8.1 螺纹及螺纹紧固件
8.1.1 螺纹
1.螺纹的形成和结构
螺纹是按照螺旋线原理形成的。圆柱面上一点A绕圆柱的轴线作等速旋转运动的同时又沿一条直线作等速直线运动，A点形成的运动轨迹就是螺旋线，如图8-1所示。
在车床上加工螺纹是一种普通的螺纹加工方法，如图8-2所示。将工件装夹在车床主轴的卡盘上，它随主轴作等角速旋转（即绕圆柱的轴线作等角速旋转运动），同时，车刀沿轴线方向作等速移动（即一直沿母线作等速直线运动）。这样当刀尖切入工件达一深度时，就能在工件上车制出螺纹。在圆柱（或圆锥）外表面上形成的螺纹称为外螺纹；在圆柱（或圆锥）内表面上形成的螺纹称为内螺纹。
图8-1 圆柱螺旋线
图8-2 用车床加工螺纹
螺纹的凸起部分称为牙顶，沟槽部分称为牙底。在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状称为螺纹牙型，如图8-3所示。
螺纹件在安装时为防止端部损坏影响旋合，通常在螺纹的端头处制出锥形的倒角或球形倒圆，如图8-4所示。
图8-3 螺纹的牙型、大径、小径和螺距
图8-4 螺纹的倒角、倒圆
在车削螺纹时，当刀具将要到达螺纹终止处时，要逐渐离开工件，因而在螺纹终止处附近的牙型逐渐变浅，形成不完整的螺纹牙型，这一段螺纹称为螺尾，如图8-5（a）所示。有时为了避免产生螺尾，在该处预制出一个退刀槽，如图8-5（b）和（c）所示。螺纹的收尾、退刀槽均已标准化。
图8-5 螺纹收尾、退刀槽
2.螺纹的结构要素
内、外螺纹连接时，只有当下述结构要素相同时，才能旋合在一起。
（1）牙型 牙型有三角形、梯形、锯齿形和方形等，不同的牙型有不同的用途。
（2）公称直径 公称直径是代表螺纹规格尺寸的直径，一般是指螺纹的大径，它是与外螺纹的牙顶或内螺纹的牙底相重合的假想圆柱面的直径，用d（外螺纹）或D（内螺纹）表示。与外螺纹的牙底或内螺纹的牙顶相重合的假想圆柱面的直径称为螺纹的小径，用d1（外螺纹）或D1（内螺纹）表示，如图8-3所示。
（3）线数 螺纹有单线和多线之分，沿一条螺旋线形成的螺纹，称为单线螺纹；沿两条或两条以上螺纹线所形成的螺纹称为多线螺纹。螺纹的线数以n表示，如图8-6所示。
（4）螺距和导程 螺纹相邻两牙在中径线（中径指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，该假想圆柱称为中径圆柱，中径圆柱的母线称为中径线）上对应两点间的轴向距离，称为螺距，用P表示。同一条螺距线上的相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离，称为导程，用S表示。对于单线螺纹，导程与螺距相等，即S＝P；多线螺纹的导程等于线数乘螺距，即S＝n×P。如图8-6所示。
（5）旋向 螺纹的旋向有左旋向和右旋向之分。工程上常用右旋螺纹。顺时针旋转时旋入的螺纹称为右旋螺纹；逆时针旋转时旋入的螺纹称为左旋螺纹。也可用左右手判别，如图8-7所示。
图8-6 螺纹的线数、导程与螺距
图8-7 螺纹旋向
在螺纹的结构要素中，牙型、直径和螺距是决定螺纹最基本的要素，通常称它们为螺纹三要素。凡螺纹三要素符合国家标准的称为标准螺纹；牙型符合标准，而直径或螺距不符合标准的称为特殊螺纹，标注时应在牙型符号前加注“特”字；牙型不符合标准的称为非标准螺纹，如方牙螺纹。
3.螺纹的种类
按螺纹的用途，可将螺纹分为以下两大类。
1）连接螺纹
常用的连接螺纹有粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹、圆柱管螺纹和圆锥管螺纹，这些螺纹的牙型均为三角形。普通螺纹的牙型为等边三角形（牙型角为60°），如图8-8（a）所示。细牙螺纹和粗牙螺纹的区别是：在大径相同的条件下，细牙螺纹比粗牙螺纹的螺距小。圆柱管螺纹和圆锥管螺纹的牙型为等腰三角形（牙型角为55°），如图8-8（b）所示。
图8-8 螺纹牙型
2）传动螺纹
