13.1.1 螺纹及螺纹紧固件（一）在线视频

各位同学 大家好

今天由我来给大家介绍第13章 标准件跟常用件

我是清华大学机械工程系的教师 我叫李铁民

在这一章中 我们将向大家主要讲授

螺纹 键 销 弹簧 齿轮 轴承等等的基本内容

从这一节开始大家将会看到

我们将会绘制一个真正的机械零件图和装配图

我们将会从最基本而且是最重要的那些零件开始

在整个的机械系统中有一类零件

它被频繁 广泛 大量地使用在各个机器中

例如齿轮 弹簧和螺纹等等

这些零件我们称之为常用件

正是因为它们使用的如此频繁大量

国家标准将它们进行了标准化

将它们的结构 尺寸 形状 画法进行了统一的规定

因此它们又被称之为标准件

在所有的标准件当中有一类是最重要的

就是我们常说到的螺丝钉

那么我们今天就从螺丝钉开始

那我们现在就开始学习13.1 螺纹及螺纹紧固件

刚才我说过我们从螺丝钉开始

其实螺丝钉呢它只是一个俗称或者我们称之为一个小名

它的学名叫做螺纹及螺纹紧固件

那什么叫螺纹呢 从工程定义上来看就是

一个与轴线共面的平面图形

比如说这个图形是三角形或者梯形

它沿着圆柱面作螺旋运动所产生的这个螺旋体

在工程上我们就称之为螺纹

在工程当中我们产生这样的螺旋运动

有可能是两个运动的叠加

比如说我们以在车床上切削外螺纹为例

一个卡盘卡住了工件

让工件绕着自身的轴线作旋转的运动

当车刀以一定的深度切进这个工件

并且沿着轴线作直线的匀速运动的时候

那么很显然它在工件的表面就切出了

那样峰谷相间的螺旋线 这样的一个结构就是螺纹

我们也可以在孔的表面用同样的加工方式切出内螺纹

现在我们可以看一下

切削内螺纹和外螺纹的一个加工的演示

现在我们来看一下螺纹的结构

谈到一个零件的结构 它一定是包含着三个层次的意义

一个是这个零件的主体结构

然后是它的局部的工程结构以及微细的工艺结构

谈到螺纹它的主体结构

我们如果是在一个圆柱面上切出来的螺纹

切出来这种牙型 它的主体结构一定是一个圆柱

那它的工程结构就是切出来峰谷相间的那个牙型

就是它的局部的工程结构

那么我们今天讲到的这个结构

是螺纹的末端和尾部的结构

指的是加工螺纹局部的微细的工艺结构

那我们现在来看看螺纹的末端

按照定义 这个车刀在起始的部分

开始加工的那个部分被称为螺纹的末端

一般情况下 或者在大多数工程情况下

它的末端会制成倒角 这个倒角是怎么产生的呢

就是在加工螺纹之前

我们把这个圆柱面的末端加工成一个圆锥台

然后车刀再进行正规的螺纹加工

那么加工出来之后它就具有了一个倒角

它有什么功能呢 主要从三方面来考虑

首先这个倒角在装配和加工过程中它有一个导向的作用

所以它便于装配和加工 另外它更加安全

因为在机械领域 我们经常将机械金属件的锐角倒钝

我们这个概念叫锐角倒钝

还有起到了一个美观的作用

所以呢在大多数螺纹的末端都会有这种倒角

它就是一个圆锥面的倒角

还有一些特殊的情况 可能它的末端也做成平顶

比如我们在需要内外螺纹结合的更加紧密

具有更好的密封性能的时候

显然这个平顶比有倒角的螺纹要更适用

还有一种情况我们也可以将它的末端制成球面

也就制成圆顶 它可能就更加美观

这三种末端当中

有倒角的是我们在常规机械系统中最常见的一种

现在我们再来看一看螺尾

当车刀从右向左进行加工的时候 加工到指定的位置

这就是我们要加工这一段螺纹 它应该停止

这时候应该怎么办呢

正常的情况下并不是将机械运动马上停止

而是让它沿着这个轴线相反的方向逐渐地退刀

那么在开始退刀到退刀完成的那一部分

就会产生出一段比较浅的不太完整的那个螺纹

这一段螺纹我们叫做螺尾

这个工艺过程呢就叫做螺纹收尾

在大多数情况下螺尾的出现是一个不好的现象

是我们应该避免的

所以我们在退刀纹的那个区域就加工成一个退刀槽

这里边有一个外退刀槽和内退刀槽

当车刀加工到这个区域的时候就自然退刀了

这就是螺尾跟退刀槽的出现

螺纹的形成和结构介绍完之后

我们来看一看螺纹的几个主要的要素

现在我们向大家提一个问题

我们的自行车上有很多的螺母

当我们的自行车上的某一个螺母丢掉之后

我们会不会随便拿出来另外的其它一个的螺母

就很容易把它替换掉呢

那根据我们的生活经验答案是否定的 为什么呢

大家想一想 螺母相当于一个内螺纹

它要跟一个螺杆上的外螺纹进行配合的时候

