《螺纹及常用件改》课件

螺纹及常用件改螺纹作为机械工程中最基础且重要的连接元件，其技术改进直接关系到产品质量和工程安全本课程将系统介绍螺纹基础知识、常用件技术规范以及螺纹常用件的改进方法，通过理论与实践相结合的方式，帮助学员掌握螺纹技术的核心要点和创新应用课程内容目录1螺纹基础知识2常用件介绍包括螺纹定义、分类、参数和螺栓、螺钉、螺母、垫圈等标标准等核心理论准件的特点与应用3改进方法与案例螺纹常用件的技术改进策略和实际应用案例分析第一部分螺纹基础知识螺纹定义螺纹分类技术参数行业标准在圆柱体或圆锥体表面沿螺按用途、形状、牙型等不同外径、内径、中径、螺距等ISO、GB等国际国内标准确旋线形成的连续螺旋棱，是标准进行分类，满足各种工关键参数决定螺纹的性能特保螺纹的互换性和质量工业中应用最广泛的机械元程需求征件螺纹的定义结构特征应用范围在圆柱体或圆锥体表面上沿螺旋工业中应用最广泛的机械元件之线方向突起的连续螺旋棱，具有一，从精密仪器到重型机械都离规则的几何形状和精确的尺寸要不开螺纹连接其应用覆盖了机求这种特殊的几何结构使得螺械制造、建筑工程、电子设备等纹能够实现可靠的机械连接各个领域主要功能主要应用于连接和传动两大类功能连接功能用于零件的固定和紧固，传动功能用于运动和动力的传递，满足不同工程需求螺纹的分类

（一）用途分类连接螺纹用于零件的连接或紧固，是机械装配中最常见的螺纹类型具有良好的自锁性能，确保连接的可靠性和稳定性传动螺纹用于运动和动力传递，将旋转运动转换为直线运动或传递扭矩在机床、起重设备等精密机械中应用广泛密封螺纹用于流体密封连接，防止液体或气体泄漏在管道系统、压力容器等需要密封的场合发挥重要作用螺纹的分类

（二）形状分类圆锥螺纹左旋螺纹在圆锥体表面上形成，具有良逆时针方向旋转拧紧，用于特好的密封性能殊场合圆柱螺纹右旋螺纹在圆柱体表面上形成，是最常顺时针方向旋转拧紧，是标准见的螺纹形式螺纹形式2314螺纹的分类

（三）牙型分类1三角形螺纹牙形为等边三角形，主要用于连接，具有良好的自锁性能和较高的连接强度2梯形螺纹牙形为等腰梯形，用于双向传动，传动效率高，广泛应用于机床丝杠3矩形螺纹牙形为矩形，传动效率最高，但制造困难，主要用于精密传动装置4锯齿形螺纹牙形为锯齿状，用于单向传递大力，如千斤顶、压机等重载设备螺纹主要参数

（一）中径内径（小径）母线通过牙型上凸起和沟槽两者宽度相等的外径（大径）与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆假想圆柱体直径，是螺纹配合的基准中径与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径，影响螺纹的强度内径是计算螺是螺纹最重要的参数，决定了螺纹的配合性柱体直径，是螺纹的基本尺寸参数外径决纹强度的重要参数，直接关系到螺纹连接的质和连接质量，是螺纹加工和检验的主要控定了螺纹的规格大小，是选择配合螺纹的重承载能力在强度计算中，通常以内径作为制参数要依据通常用字母D表示外螺纹外径，d表危险截面示内螺纹外径螺纹主要参数

（二）螺距P相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离，是螺纹几何特征的基本参数螺距决定了螺纹的密度和强度，细牙螺纹具有更小的螺距和更高的连接强度导程Ph同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离，影响传动效率导程与螺纹的传动性能密切相关，导程越大，传动效率越高，但精度相对较低单线螺纹螺纹只有一条螺旋线，导程等于螺距单线螺纹制造简单，精度高，主要用于连接和精密传动场合多线螺纹螺纹有多条螺旋线，导程等于螺距乘以螺纹条数多线螺纹传动效率高，主要用于快速传动和大导程传动装置螺纹主要参数

