螺纹及螺纹连接
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螺纹及螺纹连接
在机械行业中螺纹零件主要功能是螺纹链接和螺旋传动，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，要求保证联接强度（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。根据底盘装配的主要特点，我们主要讨论螺纹联接的类型、结构等问题。
（一）螺纹的类型和应用
螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。起联接作用的螺纹称为联接螺纹；起传动作用的螺纹称为传动螺纹。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，都采用米制螺纹。
常用螺纹的类型主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿螺纹。前三种主要用于联接，后三种主要用于传动。其中除矩形螺纹外，都已标准化。
（二）螺纹的主要参数
现以圆柱普通螺纹的外螺纹为例说明螺纹的主要几何参数。
1）大径d－螺纹的最大直径，即与螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径，在标准中定为公称直径。
2）小径d1－螺纹的最小直径，即与螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。
3）中径d2－通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱面的直径。中径是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。
4）螺距p－螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。
5）牙型角α－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。
（三）螺纹联接的基本类型
1）螺栓联接
这种联接的结构特点．．是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，通孔的加工精度要求底，结构简单，装拆方便，使用时不受联接件材料的限制，因此应用极广。
2）双头螺柱联接 d d2
d1 这种联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合，例如被联接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软（例如用铝镁合金制造的壳体），且需要经常拆装时，往往采用双头螺柱联接。
3）螺钉联接
这种联接的特点．．是螺栓（或螺钉）直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母，在结构上比双头螺柱联接简单、紧凑。多用于受力不大，或不需要经常拆装的场合。
4）紧定螺钉联接
这种联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。
以上四种螺纹联接的具体方式见图1-1。
（四）标准螺纹联接件
在机械制造中常见的螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和弹垫等。它们的结构特点和应用见表1-2
根据国家标准规定，螺纹联接件分为三个精度等级，其代号为A、B、C级。A级精度的公差小，精度最高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的联接；B级精度多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接；C级精度多用于一般的螺纹联接。常用的标准螺纹联接件（螺栓、螺钉），通常选用C级精度。
（五）螺纹联接的预紧
在实际装配中，绝大多数螺纹联接在装配时都必须拧紧，使联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．．在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联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联接的可靠性及联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联接，其预紧更为重要。但过大的预紧力会导致整个联接的结构尺寸增大，也会使联接件在装配或偶然过载时被拉断。因此，为了保证联接所需的预紧力，又不使螺纹联接件过载，对重要的螺纹联接，在装配时要控制预紧力。
在底盘装配过程中，对螺纹联接件预紧力的控制主要是借助扭矩扳手。扭矩扳手在使用过程中必须注意以下两点．．：
1）扭矩值的选取：中值再加10％～15％； 2）扭矩扳手必须每周进行一次自校准，并且每天下班后需将扭力扳手调整至最小值。
（六）螺纹联接的放松
螺纹联接件一般采用单线普通螺纹，由于其自身特点联接螺纹都能满足自锁条件。同时，拧紧以后螺母和螺栓头部等支承面上的摩擦力也有放松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。这种现象多次重复后，就会使联接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致联接失效。
螺纹联接一旦出现松脱，都会照成一定的事故。因此，为防止联接松脱，保证联接安全可靠，设计时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。放松的方法，按其工作原理可分为摩擦放松、机械放松及铆冲放松等。常用的放松方法见表1-3。
还有一些特殊的放松方法，例如在旋合螺纹间涂以液体胶粘剂或在螺母末端镶嵌尼龙环等。此外，还可以采用铆冲方法放松。螺母拧紧后把螺栓末端伸出部分铆死，或利用冲头在螺栓末端与螺母旋合缝处打冲，利用冲点放松。这种放松方法可靠，但拆卸后联接件不能重复使用。
（七）螺纹联接件的材料
1.汽车零件常用金属材料
目前汽车上用得最多的是以铁为基础的合金，如碳素钢、合金结构钢、灰口铸铁和可锻铸铁等，有色金属则是以铜、铝为基础的合金。
1-1.铁碳合金
钢和铸铁是汽车上应用最多的金属材料。它们的基本组成是铁和碳两种元素，所以又统称为铁碳合金。根据含碳量不同，铁碳合金可以分为工业纯铁、钢和铸铁。
工业纯铁－含碳量小于0.0218%的铁碳合金，
钢－含碳量在0.0218%～2.11％的铁碳合金，钢又可分为碳素钢和合金钢。
铸铁－含碳量大于2.11％的铁碳合金，按其组织不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
1-2. 碳素钢和合金钢。
碳素钢－含碳量小于2.11％，并含有少量锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。实际上应用的碳素钢，碳的含量不超过1.5％。
碳素钢按含碳量可分为低碳钢（含碳量小于0.25％），中碳钢（含碳量在0.25％～0.6％）和高碳钢（含碳量大于0.6％）。
合金钢－钢中除了含碳以外，在冶炼时有目的地加入一定量的合金元素以获得预定性能的钢。目前加入合金钢中的主要元素有锰（>0.8%）、硅（>0.4%）、钛、镍等。
2.螺纹联接件的材料
2.1 国家标准规定螺纹联接件按材料的力学性能分出等级（见表1-4、1-5），螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级，自3.6至12.9。螺母的性能等级分为七级，自4至12。选用时，必须注．意．所用螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级。
2.2 适合制造螺纹联接件的材料品种很多，常用材料有低碳钢（10＃、15＃钢）和中碳钢（35＃、45＃钢）。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢。如U型螺栓的材料为45Mn2。标准规定8.8级和8.8级以上的中碳钢、低碳或中碳合金钢都须经淬火并回火处理。
2.3 普通垫圈的材料推荐采用15＃钢、35＃钢，弹簧垫圈用65 Mn制造，并经热处理和表面处理。
