螺纹和螺纹紧固件

6.1.1 螺纹

螺纹是零件上最常见的一种结构。螺栓、螺母、螺钉等零件均是在圆柱表面制有螺纹而起连接或传动作用的。下面以使用最多的圆柱螺纹为例,介绍螺纹的有关知识。

1.螺纹的加工方法

螺纹是在圆柱表面上,沿着螺旋线加工而成的,螺纹的凸起的顶端称为牙顶,沟槽的底部称为牙底。

螺纹有外螺纹和内螺纹两种,在圆柱外表面形成的螺纹称为外螺纹;在圆柱内表面形成的螺纹称为内螺纹,一般成对使用。

螺纹的加工方法很多,车削螺纹是常见的一种加工方法,图61(a)(b)表示在车床上车削螺纹的情况。外螺纹亦可用板牙铰出,对于加工直径较小的内螺纹,可先用钻头钻出光孔,再用丝锥攻丝得到螺纹。

图6- 1 螺纹加工

2.螺纹的基本要素

(1)牙型 在通过螺纹轴线的剖面上,螺纹的轮廓形状称为牙型。牙型有三角形、梯形和锯齿形等。不同牙型的螺纹有不同的用途,常用的标准螺纹牙型及符号见表6-1。

(2)大径和小径 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径称为大径,内外螺纹的大径分别以D和d表示;与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径称为小径,内外螺纹的小径分别以D1和d1表示,见图6-2。

图6-2 螺纹要素——牙型、直径、螺距

(3)线数n 螺纹有单线和多线之分。沿一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹;沿两条或两条以上在轴向等距离分布的螺旋线所形成的螺纹称为多线螺纹,见图6-3。

图6-3 螺纹要素——线数、螺距、导程

(4)螺距P和导程Ph螺纹相邻两牙在中径线(螺纹牙型上牙宽和槽宽相等处假想圆柱的直径)上对应两点的轴向距离,称为螺距,用P表示。同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为导程,用Ph表示。螺距和导程的关系如下:

单线螺纹P=Ph,　多线螺纹P=Ph/n

(5)旋向 螺纹分右旋和左旋两种。顺时针方向旋转时,螺纹旋进者为右旋螺纹;旋出者为左旋螺纹。工程上常用右旋螺纹。

在螺纹的五项要素中,牙型、大径和螺距是决定螺纹的最基本要素,称为螺纹三要素。凡三要素符合标准的,称为标准螺纹;牙型符合标准,而大径、螺距不符合标准的,称为特殊螺纹;牙型不符合标准的,称为非标准螺纹。内外螺纹相配合时,它们的基本要素必须全部相同。

3.螺纹的种类

螺纹按用途可分为连接螺纹和传动螺纹两大类。常见螺纹的种类如表61所示。

每种螺纹都有相应的特征代号(用字母表示),标准螺纹的各参数如大径、螺距等均已规定,设计选用时应查阅相应标准。

连接螺纹:连接螺纹用于将两个或多个零件连接起来。常见的有普通螺纹和管螺纹。

连接螺纹的共同特点是牙型均为三角形,其中普通螺纹的牙型角为60°,管螺纹的牙型角为55°。同一种大径的普通螺纹,一般有几种螺距,螺距最大的一种称粗牙普通螺纹,其余称细牙普通螺纹。

传动螺纹:传动螺纹用于传递动力和运动。常用的有梯形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹。

矩形螺纹是非标准螺纹,无特征代号,其各部分尺寸根据要求而定。除矩形螺纹外,上述各种螺纹均已标准化,其直径和螺距系列可查阅附表A。

4.螺纹的规定画法(GB/T4459.1—1995)

(1)外螺纹的画法 如图64所示,在平行于螺纹轴线的视图或剖视图上,外螺纹大径用粗实线表示;小径用细实线表示(小径的尺寸在附录有关表中查到,实际画图时按大径的0.85倍画),螺纹的终止线用粗实线表示。在垂直于螺纹轴线的投影面的视图(习惯上称圆形视图)中,用粗实线画螺纹的大径,用3/4圈细实线圆弧画小径,倒角圆省略不画。当外螺纹剖开时,其终止线的画法见图64(b)。