（三）牙型角α螺纹牙形两侧边的夹角1牙侧角β2对称牙形的牙侧角β=α/2螺纹升角γ3螺旋线切线与垂直面的夹角这些角度参数直接影响螺纹的机械性能和加工工艺牙型角决定螺纹的强度和自锁性能，牙侧角影响应力分布，螺纹升角则与传动效率和自锁性能密切相关合理的角度设计是保证螺纹性能的关键因素常用螺纹标准M BSW公制螺纹英制螺纹采用公制单位，应用最广泛的螺纹标准采用英制单位，主要在英美国家使用G ISO管螺纹国际标准专门用于管道连接的螺纹标准国际标准化组织制定的通用标准普通螺纹特点三角形牙形粗牙与细牙采用60°三角形牙形，具有良分为粗牙和细牙两种规格，细好的自锁性能和较高的连接强牙螺纹具有更高的连接强度和度，是连接螺纹的标准形式更好的密封性能，适用于要求较高的场合右旋标准右旋为标准形式，顺时针方向旋转拧紧，符合人体工程学习惯，操作方便且不易出错传动螺纹特点多样化牙形牙形有梯形、矩形、锯形等多种类型，每种牙形都针对特定的传动需求进行优化设计梯形螺纹适用于双向传动，矩形螺纹效率最高，锯形螺纹适合单向大载荷传动高效传动传递运动和动力时要求效率高、自锁性能合适传动螺纹的设计重点在于减少摩擦损失，提高传动精度，同时保证适当的自锁性能以防止逆转承载特性具有单向或双向承载能力，根据工作条件选择合适的螺纹类型单向承载螺纹结构简单、承载能力大，双向承载螺纹适用于往复运动场合连接螺纹与传动螺纹的区别连接螺纹要求传动螺纹要求当量摩擦角大，确保良好的自锁性能，防止在振动或载荷变化时效率高，减少能量损失，提高传动性能承载能力大，能够承受松动装配拆卸方便，便于维护和更换标准化程度高，保证互较大的轴向力和扭矩运动平稳，保证传动精度和使用寿命，减换性和通用性，降低制造和使用成本少磨损和噪音•自锁性能好•传动效率高•装配方便•承载能力大•标准化程度高•运动平稳螺纹的工程应用精密运动传递机械固定连接在精密机械中实现高精度的直线运动和位置控制在机械设备中实现零部件的可靠连接和固定，是最基础和重要的应用调节装置用于各种调节机构，实现精确的位置和压力调节测量工具在测量仪器中实现精密的位移测量和校密封连接准在管道和容器中提供可靠的密封连接螺纹的画法与标注轴测图表示法用于立体表现螺纹的真实形状剖视图表示法显示螺纹的内部结构和牙形特征端面表示法表示螺纹的端面投影和螺旋方向标注规则按照国家标准进行规范化标注第二部分常用件介绍螺纹常用件是机械工程中不可缺少的标准零件，包括螺栓、螺钉、螺母、垫圈、销与键等这些标准件的正确选择和应用直接影响到机械产品的质量、可靠性和使用寿命了解各类常用件的特点和应用场合是机械设计的基础技能螺栓结构特点与类型标准规格螺栓由头部、杆部和螺纹段组按照国家标准和国际标准生产，成，头部有六角、方形、圆形等规格齐全，从M3到M100以上都多种形状根据应用需求分为普有相应的标准标准化确保了螺通螺栓、精制螺栓、高强度螺栓栓的互换性和质量一致性，便于等类型，每种类型都有特定的技设计选用和采购管理术要求和应用范围应用场合广泛应用于机械设备、建筑结构、车辆制造等领域在需要经常拆卸的连接部位特别适用，能够提供可靠的连接强度同时便于维护和更换螺栓的主要类型六角头螺栓方头螺栓型槽用螺栓T最常用的螺栓类型，六角头便于扳手操头部为方形，主要用于重型机械和建筑结专门用于T型槽的连接，头部设计适合槽内作，连接可靠，适用于一般机械连接标构方头设计提供更大的扭矩传递能力，滑动和定位广泛应用于机床工作台、夹准化程度高，规格齐全，是机械工程中的适合大载荷和高强度连接场合具和模具的连接固定主要连接件螺钉1结构特点螺钉通常直接拧入被连接件的螺纹孔中，不需要螺母配合头部形状多样，包括十字槽、一字槽、六角槽等，适应