机械标准件公制螺纹应用手册

机械标准件公制螺纹应用手册前言公制螺纹作为机械工程中应用最为广泛的连接方式之一，其标准化、系列化程度直接影响到机械产品的设计、制造、装配及维护效率与可靠性。本手册旨在为机械设计、工艺、采购及现场维护人员提供一套系统、实用的公制螺纹应用指南，内容涵盖公制螺纹的基本概念、主要参数、标记方法、公差配合、常用标准件、选用原则、防松措施以及加工与检验的一般注意事项。我们期望通过本手册，帮助使用者在实际工作中正确理解和应用公制螺纹，从而提高产品质量，降低生产成本，确保连接安全。一、公制螺纹的基本概念与特点1.1公制螺纹的定义公制螺纹，即米制螺纹，是以毫米为单位的螺纹，其牙型角通常为60度。它是国际标准化组织（ISO）推荐的螺纹标准，也是我国机械行业的主导螺纹制式。公制螺纹具有互换性好、精度等级齐全、应用范围广等显著特点。1.2公制螺纹的主要分类公制螺纹按其用途可分为连接螺纹和传动螺纹两大类。*连接螺纹：主要用于零件之间的固定连接，要求具有足够的强度和紧密性。常见的有粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹。*传动螺纹：主要用于传递运动和动力，要求传动精度高、效率高、磨损小。如梯形螺纹、锯齿形螺纹等，但本手册重点讨论连接用公制普通螺纹。二、公制螺纹的主要参数理解并掌握公制螺纹的主要参数是正确应用的基础。2.1大径（D/d）大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径。在螺纹标记中，它是最基本的尺寸，代表螺纹的规格大小，例如M10中的“10”即表示大径为10毫米。2.2小径（D1/d1）小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径。它是螺纹的最小直径，常用于计算螺纹的强度。2.3中径（D2/d2）中径是一个假想圆柱体的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。中径是决定螺纹配合性质的关键参数，直接影响螺纹的旋合精度和连接可靠性。2.4螺距（P）螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对于单线螺纹，螺距等于导程；对于多线螺纹，导程等于螺距乘以线数。公制普通螺纹有粗牙和细牙之分，粗牙螺纹具有标准螺距，在标记中通常不标注螺距；细牙螺纹则需明确标注。2.5牙型角（α）牙型角是指在螺纹牙型上，相邻两牙侧间的夹角。公制普通螺纹的牙型角为60度。2.6旋向螺纹有右旋和左旋之分。右旋螺纹顺时针旋转时旋入，左旋螺纹逆时针旋转时旋入。在无特殊说明的情况下，一般均为右旋螺纹。三、公制螺纹的标记方法国家标准对螺纹的标记方法有明确规定，完整的螺纹标记能清晰地表达螺纹的各项特征。3.1普通螺纹的标记普通螺纹的标记由螺纹特征代号、尺寸代号、公差带代号及其他必要的补充代号组成。*螺纹特征代号：用字母“M”表示。*尺寸代号：由螺纹大径和螺距表示。粗牙螺纹仅标注大径，如M10；细牙螺纹需同时标注大径和螺距，如M10×1。*公差带代号：包括中径公差带代号和顶径（外螺纹大径、内螺纹小径）公差带代号。公差带代号由表示公差等级的数字和表示公差带位置的字母（内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母）组成。若中径公差带代号与顶径公差带代号相同，则只标注一次。例如，M10-5g6g表示粗牙普通外螺纹，大径10mm，中径公差带5g，顶径公差带6g；M10×1-6H表示细牙普通内螺纹，大径10mm，螺距1mm，中径和顶径公差带均为6H。*旋合长度代号：螺纹的旋合长度分为短（S）、中（N）、长（L）三种。一般情况下，不标注旋合长度代号时，默认为中等旋合长度（N）。必要时，可在公差带代号后标注旋合长度代号，如M10-5g6g-S。3.2标记示例解读*M20：表示公称直径为20mm的粗牙普通右旋螺纹，螺距为标准粗牙螺距，中等旋合长度，公差带未指定（需根据实际使用场合确定）。