它们的几何要素一定是要相同的

那它都包含哪几种几何要素呢

它至少有五个重要的几何要素

首先看看螺纹的牙型

螺纹的牙型也就是在通过螺纹轴线剖面上

这个螺纹的剖面形状

它主要的牙型包括三角形 梯形跟锯齿形

三角形的牙型锥顶角比较大 一般在55°-60°

而梯形它的齿顶角一般在30°左右

所以它的传动效率比较高

它主要用在传动螺纹当中

锯齿形呢一般会用在单向传动的过程中

这是螺纹的牙型

除了牙型以外 再看看螺纹的直径

这直径有三个直径 首先是大径

大径是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切假想圆柱面的直径

而小径呢跟它相反

是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱面的直径

我们来看一下 这是一个外螺纹

右边是一个内螺纹

牙顶是我们用手去摸能摸到的那个峰的顶部

而牙底是沟槽的底部

显然大径是外螺纹的牙顶对于对应的内螺纹的牙底

而小径对应着外螺纹的牙底和内螺纹的牙顶

在大径和小径之间又产生了一个叫中径

这个中径依然是一个假想圆柱的直径

这个圆柱的母线要通过牙型上沟槽跟凸起相等的地方

我们分别用d d1 d2表示螺纹的大径 小径跟中径

对于内螺纹我们用大写字母来表示

对于外螺纹我们用小写字母来表示

除了直径之外 螺纹还有线数的区分

沿着一条螺旋线形成的螺纹我们叫做单线螺纹

沿着两条或两条以上的

在轴向等距分布的螺旋线所形成的的螺纹

我们叫做多线螺纹

在这个图中如果只有一条螺旋线 那这就是一个单线螺纹

如果在它之间 跟它在轴向的距离相等的

又分布了另外的一条螺旋线 那这就是一个多线螺纹

这是一个单线螺纹的例子 这是一个多线螺纹的

或者在我们这例子里是一个双线螺纹的例子

有了线数之后 我们就产生了另外两个概念

就是螺距和导程的概念

螺距按照定义是螺纹上相邻两牙

在中径线上对应两点之间的轴向距离

这是一个单线螺纹 这是一个双线螺纹

它们的螺距是相同的 但是大家想象一下

如果把这两个外螺纹想象成两个螺杆的话

上面安装有一个螺母 这两个螺杆旋转一周

这个螺母在直线运动的距离会不会相等

答案显然是否定的 对于单线螺纹来讲

当螺杆旋转一周 螺杆上的螺母应该是运动一个螺距

但是对于右边这个双线螺纹

当螺杆运动一周 螺母显然是运动两个螺距

因此也就产生了另外的一个参数 导程

导程是在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

很显然对于单线螺纹 导程就等于螺距

而对于多线螺纹 它的螺距等于导程除以它的线数

为什么我们会在工程中会出现多线螺纹

以及导程跟螺距不相等的情况呢

大家看一看这张图 其实在图中我们可以看到

螺距就反映了这个牙之间的疏密程度

如果螺距很大的话 那表明这个牙是比较稀疏

那么在单位长度上 这个螺旋线的长度就会比较短

那么也就是运动的平稳性就会稍差

在很多情况下我们是希望使用大导程的螺纹

也就是说我们这个螺杆旋转一周

在上面的螺母要运动的距离更大

但是如果是单线螺纹 导程越大那么螺距也越大

也就说它传递速度的能力越强

它的运动的平稳性有可能就越弱

因此在解决大导程的受力状况或传动状况的情况下

那有可能我们就采用了多线螺纹

也就是增加它的导程 而且还要保持它的螺距比较小

这就是多线螺纹的应用

螺纹的另外一个几何要素就是它的旋向

我们看看这样的两个螺纹

沿着轴线方向看去 显然它的旋向是不一样的

左边这个满足左手定则

而右边这个满足右手定则

满足左手定则的这种螺纹我们称之为左旋

满足右手定则的我们称之为右旋

右旋是我们工程中最常见的一种螺纹

其实用左手定则跟右手定则来判断还相对来讲比较麻烦

我们其实沿着这个方向来看能够看到它的螺线

如果这条螺线左高右低那它就是左旋

如果是右高左低 它就是右旋螺纹

同学们不知道是不是还有这样的疑问

为什么旋向会产生不一样的螺纹

为什么不能把它都定为一样

这样的话是不是画图 制造和设计就更简单了呢

那我们来看一下左旋右旋螺纹

它们之间配合使用的一些常见的例子

这是我们体育锻炼中经常用到的单杠

为了保持这个单杠的稳固性

我们会在两端加上四根牵引绳来保持它的稳定性

但时间长了之后牵引绳的长度会发生变化