不同的装配工具和使用环境2主要类型包括机器螺钉、自攻螺钉、木螺钉等，每种类型针对不同材料和应用场合设计机器螺钉用于金属件连接，自攻螺钉可直接在薄板上成型螺纹3应用场合广泛应用于电子设备、家具制造、汽车工业等领域特别适用于空间受限、需要从一侧装配的连接场合，简化了装配工艺4选用原则根据被连接材料、载荷大小、工作环境等因素选择合适的螺钉类型和规格考虑装配工艺、美观要求和成本因素螺钉的主要类型机器螺钉用于金属零件的连接，螺纹精度高，强度大头部有圆头、沉头、半沉头等形式，适应不同的装配要求和外观需求自攻螺钉能够在薄壁材料上直接攻制螺纹，简化装配工艺广泛应用于薄板连接、塑料件固定等场合，提高装配效率木螺钉专门用于木材连接，螺纹形状针对木材纤维特点设计头部多为沉头形式，便于表面处理和美观要求紧定螺钉用于零件的轴向固定和位置调整，头部有内六角、十字槽等形式在精密机械中广泛应用于轴类零件的固定螺母结构特点螺母是带有内螺纹的紧固件，与螺栓配合使用实现连接结构简单但作用重要，是螺纹连接中不可缺少的组成部分主要类型包括六角螺母、方螺母、圆螺母、翼形螺母等多种类型，每种类型都有特定的应用场合和技术要求应用场合广泛应用于各种机械连接中，是实现可拆卸连接的重要零件在需要经常装拆的部位特别重要选用原则根据螺栓规格、工作环境、装配空间等因素选择合适的螺母类型，确保连接的可靠性和便于操作螺母的主要类型锁紧螺母防松性能好，适用于振盖形螺母翼形螺母动环境保护螺栓端部，美观实手动操作，无需工具用六角螺母连接螺母最常用的螺母类型，操作方便用于杆件的连接和延长垫圈平垫圈最基本的垫圈类型，用于增大接触面积，减小接触应力，保护被连接件表面材质包括钢、不锈钢、铜、铝等，根据工作环境选择合适材料弹簧垫圈具有弹性变形能力，能够补偿螺纹连接的松动，提供一定的防松效果开口弹簧垫圈应用最广泛，安装简便，成本低廉止动垫圈带有内齿或外齿的垫圈，通过齿部嵌入螺母和被连接件表面实现防松防松效果显著，适用于重要连接部位密封垫圈采用橡胶、聚四氟乙烯等密封材料制成，提供密封功能的同时起到垫圈作用广泛应用于需要防止流体泄漏的连接场合销与键销类键类圆柱销用于零件的定位和连接，精度高，安装方便圆锥销具有平键是最常用的键连接形式，结构简单，制造容易，能够传递扭自锁性能，拆装时有一定的过盈量，连接更加牢固可靠矩半圆键适用于轻载场合，楔键能够传递轴向力和扭矩•圆柱销精确定位•平键传递扭矩•圆锥销自锁连接•半圆键轻载应用•弹性销补偿误差•楔键轴向固定第三部分螺纹常用件改的必要性技术需求提高可靠性和性能1经济效益2降低成本提高效率市场竞争3满足行业发展要求问题分析4解决现有技术缺陷随着工业技术的不断发展和应用要求的提高，传统螺纹常用件在某些方面已经不能完全满足现代工程的需求通过技术改进，可以显著提升产品性能，降低使用成本，增强市场竞争力现有螺纹常用件问题分析强度不足易松动密封性能差在高载荷或交变载荷在振动环境下螺纹连普通螺纹连接在流体作用下，传统螺纹常接容易松动，导致连密封方面存在不足，用件可能出现疲劳断接失效传统防松措容易发生泄漏需要裂材料强度限制和施效果有限，需要开改进螺纹结构和配合应力集中是主要原发更有效的防松技术精度，或采用专门的因，需要通过材料改和结构设计密封措施进和结构优化来解决耐腐蚀性不足在恶劣环境下普通钢制螺纹件容易腐蚀，影响使用寿命需要采用耐腐蚀材料或改进表面处理工艺改进的技术需求提高可靠性通过材料改进、结构优化和工艺创新，显著提高螺纹常用件的可靠性和安全系数，减少故障率和维护频次增强耐用性延长使用寿命，提高耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