示。

（4）螺距P

螺距为相邻两牙在中径母线上对应两点间的轴向距离。

（5）导程Ph

同一条螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离Ph称为导程。P与Ph之间的关系为Ph = nP，n为螺纹的线数。显然，对于单线螺纹，Ph=P。

（6）螺纹升角Ψ

螺纹升角为在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角（图6-3），则(www.xing528.com)

图6-3　螺纹升角计算图

（7）牙型角α

牙型角为螺纹轴向剖面内，螺纹牙两侧面间的夹角。根据牙型角不同，螺纹的分类如表6-1所示。

表6-1　螺纹的分类

三、螺纹连接的基本类型

1.螺栓连接

这种连接的结构特点是通孔的加工精度要求低、结构简单、拆装方便，使用时不受连接件材料的限制，因此用于被连接件不太厚和两边有足够装配空间的场合，如图6-4和图6-5所示。

图6-4　普通螺栓连接

图6-5　铰制孔螺栓连接

2.双头螺柱连接

这种连接适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，如被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软（如用铝镁合金制造的壳体），且需要经常拆装时，往往采用双头螺柱连接，如图6-6所示。

3.螺钉连接

这种连接的特点是螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔中，不使用螺母，在结构上比双头螺柱连接简单、紧凑。多用于受力不大，螺钉连接或不需要经常拆装的场合，如图6-7所示。

4.紧定螺钉连接

这种连接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或力矩，如图6-8所示。

图6-6　双头螺柱连接

图6-7　螺钉连接

图6-8　紧定螺钉连接

四、螺纹连接的预紧

在实际装配中，绝大多数螺纹连接在装配时必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对位移。经验证明：适当选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性及连接件的疲劳强度都是有利的，特别对于像气缸盖、管路凸缘、齿轮箱、轴承盖等紧密件要求较高的螺纹连接，其预紧更为重要。但过大的预紧力会导致整个连接的结构尺寸增大，也会使连接件在装配或偶然过载时被拉断。因此，为了保证连接所需的预紧力，又不使螺纹连接件过载，对重要的螺纹连接，在装配时要控制预紧力。

五、螺纹连接的防松

通常，对于拧紧的螺母，在拿走扳手后，也不会看到螺旋副有立即松开的现象。这是因为连接用的螺纹具有自锁性能，即螺纹的螺纹升角足够小（小于螺纹副间的当量摩擦角）。但这种自锁性只能在静载荷和工作温度变化不大时才能保证螺纹连接不会自动松脱，当载荷有冲击、振动、变载荷或螺纹连接的工作温度变化很大时，螺旋副间的摩擦力有可能减小或瞬间消失，致使自锁性能遭到破坏，这种现象多次重复后，就会使螺纹连接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹连接件和被连接件的材料发生蠕变和应力松弛，也会使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致连接失效。所以，对于一些重要连接，必须采取有效的防松措施。

防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松及永久放松等。螺纹连接常用的防松方法如表6-2所示。

表6-2　螺纹连接常用的防松方法

续表

六、螺纹连接件的材料

适合制造螺纹连接件的材料品种很多，选择的材料不仅要有足够的强度，一定的塑性、韧性，还要适应加工要求。常见的螺纹连接件材料有低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、10、35、45和40Cr等；受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi等；其 他对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）的，应选择有特殊性能的材料。

任务小结

1）常用螺纹的类型：普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。

2）螺纹的主要参数：

① 大径：外螺纹大径用d表示，内螺纹大径用D表示。

② 小径：外螺纹小径用d1表示，内螺纹小径用D1表示。

③ 中径：外螺纹中径用d2表示，内螺纹中径用D2表示。

④ 螺距P：相邻两牙在中径母线上对应两点间的轴向距离。

⑤ 导程Ph：P与Ph之间的关系为Ph = nP，n为螺纹的线数。

3 ）螺纹连接的防松措施：按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松及永久放松等。

拓展提高

管　螺　纹

管螺纹一般分为非螺纹密封的管螺纹和螺纹密封的管螺纹。非螺纹密封的管螺纹是指螺纹副本身不具有密封性的圆柱管螺纹。非螺纹密封的管螺纹多用于压力为1.57MPa以下的水、煤气管道、润滑和电线管道系统。密封管螺纹是指螺纹副本身具有密封性的管螺纹。用螺纹密封的管螺纹多用于高温、高压系统和润滑系统。

管螺纹标记：

1）用螺纹密封的管螺纹有圆锥外螺纹、圆锥内螺纹和圆柱内螺纹。连接形式有两种：①圆锥内螺纹与圆锥外螺纹；②圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合。

标记：螺纹特征代号　尺寸代号—旋向代号

螺纹特征代号：用Rc表示圆锥内螺纹，用Rp表示圆柱内螺纹，用R表示圆锥外螺纹。尺寸代号用1/2、3/4、1、11/2等表示，单位为英寸。当螺纹为左旋时，加注LH，右旋螺纹不标注旋向代号。

内、外螺纹装配在一起时，内、外螺纹的标记用斜线分开，左边表示内螺纹，右边表示外螺纹。例如，圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合（右旋），其标记为Rp 3/4/R 3/4。

2）非螺纹密封的管螺纹。非螺纹密封的管螺纹其内、外螺纹都是圆柱管螺纹，其标记规定格式如下：

螺纹特征代号 尺寸代号 公差等级代号—旋向代号

螺纹特征代号用G表示。尺寸代号用1/2、3/4、1等表示，单位为英寸。

螺纹公差等级代号：对外螺纹分A、B两级标记；对内螺纹则不标记。当螺纹为左旋时，在后边加注LH，右旋螺纹不标注旋向代号。内、外螺纹装配在一起时，内、外螺纹的标记用斜线分开，左边表示内螺纹，右边表示外螺纹。例如，G 11/2/G 11/2B。