*M16×1.5-6g-LH：表示公称直径为16mm，螺距为1.5mm的细牙普通左旋外螺纹，中径和顶径公差带均为6g，长旋合长度。四、公制螺纹的公差与配合螺纹的公差与配合直接关系到螺纹连接的松紧程度、互换性和连接强度。4.1公差等级公制普通螺纹的公差等级按精度由高到低分为3、4、5、6、7、8、9级。其中，3级最高，9级最低。内螺纹的中径和小径公差等级选用范围一般为4H至8H；外螺纹的中径和大径公差等级选用范围一般为4h至8h、4g至8g等。4.2基本偏差基本偏差决定了公差带相对于基本牙型的位置。内螺纹的基本偏差代号为G和H，H为基准孔，下偏差为零；G的下偏差为正值。外螺纹的基本偏差代号为e、f、g、h，h为基准轴，上偏差为零；e、f、g的上偏差为负值。4.3配合方式螺纹的配合是由内、外螺纹的公差带组合表示的。在机械连接中，最常用的配合方式为：*H/g、H/h：间隙配合，用于一般的连接，允许有一定的间隙，装配容易。*G/h：间隙较小的配合，用于要求定心精度较高或需经常拆卸的场合。*H/s、H/r：过盈配合或过渡配合，用于传递较大扭矩或需要紧密连接的场合，但对加工精度要求较高。选择配合时，应综合考虑使用要求（如连接强度、密封性、可拆卸性、定心精度等）、加工能力及成本等因素。五、常用公制螺纹标准件公制螺纹标准件种类繁多，以下介绍几种最常用的类型及其应用特点。5.1螺栓螺栓是一种带有头部和外螺纹的紧固件，需与螺母配合使用，用于紧固连接两个带有通孔的零件。*六角头螺栓：应用最广泛，头部为正六边形，便于扳手拧紧。有全螺纹和部分螺纹之分，部分螺纹螺栓的螺杆部分较粗，刚性好。*内六角圆柱头螺栓：头部为内六角形，可沉入零件内部，不外露，适用于要求结构紧凑或外观平整的场合。*双头螺柱：两端均有外螺纹，一端旋入被连接件的螺纹孔中，另一端配以螺母。常用于被连接件之一较厚或不便于装拆的场合。5.2螺母螺母是与螺栓、螺柱配合使用的内螺纹紧固件。*六角螺母：与六角头螺栓配套，同样有普通型、薄型、厚型等。*锁紧螺母：具有防松功能，如尼龙嵌件锁紧螺母、全金属锁紧螺母等，用于振动或冲击场合，防止螺母自行松脱。5.3螺钉螺钉与螺栓的主要区别在于，螺钉通常直接旋入被连接件的螺纹孔中，不需要螺母（除紧定螺钉等少数类型外）。*开槽圆柱头螺钉/沉头螺钉：头部有一字槽，用于受力不大、不需经常拆卸的场合。*十字槽盘头螺钉/沉头螺钉：头部有十字槽，比一字槽更易对准和拧紧，应用广泛。*内六角螺钉：与内六角螺栓类似，但一般为全螺纹，常用于机械结构的固定。*紧定螺钉：末端有不同形状（如锥端、平端、圆柱端），拧入后末端顶住另一零件表面或嵌入相应的凹坑，以固定两个零件的相对位置，传递不大的力或扭矩。5.4垫圈垫圈通常放置在螺栓、螺母与被连接件之间，起保护被连接件表面、增大接触面积、防止松动或分散压力的作用。*平垫圈：分为A级和C级，A级用于精度要求较高的场合，C级用于表面粗糙、受力较大的场合。*弹簧垫圈：利用其弹性变形产生的弹力使螺纹连接保持紧固，防松效果中等。*齿形垫圈：通过齿尖嵌入被连接件表面，防松效果较好，常用于振动场合。六、公制螺纹的选用原则正确选用公制螺纹是保证连接质量和经济性的关键。6.1根据受力情况选择*受拉螺栓连接：应根据承受的轴向载荷，计算螺纹的小径（危险截面直径），并选择合适的螺纹规格和材料。*受剪螺栓连接：除考虑螺纹强度外，还需验算螺栓杆的抗剪强度和被连接件的挤压强度。*承受变载荷或冲击载荷：应选用强度较高的材料，适当增大螺纹直径，并采用细牙螺纹（细牙螺纹牙数多，牙型高度小，应力集中较小，疲劳强度较高）。6.2根据连接特点选择*可拆卸连接：应选择标准的螺栓、螺母连接，便于装拆。*永久性连接或不常拆卸连接：可选用螺钉连接，或采用焊接、铆接等其他方式与螺纹连接结合使用。*盲孔连接：通常选用螺钉或双头螺柱（一端拧入盲孔）。6.3根据使用环境选择*腐蚀环境：应选用耐腐蚀材料（如不锈钢）或表面进行防腐处理（如镀锌、镀铬、达克罗涂层）的螺纹件。*高温环境：需选用耐高温材料，并考虑温度对材料强度和螺纹配合间隙的影响。*振动环境：必须采取可靠的防松措施，如使用锁紧螺母、防松垫圈、点焊、涂胶等。