螺紋聯接因其構造簡單，拆裝方便，都已标準化，批量生産，成本低廉，聯接可靠，有足夠的強度、剛度和自鎖性，廣泛用于各種金屬結構和機構中。

1、螺紋及螺紋聯接的主要參數

螺紋的外表面是圓柱螺旋線。圓柱螺旋線是沿着圓柱表面運動的點的軌迹，該點的軸向位移a與相應的角位移a成正比，在圓柱表面上，沿着螺旋線所形成的連續凸起和溝槽稱為螺紋。

螺紋由外螺紋和内螺紋組成，按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。根據牙型可分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角形螺紋用于聯接，後三種螺紋用于傳動。

螺紋的主要參數有：

① 線數：如果有兩個以上的動點，同時在同一個圓柱面上作同樣的螺旋運動，且軸向為等距分布時，則形成多線螺旋線。螺旋線的條數稱為螺紋的線數，用n表示。

② 旋向：點沿圓柱表面運動的角位移方向和軸向位移方向不同，螺旋線有右旋和左旋之分，螺釘順時針旋入的稱為右旋螺紋，逆時針旋入的稱左旋螺紋，常用大多數螺紋都是右旋的。

③ 牙型角α，牙型半角α/2：在螺紋牙型上，連接牙頂和牙底的側表面稱為牙側，相鄰牙側間的夾角α叫牙型角。牙側與螺紋軸線的垂線的夾角α/2叫牙型半角。

④ 外徑（大徑）d：與外螺紋牙頂或内螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋外徑（或大徑），亦稱公稱直徑。

⑤ 内徑（小徑）d1：與外螺紋牙底或内螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋内徑（或小徑）。

⑥ 中徑d2：指一個假想的中徑圓柱的直徑，該圓的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。

⑦ 螺距P：相鄰兩牙在中線上對應相點間的軸向距離。

⑧ 導程S：同一條螺旋線上相鄰兩牙在中線上對應兩點間的軸向距離，S=nP， 對單線螺紋而言，因n=1，所以S=P。

⑨ 螺旋升角φ：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。

用于聯接的螺紋主要有：普通螺紋與管螺紋。普通螺紋牙型角60°，以外徑d為公稱直徑。同一公稱直徑可有多種螺距的螺紋。其中最大螺距的螺紋叫粗牙螺紋，其餘的都叫細牙螺紋。一般聯接常用粗牙螺紋，據公稱直徑查标準選用。細牙螺紋升角小，自鎖性好。細牙螺紋比粗牙螺紋釘杆強度高，但不耐磨，易滑扣，多用于薄壁零件。

管螺紋有牙型角55°的英制細牙螺紋，公稱直徑為管子内徑，還有圓錐管螺紋，牙型角有55°和60°兩種，不同填料即可保證聯接緊密性。

2、螺紋聯接的主要型式，标準聯接零件

螺紋聯接的主要型式有：

①螺栓聯接：當被聯接件不太厚時，用普通螺栓貫穿兩個（或多個）被聯接的孔，再擰緊螺母，此種應用最廣。

② 螺釘聯接，如被聯接之一較厚，即可采用螺釘聯接。螺釘擰入深度與螺釘及被聯接件的材料有關，按等強度條件決定的最小擰入深度可查有關手冊。此種聯接不适于經常拆卸的聯接，經常拆卸可使螺孔磨損導緻修理困難及被聯接件的報廢。

③ 雙頭螺柱聯接：用于被聯接件之一較厚而又經常拆裝的場合。拆裝時隻需卸下螺母，不必擰出螺柱。

設計時注意雙頭螺柱必須緊固。在擰松螺母時，保證螺柱在螺孔中不得轉動。

雙頭螺柱聯接常用的緊固方式如下頁圖所示：

其中：

（a）利用過盈配合螺紋，擰入螺紋孔，構成旋合全長橫向收緊；

（b）利用螺紋收尾部分（不完全螺紋）擠入螺紋孔構成局部橫向收緊；

（c）利用擋環端面抵緊螺紋孔，并使螺柱軸向定位；

（d）利用螺柱頂部結構，抵緊螺紋孔底面，構成軸向固緊。

④緊定螺釘聯接：将釘擰入一個零件的螺紋孔，使釘的末端頂住另一零件表面或頂入相應的坑穴。它主要用于固定兩零件的相互位置，不宜傳遞很大的力或力矩。

螺紋聯接用标準聯接件主要有以下六種：

①螺栓：按加工精度不同分為粗制螺柱和精制螺栓兩種。螺栓頭部常用的有标準六角頭，小六角頭、方頭……。

② 雙頭螺柱：兩端均制有螺紋，共擰入機體端的螺紋長度為L1，L1的大小與被聯接件的材料有關，當鋼對鋼連接時，L1=d，當鋼對鑄鐵聯接時L1=1.25d和L1=1.5d，當鋼對鋁合金時L1=2d。