图6- 4 外螺纹的画法

(2)内螺纹的画法 如图65所示,在平行于螺纹轴线的视图或剖视图上,内螺纹小径用粗实线表示;大径用细实线表示,螺纹的终止线用粗实线表示,剖面线画到牙顶的粗实线处。在投影为圆的视图上,用粗实线画螺纹的小径,用3/4圈细实线圆弧画大径,倒角圆省略不画。当内螺纹不剖时,螺纹都画成虚线,见图6 6。

图6- 5 内螺纹的画法

图6- 6 不可见螺纹的表示

图6- 7 不穿通的螺孔画法

在绘制不穿通的螺孔时,一般应将钻孔深度与螺纹深度分别画出(图6- 7)。钻孔深度H一般应比螺纹深度b大0.5D,其中D为螺纹大径。

因钻头端部有一圆锥,锥顶角为118°。钻孔时,在不通孔(称为盲孔)底部形成一锥面。在画图时钻孔底部锥面的顶角可简化为120°(图6-7)。

(3)内外螺纹连接的画法 内外螺纹连接一般用剖视图表示,其旋合部分应按外螺纹画,其余部分仍按各自的画法表示(图6- 8)。画图时注意,表示内外螺纹大、小径的粗实线和细实线应分别对齐。

图6- 8 螺纹连接的画法

5.螺纹的标注

标准的螺纹,应注出相应标准所规定的螺纹标记。

公称直径以mm为单位的螺纹,无论是标注内螺纹还是外螺纹,尺寸界线或指引线均应从螺纹的大径引出。

1)普通螺纹和梯形螺纹的完整标记

螺纹代号—螺纹公差带代号—螺纹旋合长度代号。

(1)螺纹代号 粗牙普通螺纹用特征代号“M”和“公称直径”表示。细牙普通螺纹用特征代号“M”和“公称直径×螺距”表示。梯形螺纹用特征代号“Tr”和“公称直径×导程(螺距)”表示。当螺纹为左旋时,则在螺纹代号尾部加注“LH”两个大写字母;右旋则不标注。

(2)螺纹公差带代号 螺纹公差带代号包括中径公差带代号和顶径公差带代号等两部分,若两个公差带代号相同,只需标注一个。每个公差带代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成,如7H、6g等,代号中小写字母指外螺纹,大写字母指内螺纹。有关概念将在第7.5.2节中介绍。

(3)螺纹旋合长度代号 分别用S、N、L表示短、中、长三种不同旋合长度,其中N省略不注。

2)管螺纹

管螺纹的种类很多,这里只介绍常用于水、煤气、油等管道连接的非螺纹密封管螺纹,特征代号为“G”,管螺纹的公称直径并非螺纹的大径,是指管子通径,单位为英寸,所以管螺纹标注时,必须用引出线从大径引出标注。

管螺纹的标记由螺纹特征代号和尺寸代号组成。外螺纹公差等级分为A级和B级两种,标注在尺寸代号后;内螺纹公差等级只有一种,省略标注。

表61介绍了常用标准螺纹的标注示例。

表6- 1 常用标准螺纹的种类和标注

3)特殊螺纹

对特殊螺纹应在特征代号前加注“特”字,并标出大径和螺距,见图6-9。

4)非标准螺纹标注

对非标准螺纹,必须用局部剖视图或局部放大图画出螺纹牙型,并注出所需要的尺寸及有关要求,如图6-10所示。

图6- 9 特殊螺纹的标注

图6- 10 非标准螺纹标注

6.1.2 螺纹紧固件

常用的螺纹紧固件有:螺栓、螺钉、螺柱、螺母和垫圈等,均为标准件。它们的结构形式、尺寸和技术要求都可以从国家标准中查到(附表B中摘录了部分)。

1.螺纹紧固件的标记方法

紧固件有完整标记和简化标记两种标记方法,国家标准GB/T1237—2000作了规定。完整标记的内容较为冗长,在设计和生产中一般采用简化的标记方法。在简化标记中,标准年代号允许全部或部分省略,省略年代号的标准应以现行标准为准。

螺纹紧固件的简化标记通式为:

