螺紋連接原理(lǐ)
螺旋也(yě)是一種機械，是鞋面類機械的變形
如果我們将一個與水(shuǐ)平面傾斜角爲l的直線繞在圓柱體上(shàng)，就可以形成一條螺旋線，如果用(yòng)一個平面圖形，例如梯形、三角形或者矩形沿着螺旋線運動，并保持此平面圖形始終在通過圓柱軸線的平面内，則此平面圖形的輪廓在空(kōng)間的軌迹就形成螺紋
外(wài)（陽）螺旋和(hé)内（陰）螺旋相互配合，通過旋轉其中一個就可以使兩者沿螺旋移動，産生相對(duì)的螺旋運動，這(zhè)就是螺旋副
螺紋五要素爲：螺紋的牙型、大(dà)徑、螺距、線數和(hé)旋向，隻有五要素相同的内、外(wài)螺紋才能(néng)互相旋合
螺旋副在機械裝置上(shàng)不僅用(yòng)來(lái)做螺栓，也(yě)通常被用(yòng)作(zuò)傳力、傳動等，利用(yòng)互相形成螺旋副的若幹零件，構成一種機械靜聯接的形式，将被聯接件之間的相對(duì)位置或姿态固定起來(lái)，使其無相對(duì)運動就可以形成螺紋聯接，螺紋聯接是一種可拆聯接，無需損壞聯接中的任何一個零件就可以拆開(kāi)，具有結構簡單、拆裝方便、适用(yòng)範圍廣的特點
常見的螺紋聯接的形式
螺栓聯接：被聯接件通孔和(hé)螺栓孔之間有間隙，加工(gōng)精度要求低(dī)，結構簡單，裝卸方便，不受被聯接件材料的限制，但(dàn)安裝空(kōng)間較大(dà)，需兩頭同時(shí)操作(zuò)
雙頭螺柱聯接：用(yòng)于被聯接件不宜制成通孔，且需要經常拆裝的場合。安裝和(hé)拆卸過程，需要專用(yòng)工(gōng)具，如進排氣歧管安裝、渦輪增壓器安裝、線束支架安裝等
螺釘聯接：結構簡單緊湊，無需螺母，但(dàn)經常拆裝容易使螺紋磨損。發動機大(dà)部分螺紋聯接皆屬于該聯接形式
螺紋聯接常見的失效形式
1. 螺紋聯接的松動
一般情況下(xià)由于滿足自(zì)鎖條件和(hé)摩擦力的防松作(zuò)用(yòng)，在靜載荷和(hé)工(gōng)作(zuò)溫度變化不大(dà)時(shí)，螺紋聯接不會(huì)自(zì)動松脫，但(dàn)在沖擊、振動或變載荷的作(zuò)用(yòng)下(xià)，螺旋副之間的摩擦力可能(néng)減小(xiǎo)或瞬間消失，當這(zhè)種情況反複出現(xiàn)後，就會(huì)使聯接松脫。在高(gāo)溫或溫度變化較大(dà)的情況下(xià)，由于螺紋聯接件和(hé)被聯接件的材料發生蠕變和(hé)應力松弛，使得聯接中的預緊力和(hé)摩擦力逐漸減小(xiǎo)，最終導緻聯接失效
2. 螺栓杆的拉斷；螺栓杆或螺栓孔的壓潰；螺栓杆的剪斷
這(zhè)些(xiē)都屬于破壞性失效，一般情況下(xià)，在靜載荷下(xià)螺紋聯接是很(hěn)少被破壞的，一旦出現(xiàn)破壞，就性質而言，約90%的螺栓屬于疲勞破壞，且發生于截面面積較小(xiǎo)并有缺口應力集中的部位
3. 螺栓杆的扭斷
螺栓杆的扭斷屬于破壞性失效，在螺紋聯接過程中，由于受到(dào)螺紋摩擦阻力的影響，螺栓體呈現(xiàn)扭轉變形狀态，螺栓體橫截面受拉應力和(hé)剪應力的同時(shí)作(zuò)用(yòng)
實際失效形式與螺栓材質、受力狀态有關
4. 螺紋聯接的滑扣現(xiàn)象
一般螺栓和(hé)螺母都可視(shì)爲彈性體，受力後，螺栓、螺母和(hé)螺紋牙都會(huì)産生變形
即使是制造和(hé)裝配精确，其旋合各圈螺紋牙的受力也(yě)不是均勻的，從(cóng)傳力算(suàn)起的第一圈螺紋變形最大(dà)，因而受力也(yě)最大(dà)，以後各圈受力遞減，到(dào)第8-10圈以後，螺紋牙幾乎不受力。一般初始幾圈螺紋承載了(le)70%-80%的負荷
受拉伸力的作(zuò)用(yòng)，螺距會(huì)增大(dà)，當外(wài)力增大(dà)，負載面受力一個個傳遞下(xià)去，造成螺紋一次剪切磨損，因而很(hěn)容易滑牙，導緻破壞性失效
滑扣的形成原因：
·螺紋聯接初始階段，齧合面不吻合，螺紋互相切削破壞
·螺紋聯接過程中，螺紋受剪切破壞
·反複多次拆裝，螺紋齧合面磨損嚴重，有效受力承載面積減小(xiǎo)，出現(xiàn)跳牙
螺紋聯接的設計(jì)準則
1.預緊螺栓在軸向疲勞過程中，承受的總拉力并不是預緊力和(hé)軸向力之後，而是殘餘預緊力和(hé)軸向力之和(hé)，所以，保證足夠的參與預緊力是預緊螺栓聯接服役過程不發生失效破壞的必要條件
2.螺紋聯接要有适當的擰緊力矩和(hé)防松措施
