前言：机械设计ABC撰写一些机械设计的基础知识和自己在工作中的应用和体会，归纳总结，吐故纳新，班门弄斧，以文会友！以下为螺纹篇。
螺纹，机械最基础的东西，车间钳工房一抓一把的螺丝，没有多少人会特别在意那一个个不起眼的螺丝钉，其实小东西大学问，前段时间北京地铁电梯倒行逆施造成的死人事故，最后确认原因是固定电机的两个螺栓松动引起的，小小螺栓也会要人的命，为什么会这样，从技术的角度给一个专业的回答，其实这就是一个螺纹的防松的问题。
静载荷和工作温度变化不大的场合，只要把螺母上紧，靠摩擦就能保证螺纹不自动松脱，但是在冲击、振动和变载荷的作用下，螺纹之间的摩擦可能减小或者瞬时消失，在高温或者温度变化很大的情况下，材料发生蠕变和应力松弛，也就导致螺纹摩擦力和预紧力变小，最后造成松脱。因此在有螺纹联接的场合，设计时必须考虑螺纹的防松措施。
教科书上的防松措施，无非就是加弹垫、双螺母、各种防松螺母及串钢丝，现在还有唐氏螺纹防松用的，专利产品，我只是在资料上看过，没用过也没见过实物，具体效果如何也不是很清楚。工作中一般就是加弹垫，还没有设计过对防松有特别要求的螺纹联接。综合理论和工作中的体会，冲击载荷螺纹的防松，可以说是一个世界难题， 但如果确实要求高的，选用好材料的螺纹比如进口螺栓加上相应的防松措施比如双螺母止动螺母等应该是提高联接的稳定性的设计思路。螺纹联接防松的措施都是为了保证螺纹间存在摩擦并获得足够大的摩擦力。记得上初中物理的时候，当学习到摩擦的时候，老师曾经说过一句话，没有摩擦就没有世界，这个世界确实到处充满了摩擦。螺纹联接靠的就是摩擦，没有摩擦也就没有联接，而摩擦力的大小和预紧力相关，所以我们在上螺栓的时候，总是希望拧的紧一些，目的就是为了增大螺纹间的摩擦力，如果你臂力过人而恰好做过钳工，估计你肯定碰到过拧紧螺母的时候把螺栓拉断的，这时候车间的工人师傅就会说，换个粗点的螺栓，作为一名机械工程师，你如果用“螺栓被拉断，应该是螺栓强度不足，螺栓强度和螺栓的小径截面大小正相关，看来要加大螺栓小径的尺寸”这样专业的工作语言表达出来，专业性就不失时机的体现出来了。强度校核在机械设计中是自始自终都要考虑的内容，螺纹联接的强度即螺栓的强度也是必须考虑的，为什么用M12的螺栓而不用M10的，这都是根据强度校核设计计算的结果，只不过工作中有时候靠经验就直接选取螺栓的大小了，反正在静载荷的情况下螺纹联接很少发生破坏的，所以这种靠经验的事情也不会犯啥错。
螺栓联接强度的计算，首先是根据联接的类型和装配情况以及载荷状态确定螺栓的受力，然后根据相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径并校核其强度，受拉螺栓的设计准则是保证其拉伸疲劳强度，受剪螺栓的设计准则是保证螺栓的挤压强度和剪切强度。至于其计算的公式，教科书和机械设计手册上都能查到，回帖也不方便写公式，虽然显得有点不专业，也顾不上那么多了。
设计中如何提高螺栓强度，一般从影响螺栓强度的因素着手，除了材料和螺栓制造工艺外（滚压螺栓强度就比车制螺栓高），主要考虑的是螺纹牙的载荷分配以及应力集中等，螺栓所受拉力通过螺栓和螺母的螺纹牙面相接触传递，传力时各圈螺纹牙的受力是不均匀的，旋合螺纹间螺纹牙的载荷分布约有三分之一的载荷集中在第一圈上，以上各圈受力递减，因此采用加高螺母曾加旋合圈数对提高螺栓强度是没什么用的，设计中应限制螺母的圈数。头曾告诉过我，螺纹牙只要有三个牙就几乎承载了所有的力了，所以假如你在板厚3的板上攻丝，那么最大用M6的螺纹应该是符合设计准则的，M7肯定就不行了，M7?貌似没有M7这种规格的螺纹啊，为什么没有，请看社区内无能大侠的关于优先数的帖子，你就会发现世界真是很奇妙。防止应力集中的措施就不细谈了，螺栓都是标准件，在设计中基本不用考虑。华灯初上，霓虹亮起，繁华的都市你随处可见那个黄黄的大“M”, 不要以你的职业敏感想当然的认为他是卖螺丝的，这个M只卖汉堡薯条，不卖螺丝。不过你要是和你那温柔纯真的美女路过，你大可显摆下，告诉她不管是路上跑的玛莎拉蒂还是被雷击的高铁，它们都要用到这个以M为标识的东西。哈哈，扯远了，其实机械里螺纹的这个M，是米制普通螺纹的汉语拼音首字母(此说法纯属一家之言，待权威考证)，螺纹除了有M的普通螺纹，还有G的管螺纹，Tr的梯形螺纹，至于那些什么NPT的外国货，我们还是先坐井里把国内的螺纹种类搞明白了再说吧。
弄清螺纹的分类，可以避免刚参加工作不被人鄙视，记得我刚参加工作的时候，领导叫我去车一个气管快速接头的螺纹转接头，我急急忙忙的就标了Mx,结果可想而知了，那会真是想死的心都有了，后来领导拿出他的牙规，告诉我怎么量螺纹，牙型角和螺距一定要吻合，不能觉得差不多就对了，不然螺母是拧不进去的。