6.4螺纹精度与旋合长度的选择*一般连接：选用中等精度（如6H/6g）和中等旋合长度即可满足要求。*精密连接或定心要求高的场合：应选用较高精度等级（如5H/5g）和较长旋合长度。*粗制连接或受空间限制的场合：可选用较低精度等级（如7H/8g）和较短旋合长度。七、螺纹连接的防松螺纹连接在振动、冲击或变载荷作用下，容易产生松动，导致连接失效，甚至引发事故。因此，必须采取有效的防松措施。7.1摩擦防松这是应用最广泛的防松方法，通过增加螺纹副之间或螺母与被连接件之间的摩擦力来防止松动。*弹簧垫圈：结构简单，成本低，但在冲击振动剧烈时防松效果可能下降。*双螺母：拧紧后，两螺母之间产生相互作用力，使螺纹副间保持压紧，防松效果较好，但重量和体积有所增加。*自锁螺母：如尼龙圈自锁螺母，利用尼龙圈的弹性变形箍紧螺栓螺纹；金属自锁螺母则通过局部变形使螺纹副产生过盈。自锁螺母防松可靠，可多次拆卸，但成本较高。7.2机械防松通过机械装置将螺母与螺栓或被连接件固定在一起，防止相对转动。*开口销与槽型螺母：将开口销穿过螺母上的槽和螺栓末端的孔，并将开口销尾部掰开，防松可靠，适用于重要的连接，但螺栓末端需制孔。*止动垫圈：如单耳止动垫圈、双耳止动垫圈、外舌止动垫圈等，通过将垫圈的耳部弯折，分别固定螺母和被连接件或螺栓头。*串联钢丝：用低碳钢丝穿过一组螺栓头部的孔（或螺母的槽），将螺栓（或螺母）串联起来，使它们相互制约，防止松动。适用于螺栓组连接。7.3永久防松将螺纹副进行永久固定，一般不拆卸，若需拆卸则可能损坏螺纹件。*点焊：将螺母与螺栓焊接在一起，防松效果极佳，但拆卸后螺纹件报废。*冲点：在螺母与螺栓的旋合处用冲头冲打凹痕，使螺纹产生塑性变形而相互卡住。*涂胶：在螺纹表面涂抹螺纹锁固胶，胶固化后将螺纹副粘结在一起，防松效果好，可拆卸（通过加热或使用专用溶剂）。选择防松方法时，应根据具体的工作条件、载荷性质、装拆要求及成本等因素综合考虑。八、螺纹加工与检验的一般注意事项8.1螺纹加工*攻丝（内螺纹加工）：*应根据螺纹的材料和精度选择合适的丝锥（手用丝锥、机用丝锥、螺旋槽丝锥、挤压丝锥等）。*攻丝前需钻底孔，底孔直径的大小对螺纹质量影响很大，应根据材料塑性（如钢件塑性好，底孔直径可略大；铸铁件塑性差，底孔直径可略小）和螺纹精度查取相关表格确定。*攻丝时应保证丝锥与工件表面垂直，均匀施加压力，并使用合适的切削液。*套丝（外螺纹加工）：*套丝前需检查圆杆直径，其直径应略小于螺纹大径（根据材料和螺纹规格确定）。*套丝时板牙应与圆杆轴线垂直，缓慢进给，使用切削液。*车削螺纹：在车床上加工螺纹，适用于精度要求较高或大直径的螺纹。需正确调整车床的挂轮和进给量，保证螺距准确。8.2螺纹检验*外观检验：目视检查螺纹牙型是否完整、有无裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。*尺寸检验：*螺纹量规：是检验螺纹最常用的工具，包括塞规（检验内螺纹）和环规（检验外螺纹），分别有通端（T）和止端（Z）。通端应能顺利旋入，止端不应旋入或旋入量不超过规定值。*螺纹千分尺：用于测量外螺纹的中径，精度较高。*三针测量法：一种精确测量外螺纹中径的间接方法，适用于精度要求高的螺纹或没有合适环规的场合。*旋合性检验：用相应的螺栓和螺母进行试装，检查旋合是否顺畅，有无卡滞或过松现象。九、常见问题及解决方法9.1螺纹滑扣（滑丝）*原因：材料强度不足、螺纹底孔过大（内螺纹）或圆杆直径过小（外螺纹）、装配时扭矩过大导致螺纹塑性变形或损坏、多次装拆导致螺纹磨损。*解决方法：对于不重要的场合，可采用加大一级螺纹（内螺纹）或更换螺栓（外螺纹）的方法；对于重要场合，可采用螺纹护套（如钢丝螺套）修复内螺纹，或采用焊接、镶套等方法修复。9.2螺纹咬死（粘扣）*原因：螺栓和螺母材料相同或相近、装配时未涂润滑剂、拧紧速度过快或扭矩过大、螺纹表面有杂质或粗糙度过高、在高温或腐蚀性环境下工作。*解决方法：避免使用同种材料的螺栓和螺母；装配时涂抹合适的润滑剂（如二硫化钼润滑脂）；控制拧紧扭矩和速度；确保螺纹清洁和表面质量。一旦发生咬死，应尽量避免强行拆卸，可采用加热、敲击、点焊松动等方法尝试取下，必要时需破坏螺栓或螺母。9.3螺栓断裂