表6-2列出了常用的螺纹紧固件及其标记示例。

表6- 2 常用螺纹紧固件的标记示例

续 表

2.螺纹紧固件的比例画法

在绘制螺纹紧固件时,除螺纹部分按规定画法绘制外,其余部分应从螺纹紧固件的标准中查得其形状和尺寸后绘图。但为了简便绘图和提高效率,通常采用比例画法。

比例画法就是螺纹大径选定后,紧固件的其他各部分尺寸都取与紧固件的螺纹大径d成一定比例的数值来作图的方法,如图6-11所示。

图6-11 螺栓、螺母、垫圈的比例画法

3.常见螺纹紧固件的连接

由于螺纹紧固件装拆方便,连接可靠,所以在机器中得到广泛应用。下面介绍常见的三种连接形式。

1)螺栓连接

螺栓连接由螺栓、螺母和垫圈组成。常用于零件的被连接部分不太厚,能钻出通孔,可以在被连接零件两边同时装配的场合。

螺栓连接图一般根据公称直径d采用比例画法绘制,对照图6-12。绘制时应注意以下几点:

图6- 12 螺栓连接的画法

(1)被连接零件上的孔径应略大于螺纹的大径,一般按1.1d绘制;螺栓上的螺纹终止线应低于通孔的顶面。

(2)螺栓的有效长度L,可以按下式估算:

L=t1(零件1厚)+t2(零件2厚)+0.15d(垫圈厚)+0.8d(螺母厚)+0.3d(螺栓伸出长度)然后根据估算值查表,在螺栓长度系列中选取与估算值最接近且大于估算值的标准数值。

2)螺柱连接

螺柱连接由双头螺柱、垫圈和螺母组成。当被连接的一个零件较厚,不宜钻成通孔,或由于结构上的原因不能用螺栓连接的情况下,可采用螺柱连接,如图6-13所示。

图6- 13 螺柱连接的画法

双头螺柱的两端均加工有螺纹,一端全部旋入被连接零件的螺孔中,称为旋入端,用bm表示,另一端用螺母来旋紧,称为紧固端。旋入端长度bm根据螺纹大径和带螺孔零件的材料而定,国家标准规定了不同材料的旋入端长度,见附表B。

采用双头螺柱连接两零件时,下部零件上加工出不通的螺孔,上部零件上钻出略大于螺柱直径的通孔(约1.1d)。连接时,将双头螺柱的旋入端(bm)拧入下部零件的螺孔,旋紧为止;然后,在紧固端套上垫圈,拧紧螺母。

螺柱连接图一般也采用比例画法,如图6-13所示。绘制时应注意:

(1)旋入端应全部旋入下部零件的螺孔内。因此,旋入端的螺纹终止线与下部零件的端面应平齐。

(2)下部零件的螺孔的螺纹深度应大于旋入端长度bm。绘制时,螺孔的螺纹深度可按bm+0.5d画出;钻孔深度可按bm+d画出。

(3)双头螺柱的有效长度L,可按下式估算:

L=t1(上部件厚)+0.15d(垫圈厚)+0.8d(螺母厚)+0.3d(伸出长度)

然后根据估算值查附表B,在双头螺柱长度系列中选取与估算值最接近且大于估算值的标准数值。

3)螺钉连接

螺钉连接不用螺母、垫圈。而把螺钉直接旋入下部零件的螺孔中。通常用于受力不大和不需要经常拆卸的场合。

采用螺钉连接的被连接零件中,下部零件加工出螺孔,上部零件开通孔,其直径略大于螺钉直径(约1.1d)。螺钉头部有各种不同形状,图6- 14为开槽圆柱头螺钉采用比例画法的连接装配图。绘制时应注意:

(1)为了使螺钉头部能压紧被连接零件,螺钉的螺纹终止线应高出螺孔的端面,或在全长上加工螺纹。

(2)螺钉头部的开槽,在投影图上可以涂黑表示。在俯视图上,按国家标准规定,将开槽画成45°倾斜。

(3)螺钉的有效长度L,可按下式估算:

L=t(上部零件厚)+bm(螺纹旋入长度)

bm由被旋入零件的材料确定(同双头螺柱)。得到估算值后查附表,在相应的螺钉长度系列中选取与估算值最接近的标准数值。

图6- 14 螺钉连接的画法