常用的传动螺纹有梯形螺纹、锯齿螺纹和方形螺纹。梯形螺纹的牙型为等腰梯形（牙型角为30°），如图8-8（c）所示。锯齿型螺纹的牙型为不等腰梯形，一侧边与铅垂线的夹角为30°，形成33°的牙型角，如图8-8（d）所示。
以上的普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹均为标准螺纹，方牙螺纹为非标准螺纹。
4.螺纹的规定画法
如果按真实投影绘制螺纹是十分麻烦的事情，并且在实际生产中也是没有必要的，为了便于绘图，国家标准（GB/T 4459.1—1995）对螺纹的画法作了如下规定。
1）外螺纹的画法
外螺纹大径（牙顶）用粗实线画，小径（牙底）用细实线画，在投影为圆的视图上，表示大径的圆用粗实线画，表示小径的圆用细实线画3/4圈，如图8-9所示。
图8-9 外螺纹的画法
2）内螺纹的画法
内螺纹一般采用剖视图。在投影为非圆的剖视图中，螺纹的大径（牙底）用细实线画，小径（牙顶）用粗实线画。剖面线应画至牙顶粗实线处，如图8-10（a）所示。螺纹终止线用粗实线画，在投影为圆的视图上表示螺纹大径的圆用3/4圈的细实线，表示螺纹小径的圆用粗实线，倒角圆可省略不画，未剖开的视图上螺纹大径、小径及螺纹终止线均画成虚线，如图8-10（b）所示。
图8-10 内螺纹的画法
3）非标准螺纹的画法
对于标准螺纹只需注明代号，不必画出牙型；而对于非标准螺纹，如方牙螺纹，则需要在零件图上作局部剖视表示牙型，或在图形附近画出螺纹局部放大图，如图8-11所示。
4）内、外螺纹连接的画法
内、外螺纹旋合在一起，称为螺纹连接。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。应注意，表示大、小径的粗实线和细实线应分别对齐，而与倒角的大小无关，如图8-12所示。
图8-11 非标准螺纹的画法
图8-12 螺纹连接的画法
5）其他规定画法
对于不穿通的螺纹，钻孔深度与螺纹深度要分别画出，如图8-13（b）所示，钻孔深度一般应比螺纹深度深0.5D（D为螺孔大径）。又由于钻头锥端角约为120°，所以钻孔底部以下的钻头角应画成120°，如图8-13（a）所示。螺孔相交时，只需画出钻孔的交线（用粗实线表示），如图8-14所示。
图8-13 不通螺孔的画法
图8-14 螺孔相交画法
5.螺纹的代号及标注
各种螺纹的画法都相同，为了便于区别，每一种螺纹都有规定的代号和标记，在图纸上必须标注螺纹的规定代号或标记。各种螺纹的标注格式如表8-1所示，下面介绍其中主要的几种。
表8-1 各种螺纹的标注格式
1）普通螺纹
普通螺纹的牙型代号为M，其直径、螺距可查阅相关的标准规定。同一公称直径的普通螺纹，其螺距为一种粗牙和一种或一种以上的细牙，因此在标注细牙普通螺纹时，必须标出螺距。
普通螺纹的标注格式如下：
例如：
如果中径与顶径公差代号相同，则只注一个代号。
例如，M10—6H表示公称直径为10mm，右旋的粗牙普通螺纹（粗牙普通螺纹不标螺距），中径和顶径公差带皆为6H，旋合长度按中等考虑。
对于常用的内外螺纹公差带的规定如下。
（1）内螺纹的基本偏差有G、H两种，外螺纹的基本偏差有e、f、g、h四种，中径和顶径的基本偏差相同。
（2）内螺纹中径和顶径的公差等级有4、5、6、7、8五种；外螺纹顶径公差等级有4、6、8三种；中径的公差等级有3、4、5、6、7、8、9七种。
螺纹的旋合长度有短（S）、中（N）、长（L）三种，相应的长度可以根据螺纹大径及螺距从表8-1中查出，一般多采用中等，不标注旋合长度。
内、外螺纹旋合在一起时，标记中的公差代号用斜线分开。
例如：
2）管螺纹
管螺纹只标注牙型代号、公称直径和旋向。标注格式如下：
例如：
管螺纹的尺寸代号不是螺纹的大径，而是管子孔径的近似值，管螺纹的大径、小径和螺距可查阅相关的标准规定。
3）梯形螺纹与锯齿形螺纹
梯形螺纹的牙型代号为Tr，标注格式如下：
例如：
如果是单线螺纹，只需标注螺距，右旋不标注，中等旋合长度不标注。