损性能，适应更加苛刻的工作环境和更长的服役期要求优化装配性能改进装配工艺，提高装配效率和精度，减少装配错误，降低对操作人员技能的要求，实现标准化作业提高互换性完善标准化体系，提高产品的互换性和通用性，降低库存成本，便于维护和更换，提高供应链效率改进的经济效益改进的市场竞争力适应特殊工况要求满足行业标准升级满足特殊行业和极端环境的应用需求，拓展产品应用范围适应不断提高的行业技术标准和质量要求，保持产品的市场准入资格符合环保与安全规范满足日益严格的环保和安全要求，提升企业社会责任形象拓展应用领域提升产品质量形象进入高端市场和新兴应用领域，实现产品价值提升通过技术创新树立高质量产品形象，增强品牌价值和客户信任第四部分螺纹常用件改的方法与步骤设计分析阶段需求分析和方案设计材料选择新材料应用和性能优化结构优化几何形状和力学性能改进工艺改进制造工艺和表面处理创新验证测试性能验证和质量控制设计分析阶段需求确定明确技术指标、工作环境、载荷条件等具体要求通过用户调研和现场分析，确定改进目标和约束条件，为后续设计提供明确方向性能参数分析对现有产品进行详细的性能分析，识别薄弱环节和改进空间建立性能评价体系，量化分析各项技术指标的重要性和改进潜力仿真分析CAD/CAE利用计算机辅助设计和工程分析软件，对改进方案进行数值模拟和优化通过有限元分析预测结构性能，减少试验成本方案比较与选择对多个改进方案进行技术经济比较，综合考虑性能、成本、可制造性等因素，选择最优方案进行详细设计材料选择传统材料局限性新型材料特性普通碳钢和合金钢在强度、耐腐钛合金具有高强度、轻质量、耐蚀性、重量等方面存在局限性腐蚀等优异性能不锈钢、镍基在高温、腐蚀性环境或轻量化要合金、陶瓷材料等在特定环境下求下，传统材料难以满足性能需表现出色复合材料结合了多种求，需要寻求新的材料解决方材料的优点，实现性能定制化案表面处理技术通过电镀、喷涂、化学处理等表面改性技术，提高材料的耐腐蚀性、耐磨性和美观性纳米涂层、离子注入等先进技术为材料性能提升提供新途径结构优化几何形状改进通过优化螺纹牙形、过渡圆角、头部形状等几何参数，减少应力集中，提高疲劳强度采用变截面设计实现材料的合理分布重量轻量化设计在保证强度的前提下，通过结构优化减轻重量采用空心结构、减重槽等设计，特别适用于航空航天等对重量敏感的应用场合应力分布优化通过有限元分析优化应力分布，消除应力集中点合理设计过渡区域的几何形状，使载荷传递更加均匀，提高整体强度抗松动结构设计开发新型防松结构，如预紧力指示器、锁紧螺纹等通过结构创新实现更可靠的防松效果，减少对额外防松件的依赖工艺改进传统加工工艺的局限精密加工技术应用传统的车削、铣削等加工工艺在精度、效率和一致性方面存在局数控加工、精密磨削、电加工等先进制造技术大幅提高了加工精限对于复杂几何形状和高精度要求的零件，传统工艺难以满足度和效率激光加工、3D打印等新兴技术为复杂结构制造提供现代制造的需求了新的可能性•精度限制•数控加工•效率偏低•激光处理•一致性差•增材制造验证测试样品制作按照改进设计方案制作试验样品，严格控制制造工艺和质量标准样品应具有代表性，能够真实反映批量生产的产品特性，为后续测试提供可靠基础物理性能测试进行拉伸强度、硬度、冲击韧性等基本力学性能测试通过标准试验方法获得准确的材料性能数据，验证设计计算的正确性和材料选择的合理性环境适应性测试在高温、低温、腐蚀性介质等特殊环境下进行性能测试评估产品在实际工作环境下的性能稳定性和可靠性，确保改进效果的实用性耐久性测试进行疲劳试验、松动试验等长期性能测试通过加速试验方法预测产品的使用寿命，验证改进措施对产品耐久性的提升效果防松技术