③ 螺釘：結構形狀與螺栓類似，但螺釘頭部形式較多，其中内、外六角頭可施加較大的擰緊力矩。圓頭和十字頭都不便施加較大力矩，所以選用的直徑不要過大，一般不超過10mm。

④ 緊定螺釘：其頭部和尾部的形式很多，常用尾部形狀有錐端，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，亦有粗制和精制之分。按其高度不同分為标準螺母，扁螺母及厚螺母。如要求減輕重量且不常拆卸可用扁螺母，常拆卸時用厚螺母。

⑥墊圈：常用的附件，放在螺母與被聯接件之間，可以保護支撐面或防止螺母松脫（彈簧墊圈等）。

3、螺紋緊固件的強度級别

國家标準規定：螺紋緊固件按其材料機械性能分級，強度級别由數字表示：螺栓用兩個數字表示，小數點前的數字為材料的抗拉強度σBmin/100，小數點後的數字為10×，兩個數字相乘的10倍即為材料的最低屈服極限σSmin（MPa）。螺母用一個數字表示，為。為防止螺紋副咬死和減少磨損，應使螺母的材料級别比螺栓材料的級别低。

4、螺紋聯接的預緊與防松

按螺紋聯接裝配時是否擰緊，分為松聯接和緊聯接。固定滑輪的聯接螺栓就是松聯接的典型例子，這種螺栓隻有在承受外載荷時才受到力的作用。

實際應用中，絕大多數聯接在裝配時就需要擰緊，此時螺栓所受的力叫預緊力。預緊可增加聯接剛度，緊密性和提高防松能力。

聯接螺紋标準件都能滿足自鎖條件。螺母或釘頭與被聯接件支撐面間的磨擦力也有助于防止螺母松脫。但是，如果溫度變化大或承受沖擊荷載，或振動都會使螺母逐漸松脫，設計時必須按工作條件及可靠性要求，結構特點考慮設置防松裝置。這種防松裝置一般可分為三類：

① 利用磨擦力防松，彈簧墊圈是結構簡單、使用方便的防松零件，但因彈力不均而不十分可靠。還可用雙螺母防松。還可用鎖緊螺母防松。鎖緊螺母上端開口後徑向收口，擰緊後張開，靠螺母彈性鎖緊，簡單可靠，可多次拆裝，用于較重要場合。

② 利用聯接件的形狀防松

利用附加聯接件的形狀，或改變螺紋副的形狀使螺紋副不能相對轉動。其作法有：

²六角槽螺母：設置開口銷，安裝時在螺杆末端鑽孔（指開口銷）可用于承受沖擊線載荷變化較大的聯接。

²單耳止動圈：将其一邊彎起貼在螺母側面上，另一邊彎下貼在被聯接件的側壁上，防松可靠。

²三聯止動墊圈：将三個螺母擰緊後把墊圈的兩邊分别扳起貼在三個螺母的側面上，使三個螺母彼此制約。

²串聯鋼絲：用于螺釘數目不多且排列較密的聯接，注意鋼絲穿聯方向，圖中右圖方向合理，防松效果，但安裝費時。

²端面沖點：屬于永久止動，用于不拟拆卸的螺紋聯接。

③ 利用附加材料防松，如将螺母焊在釘杆上，側面焊死，或用粘合劑塗在螺紋表面，不僅防松還可密封。

5、螺栓組結構設計應考慮的因素

① 從加工看，聯接接合面的幾何形狀應盡量簡單，常使螺栓組的形心與聯接面的形心相重合。最好有兩個對稱軸，加工計算都方便。通常采用條狀或環狀接合面，減少加工量和接合面不平的影響，同時增加聯接剛度。

② 受力矩作用的螺栓組，螺栓布置盡量遠離對稱軸，同一圓周上螺栓數目應采用4，6，8，12……便于劃線和分度。

③ 螺栓受力要合理，對受橫向載荷的普通螺栓可采用減荷裝置。或改用鉸制孔螺栓，盡量避免螺栓受附加彎曲載荷（如支承面不平，螺母孔不正，被聯接件剛度小，聯接機體孔偏斜等）。