8.1.2 螺纹紧固件
1.紧固件的种类及标记
常见的螺纹紧固件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈等，如图8-15所示。螺纹紧固件的结构、尺寸均已标准化，属于标准件，由专门的工厂生产。常用螺纹紧固件及其规定标记如表8-2所示。
图8-15 常用螺纹紧固件
表8-2 常见螺纹紧固件及其规定标记
续表
2.螺纹紧固件的画法
螺纹紧固件是标准件，其结构尺寸数据可以从有关的手册中查得。但是为了画图方便，提高绘图速度，螺纹紧固件各部分的尺寸都可以按螺纹大径d（或D）的一定比例数值画，而对于螺纹紧固件的有效长度L，需经计算后参考长度标准选定。
常见螺纹紧固件的比例画法如图8-16所示。
图8-16 常见螺纹紧固件的比例画法
3.螺纹紧固件连接的画法
螺纹紧固件的连接就是运用一对内、外螺纹的连接作用来连接紧固一些零部件。常见的螺纹紧固件有螺栓、螺母、垫圈等，由它们将两零件连接在一起。在画螺纹紧固件连接时，要注意以下几点。①两零件接触表面只画一条线，不接触表面，无论间隙多小，要画两条直线。②当剖切平面通过螺杆的轴线时，螺栓、螺柱、螺母、螺钉及垫圈等均按未剖切绘制，即只画出其外形；但垂直于螺杆轴线剖切时，则应按剖视图的规定绘制。③在剖视图中，相邻两零件的剖面线方向应相反；无法做到时，应互相错开，但同一零件在各个剖视图中的剖面线方向和间隔应一致。
1）螺栓连接
螺栓连接是将两个不太厚的零件连接在一起，这两个零件钻成通孔，螺栓穿过去，再装上垫圈拧紧螺母。连接的画法如图8-17所示。
螺栓的有效长度L的确定公式如下：
L＝δ1＋δ2＋0.15d（垫圈厚）＋0.8（螺母厚）＋0.3d
式中：δ1、δ2为两零件的厚度，0.3d是螺栓末端的伸出高度。
根据以上估算的数值，按标准长度系列选取与其相适应的数值。螺纹的终止线低于两零件通孔的顶面，以便拧紧螺母时有足够的螺纹长度。
2）双头螺柱连接
双头螺柱连接是将一个较薄零件和一个较厚零件连接在一起，较薄的零件上钻通孔，而较厚的零件上钻不穿通的螺孔（内螺纹），连接时，将螺柱的一端拧入较厚零件的螺孔中，另一端穿过较薄的零件上的通孔，套上垫圈，再用螺母拧紧。
图8-17 螺栓连接画法
双头螺柱的连接画法如图8-18所示。
画双头螺柱连接时，要注意以下几点。
图8-18 双头螺柱连接画法
（1）双头螺柱的旋入端长度L1的值与零件的材料有关，对于钢或青铜，L1＝d；对于铸铁，L1＝1.25d或1.5d；对于铝合金，L1＝2d。
（2）旋入端全部拧入零件的螺孔内，所以终止线与零件端面应平齐。
（3）双头螺柱的长度为：
L＝δ＋0.15d（垫圈厚）＋0.8（螺母厚）＋0.3d
（4）零件上螺孔深度应大于旋入端的螺纹长度L1，在画图时，螺孔的螺纹深度可按L1＋0.5d画出，钻孔的深度可按L1＋d画出。
（5）采用弹簧垫圈的画法如图8-18（b）所示。
3）螺钉连接
螺钉连接的两个零件的连接方式同双头螺柱的相同。较厚的零件加工成不穿通的螺孔（多为盲孔），较薄的零件加工成光孔，将螺钉穿过光孔而旋入螺孔，靠螺钉头部压紧，将两被连接零件连在一起。螺钉连接多用于受力不大的情况下。螺钉连接的画法如图8-19所示。
图8-19 螺钉连接画法
螺钉连接画图时应注意以下几点。
（1）螺钉的有效长度L应按下式估算：
L＝δ＋L1
式中：L1根据被旋入零件的材料而定（见双头螺柱），然后根据估算值选取标准系列数值。
（2）为了使螺钉能压紧被连接零件，螺钉的螺纹终止线应高出螺孔的端面或螺杆全长上都有螺纹。
（3）螺钉头上的一字槽在投影为非圆的视图上时，缺口应面向观察者并按一定比例画出；而在投影为圆的视图上，通常将一字槽画成与中心线成45°。
（4）当槽宽小于2mm时，可涂黑表示。
图8-20所示为紧定螺钉连接的画法。
图8-20 紧定螺钉连接画法
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