3.根據所受載荷的情況，通過強度計(jì)算(suàn)來(lái)确定螺栓的直徑和(hé)性能(néng)等級
4.在使用(yòng)中發現(xiàn)螺紋緊固件出現(xiàn)磨損，及時(shí)更換磨損件
提高(gāo)螺紋聯接有效性的措施
A.采用(yòng)合理(lǐ)的螺紋制造工(gōng)藝
B.選用(yòng)合理(lǐ)性能(néng)等級的螺栓
C.防松
D.減輕應力集中，減小(xiǎo)螺栓的應力幅
螺紋聯接的擰緊要素
1.聯接形變
在聯接件剛度及工(gōng)作(zuò)載荷一定的情況下(xià)，螺栓承受的預緊力直接影響着螺栓的應力幅，從(cóng)而影響螺栓的疲勞強度和(hé)聯接質量，因此，在螺栓的工(gōng)作(zuò)場合一定的情況下(xià)，準确的控制預緊力并保持其不減退是很(hěn)重要的
2.聯接件和(hé)被聯接件的關系
螺紋聯接類似于拉簧和(hé)壓簧的綜合作(zuò)用(yòng)
3.擰緊扭矩與夾緊力
施加扭矩，旋轉螺母或螺絲使螺杆受力伸長，螺杆伸長産生的夾緊力把聯接件夾緊，我們通過對(duì)螺栓或螺母施加一定的擰緊扭矩，從(cóng)而獲得所需要的聯接件中的夾緊力
我們可以通過改變力臂的方式來(lái)施加扭矩，也(yě)可以通過改變旋轉圈數的方式來(lái)改變扭矩，擰緊扭矩必須保證夾緊力足夠克服螺栓收到(dào)的外(wài)部載荷
4.摩擦與潤滑
擰緊扭矩的50-40-10分配法則：頭部下(xià)方及螺紋的摩擦力會(huì)影響夾緊力。例如，當采用(yòng)扭矩控制擰緊方法時(shí)，就會(huì)産生高(gāo)達90%的摩擦損失，通常螺栓頭下(xià)摩擦力約爲50%，螺紋副中的摩擦力約爲40%，夾緊力約爲10%；當在螺栓頭下(xià)加潤滑油的時(shí)候，螺栓頭下(xià)的摩擦力就會(huì)降低(dī)到(dào)約45%，相應的夾緊力就會(huì)上(shàng)升到(dào)約15%；當螺紋副中有雜(zá)質的時(shí)候，螺紋副中的摩擦力就會(huì)上(shàng)升到(dào)約45%，而相應的夾緊力就會(huì)下(xià)降到(dào)5%
5.硬聯接與軟聯接
通過這(zhè)張圖，我們可以直觀的看(kàn)到(dào)硬聯接和(hé)軟聯接的區(qū)别，根據ISO5393的定義，從(cóng)目标扭矩的20%到(dào)30%之間的地方開(kāi)始算(suàn)，如果螺栓隻旋轉了(le)不到(dào)30度，那就是硬聯接，如果旋轉超過了(le)720度，那就是軟聯接
6.聯接後的扭矩衰減
螺紋聯接之後，由于材料的特性，會(huì)導緻聯接後扭矩出現(xiàn)衰減，這(zhè)個衰減會(huì)随着時(shí)間的增加而逐漸加大(dà)，到(dào)一定程度之後就會(huì)趨于穩定。通常來(lái)說60% - 70%的衰減都會(huì)發生在擰緊完成後的30毫秒内，因此，不少對(duì)于最終的穩定扭矩有一定要求的産品，可能(néng)會(huì)在擰緊完成之後保持一段時(shí)間的扭矩，例如2秒，以減小(xiǎo)扭矩衰減帶來(lái)的影響，或者是超出目标扭矩一定的量再反松一定的角度，這(zhè)個和(hé)常見的“轉3圈退半圈”的概念基本上(shàng)是一個意思
7.擰緊順序
對(duì)于螺栓組的擰緊，一旦擰緊順序設計(jì)不合理(lǐ)，很(hěn)容易造成負載集中（偏載）或應力分散。爲了(le)避免這(zhè)種情況，我們需要采用(yòng)特定的步驟來(lái)對(duì)螺栓組進行緊固，即使用(yòng)設定的扭矩分階段，用(yòng)特性的模式對(duì)螺栓進行緊固，對(duì)螺栓組有順序的施加漸進的、統一的扭矩，可參考某發動機缸蓋的擰緊順序要求
8.影響夾緊力的因素
摩擦：表面粗糙與潤滑狀态；螺絲質量差；材料不合适
不可靠的裝配技術：工(gōng)具不準确或不相配；螺絲質量差；錯誤的工(gōng)件
沉降力：設計(jì)權限；材料配對(duì)不合适；擰緊方法錯誤
溫度：膨脹系數不同；螺栓接合尺寸錯誤
錯誤的擰緊系統：擰緊精度，夾緊力過低(dī)或過高(gāo)
螺栓的有控擰緊和(hé)有效監測是一個較爲複雜(zá)的過程，必須經過多次的計(jì)算(suàn)和(hé)試驗，進行綜合分析才能(néng)較爲正确的确定施工(gōng)方案
這(zhè)一篇我們就先介紹到(dào)這(zhè)裏，擰緊相關的内容較多，一篇的篇幅介紹不完，下(xià)一篇我們會(huì)繼續進行介紹