所以我们就在每根牵引绳增加了这样一件东西

这叫拉紧器 它的作用就是

让这一个零件旋转的时候

让这两个螺杆同时向内或者是同时向外运动

以改变这个绳的长度

所以呢当它这一件外面这个相当于螺母的这件东西

沿着一个方向旋转

而这两个螺杆又分别沿着两个不同的方向运动

很显然这个两端的螺纹

一端制成左旋 那么另外一端只能制成右旋

所以它是配合使用的

那我们来看另外的一个例子 这是一个弹簧规的例子

为了让这两个角扩大或者是缩小

我们旋转中间这个小轮

当旋转它的时候这两个角一定是同时向内或者是同时向外

所以这两边的螺纹也分别要选取旋向不同的螺纹

这就是左旋右旋螺纹配合使用的一些例子

我们介绍了这五个要素 需要提醒大家注意的时候

只有上述这五个要素完全相同的内外螺纹才能旋合在一起

所以这也就解决了刚才向大家提出的那个问题

如果你的自行车上的螺母丢掉了一个

那随便捡到一个螺母

是很难保证跟你的以前的螺母的几何要素完全一样

也很难就轻松的替换掉

这是它的几何要素 现在我们再简单介绍一下螺纹的种类

下面这张表是常见的几种螺纹的特征代号和用途

螺纹分成两类 一类是连接螺纹 一类是传动螺纹

连接螺纹是内外螺纹连接在一起之后

不发生相对运动的那种螺纹 我们称之为连接螺纹

它包括两类 一类是普通螺纹 一类是管螺纹

连接螺纹的牙型角它都是三角形的牙型

在普通螺纹中它的牙型角是60°

在管螺纹中它的牙型角是55°

普通螺纹又分为粗牙跟细牙

在牙型角是60°这种三角形的普通螺纹中

导程最大的或者叫螺距最大的那一类螺纹就叫粗牙螺纹

在细牙螺纹中可能螺距有相应的不同

它主要是用于细小的精密或者薄壁零件的连接使用

管螺纹呢它的牙型角是55°

它是用于水管 油管 气管等薄壁管子上的一种

深度比较浅的一种特殊的细牙螺纹

传动螺纹它主要是传动动力跟运动

最常用的是一种梯形螺纹 它用于传递动力和运动

机床上的丝杠绝大多数都采用了梯形螺纹

锯齿形螺纹呢它的牙型是锯齿形

它适用于能够传递单方向力的那种情况

主要应用的场合是千斤顶或者是螺旋压力机

如果大家对这些螺纹的特征代号和用途

希望有更深入的了解 可以去查一查书中的这些表格

现在我们来看一下螺纹的规定画法

我们以一个外螺纹为例来看一下

这是一个外螺纹的一个真实形状

大家能够看到 一个螺纹的真实形状

如果要想把它画出来是非常繁琐的一件事情

我们在工程中不这样使用 因为也没有必要

在国标当中我们规定了一套工程示意性画法

也就是比例性的画法 这种画法的一个核心思想是

我们以螺纹的大径为一个基础

其它螺纹部分的尺寸按照大径成比例地进行绘制

我们来看一下 螺纹的牙顶线我们用粗实线绘制

相应的牙顶圆画成粗实线 螺纹的终止线画成粗实线

螺纹的牙底线画成细实线 需要注意的是

如果在画这个螺纹的时候我们已经画出了倒角

那么牙底线应该画入倒角

我们在画牙底线的时候

我们是不是要按真实的尺寸去把这个牙底线画出来呢

在比例性示意性画法当中这是不需要的

我们只要确定了大径d

那么我们这个小径d1取0.85d即可

在这个圆的视图中

我们画3/4的细线圆来表示这个牙底圆

没有画的1/4的细线圆向哪个方向开口

国标没有做出明确的规定

也就是它可以向任意的方向开口

在这个图中有一个地方需要提醒大家特殊的注意

在这个圆的视图中按照我们的投影规律

我们应该画出一个以粗实线圆来表示的倒角圆

但是国标规定 在这种情况下倒角圆不画

凭直观大家也比较容易理解

因为这个倒角圆和牙底圆距离实在是太接近了

如果画出了倒角圆

那将很有可能覆盖住了这个3/4的细线圆的牙底圆

那也就会给大家看图产生了不必要的麻烦

所以国标规定 为了保证牙底圆不受干扰 倒角圆不画

所以我们注意在螺纹的绘制过程中

牙顶线用粗实线 牙底线用细实线 螺纹终止线用粗实线

现在我们再来看一下内螺纹的画法

类似的牙顶线画成粗实线 牙底线画成细实线

螺纹终止线画成粗实线

那对应的牙顶线的小径和牙底线的大径

它们的比例关系是小径是0.85倍的大径

在这个圆的视图中 牙顶圆画成粗实线

牙底圆画成3/4的细实线圆

因为是剖视图 需要打上剖面符号

需要提醒大家注意的是 剖面线的符号一定要打至粗实线

也就是在这个区域 这个细实线一定要跟

这个粗实线表示的牙顶线的这条线要连上

就是剖面线要画至粗实线

同样的为了避免产生歧义 倒角圆不画