（一）摩擦防松摩擦防松原理常用摩擦防松结构应用场合通过增加螺纹副之间的摩擦包括尼龙锁紧螺母、金属锁适用于中等载荷、温度变化力来防止松动在螺纹表面紧螺母、椭圆变形螺母等不大的环境在汽车、机械或螺母结构中增加摩擦元这些结构通过局部变形或嵌设备等领域应用广泛，特别件，如尼龙嵌件、金属嵌件入摩擦材料，在螺纹配合时适合不需要频繁拆装的连接等，提高拧紧时的摩擦阻产生额外的摩擦力部位力优缺点分析优点是结构简单、成本低、防松效果稳定缺点是拆装扭矩增大、重复使用性能下降、在高温环境下摩擦材料可能失效防松技术

（二）机械防松机械防松原理常用机械防松装置利用机械结构阻止螺纹副的相对转动弹簧垫圈、止动垫圈、开口销等优缺点分析应用场合防松可靠但结构复杂，拆装不便振动较大、安全要求高的连接部位防松技术

（三）永久防松永久防松方法采用螺纹胶、焊接、铆接等方法实现永久性连接螺纹胶在螺纹间隙中固化，形成牢固的粘接层，有效防止松动应用场合不需要拆卸的重要连接部位，如发动机关键螺栓、结构件连接等特别适用于承受强烈振动和冲击的场合优缺点分析防松效果最佳，但拆卸困难甚至无法拆卸需要在设计时充分考虑维护需求，选择合适强度的螺纹胶选用建议根据连接重要性、维护要求、工作环境等因素综合选择对于安全关键部位可采用永久防松，一般部位宜选择可拆卸防松方式第五部分螺纹常用件改的案例分析通过具体的工程改进案例，我们可以深入了解螺纹常用件改进的实际应用和效果这些案例涵盖了不同行业、不同技术路线的改进方案，为类似工程问题的解决提供了宝贵的参考经验和技术借鉴案例一高强度螺栓改进需求背景某重型机械设备在高载荷工况下频繁出现螺栓断裂现象，严重影响设备可靠性和安全性经分析发现原有M20螺栓强度等级为

8.8级，无法满足1200kN的工作载荷要求材料改进将原有40Cr材料改为42CrMoA合金钢，通过合金元素的优化配比提高材料强度改进后材料的屈服强度从640MPa提升到900MPa，抗拉强度达到1100MPa热处理工艺优化采用调质处理替代原有的正火处理，通过淬火+回火工艺精确控制组织结构优化加热温度、保温时间和冷却速度，获得理想的回火索氏体组织几何结构调整增大过渡圆角半径，减少应力集中系数将螺栓头部过渡圆角从R2改为R4，根据有限元分析结果，应力集中系数降低了25%效果验证与应用改进后螺栓通过了1500kN的拉伸试验和200万次疲劳试验实际应用中设备连续运行18个月无故障，螺栓使用寿命提高了3倍以上案例二防松螺母设计问题描述设计方案某振动筛设备在工作过程中螺母频繁松动，导致设备停机维修开发了带有径向变形槽的新型防松螺母在螺母侧面加工三个均现场调查发现振动频率为50Hz，加速度达到15g，普通六角螺匀分布的径向槽，使螺母在拧紧时产生径向收缩，增加与螺栓的母无法保持有效预紧力接触压力经过故障分析，确定问题的根本原因是振动导致的微动松动传同时在螺母端面设计了锯齿状结构，与被连接件表面形成机械互统的弹簧垫圈在高频振动下失效，需要开发专门的防松螺母结锁这种双重防松机制确保了在振动环境下的可靠连接构。