④ 裝配時使每個螺栓的預緊力一樣，使接合面産生均布壓力。因此相鄰螺栓的中心距t一般應小于10d。對有緊密性要求的聯接，要按有關規定設計t值。t值大小還要考慮扳手的活動空間，因此t值也不能太小。

6、螺栓組受力情況

① 受橫向載荷的螺栓組聯接：包括螺栓組連接、普通螺栓聯接和鉸制孔用螺栓聯接。

對普通螺栓聯接，螺栓預緊後在結合面間産生壓緊力，靠磨擦力抵抗橫向外載荷。

對鉸制孔用螺栓聯接，在橫向外載荷作用下，螺栓杆承受剪切和擠壓。

② 對受旋轉力矩的螺栓組聯接，其受力情況與橫向載荷基本相同。

③ 受軸向載荷的螺栓組聯接：多螺栓受力均勻，其軸線相同，設想螺栓均布，每個螺栓受外載荷相同。

④ 受翻轉力矩的螺栓組：翻轉趨勢與M轉向相同。當M作用後0~0左側的螺栓被拉緊，軸向拉力增大，右側的螺栓被放松，螺栓的預緊力QP減小。

圖（b）為在預緊力作用下，接合面間的擠壓應力分布圖。

圖（c）為翻轉力矩作用下，接合面間的擠壓應力分布圖。

圖（d）為不考慮受載螺栓預緊力變化時，翻轉力矩産生應力與預緊力合成後，擠壓應力的分布圖。由圖看出，接合面左邊緣擠壓應力最小，右邊緣擠壓應力最大。

螺栓聯接設計時，不論其受什麼樣外載荷，均先求出螺栓組受的總合力，然後再進行單個螺栓的強度計算。

7、提高螺栓聯接強度的措施

①改善螺紋牙間載荷分配不均現象

從剛度變形來分析，在力的傳遞過程中，螺栓受拉，螺距增大，而螺母受壓螺距減小，兩者螺距的變化差要靠旋合螺紋的彎剪變形來協調補償。研究情況表明，從螺母支承面算起第一圈紋牙變形最大，第二圈次之，以後遞減，因此采用圈數過多的螺母并不能提高聯接強度。為改善螺紋牙上載荷分布的不利情況，常采用的方法有：

²設懸置螺母，使母體和螺栓都受拉，減少螺距變化差，使螺紋牙上載荷分布均勻。

²用内斜螺母，螺母旋入端制成10°~15°的内斜角，原受力大的下面幾圈螺紋牙受力點外移，剛性随之減小，載荷上移，使載荷分布趨于均勻。

²環槽螺母，螺母開割凹槽，造成螺母部分受拉，作用同設懸置螺母。

這些措施加工複雜，隻适用于重要場合。

②減少螺栓應力幅

受交變載荷的螺栓聯接來說，增加螺栓長度、減小螺杆橫截面積或減小螺杆材料的彈性橫量E都可降低螺杆剛度，如采用柔性螺栓。

減少應力集中，在螺栓的螺紋牙上、螺紋收尾處、過渡圓角處、杆截面變化處都有應力集中。其中螺紋牙根的應力集中影響很大，可增大牙根的圓角半徑，如将r=0.1443p增為r=0.21p，螺栓聯接強度可提高24~40%。此外加大釘頭釘杆過渡圓角，切制卸載槽及采用卸載過渡，螺紋收尾退力槽等均可減少集中應力。

這些措施的缺點是增加了成本，隻在重要聯接時使用。

④ 避免附加應力

如支撐面不平、螺母孔不正、被聯接件打孔不在一條直線上，被聯接件剛度過小，鈎頭聯接，都使聯接産生附加應力，設計中要加以避免。

⑤ 采用合理的制造工藝

制造工藝對螺栓的疲勞強度有很大影響，加工時螺紋表面層中産生的殘餘應力應想辦法消除。

滾壓螺紋比車制螺紋工藝好。車制螺紋把本來表面質量較好的棒料車去，金屬纖維也被車去不合理，而滾壓螺紋是利用材料的塑性成形，滾壓後金屬組織緊密，螺紋工作時力流方向與材料纖維方向一緻，其強度比車制螺紋提高40—95%。

對螺紋表面氮化，氰化等表面硬化處理也可提高螺栓的疲勞強度。