我们常用的普通螺纹，牙型角都是60°的，管螺纹一般牙型角是55°的，梯形螺纹的牙型角是30°的梯形。当然我们在设计中只管选用就可以了，如果没有特别的要求，一般都用右旋的螺纹，因为这样符合人用右手拧紧的习惯。弄清螺纹的分类我觉得主要是现场测绘的时候比较有用。螺纹的种类很多，本帖肯定不能像手册和教科书那么完备，只是提出此类问题以便能在设计中较好的运用。前面写了螺纹的防松和强度以及螺纹的分类，都是粗枝大叶的从螺纹联接的牢靠和稳定方面结合工作心得写我对螺纹联接设计的认识，下面准备写写螺纹设计的工艺方面的内容。设计中的工艺问题，都是在实际加工和装配中得到的经验，没有什么诀窍和捷径可走，更没有什么所谓的绝活技术，如果真有，别人也不会告诉你，靠的是积累和查阅资料，我还没有听说哪个大师的技术是靠师傅传承的，更多是个人的努力和观察学习，在实践中总结应用。螺纹设计上的工艺有时候直接影响其功能，记得我金工实习的时候做的小锤子，手柄的螺纹不晓得车退刀槽，结果后来一大截露外面，看别的同学的结合的那么紧密，真是锤子阿！螺纹设计中的工艺考量，首先就是上面说的在螺纹的尾部有轴肩的地方要考虑退刀槽，当然螺纹根部等应力集中的部分倒圆角这也是有必要的。其次是螺纹的收尾和倒角，螺纹的头部倒角是为了旋入螺帽的时候比较方便，一般外螺纹倒角深度设计为牙型高度，角度我一般就45°，60°或者30°从来没设计过，内螺纹的倒角按120°，端面倒角直径取1.05~1倍螺纹大径。第三螺纹联接的表面要平整，尤其是铸造件，最好在联接的地方设计凸台，这是为了螺栓不受弯曲载荷，提高强度。第四是一定要考虑扳手空间，不然安装的时候工人是要骂人的，具体的数据可以查手册。第五就是螺纹攻丝深度和螺栓的伸出长度，攻丝深度和螺纹的拧入深度有关，对碳钢拧入深度取螺纹外径，比如M6螺钉，拧入深度就取6，铸铁和铝合金取1.5-2倍螺纹外径，攻丝深度要比螺纹拧入深度大一些，一般取1.5倍螺纹外径。螺纹盲孔还要设计钻孔深度。铝合金的螺纹拧入深度：H＝（1.5～2.5）×d(螺纹公称直径)螺纹孔深度: H1=H＋(2～2.5)×P（螺距）钻孔深度：H2＝H1＋（0.5～1）d(螺纹公称直径)。春节假期临近，一年又这么匆匆结束了，赶在年前趁空再来写点东西，上面就螺纹的强度、防松、分类、工艺方面写了一些应用和体会，口述式随笔，多了些显摆，少了些严谨。像在螺纹强度中说没有M7的螺钉，平常车间一般几乎不备此类螺钉，但是要说没有，这是很不严谨的，鉴于是口述式随笔，所以漏洞甚至错误在所难免，还希望大家指正，欢迎指出问题并交流，这也是写此帖的意义所在。
螺纹静可以用来联接，动可以用来传动，甚至还可以用来解释社会进步规律，正所谓是事物的发展是螺旋式上升，波浪式前进的，螺纹如果旋转起来，上可揽九天月，下可缚东海龙。这怎么越说听起来越像是领导说的，还是说说螺旋传动的设计比较像我说的，呵呵。
工作中随处可见的滚珠丝杠，是用的最多的螺旋传动，随着制造工艺的成熟，现在滚珠丝杠的应用越来越广泛，在进行滚珠丝杠副的设计前，先明确两个概念，一个是额定动载荷，额定动载荷我的理解就是丝杠能承受某个力转100万转不失效的那个力的大小。具体的准确定义，相关的书上都能查到，这个指标表明了滚珠丝杠的承载能力和使用寿命。另一个就是失稳，失稳是针对细长杆即长径比比较大的受压杆件，当压力逐渐增加到某一极限值时，杆件会被压弯（这个有时候可能肉眼看不出），这种现象称为失稳，通俗点说就是压弯了压崩了。
理解了上面两个概念，设计计算滚珠丝杠就方便多了，步骤如下：
1、计算丝杠的轴向受力，注意如果有加速度的，要把惯性力考虑进去。
2、根据设计寿命计算额定动载荷。额定动载荷的转数是100万转，通过这个转数能算出寿命，然后根据轴向载荷可以算出额定动载荷。
3、查滚珠丝杠厂家的产品手册选用额定动载荷小于计算值即可。
4、根据两端的轴承安装方式，进行刚度计算，包括轴向变形等。
5、对长径比大的丝杠进行稳定性验算，公式产品手册上一般都会有稳定性验算的公式。
6、对转速较高、支承距离大的还要对极限（临界）转速进行核算，转速小于每分钟100转的不必算，临界转速和丝杠外径、支承方式正相关，和距离负相关。
然后根据轴向力及导程计算驱动力矩，选合适的电机。这样基本上选用的滚珠丝杠就能满足精度和传动要求了。写完了发现滚珠丝杠的计算和轴承的设计计算有相通的地方，仔细想想，其实滚珠丝杠就是一个滚道是螺纹的角接触轴承，回头构思下，准备把轴承的设计计算写写，提前预告下。
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