螺母的结构特点.docx

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螺母的结构特点

螺母的结构特点

螺母厚度

根据螺纹连接副的承载形式，可将螺母分为抗拉型螺母和抗剪型螺母，两者最明显的区别就是螺母的厚度尺寸，而螺母的厚度是以螺母的公称自一径为基准进行划分的。

1.普通螺纹螺母

对于普通M螺纹螺母，其厚度的分界点为0.5D和0.8D（D为螺母的公称直径），具体如下：

（1）厚度≥0.8D的标准螺母

该结构螺母具有很高的承载能力，主要用于承受抗拉载荷的连接副。

该结构螺母的破坏载荷高于螺栓的破坏载荷，确保螺纹连接副的失效形式为螺栓断裂，使这种破坏形式可以提前呈现，避免在使用过程中再发生破坏，而带来更大的损失。

（2）0.5D≤厚度<0.8D的薄螺母

该结构螺母承载能力非常有限，主要用于承受剪切载荷的连接副或非承力结构的连接，如国家标准中性能等级为04和05级的薄螺母。

（3）厚度<0.5D的超薄螺母

该结构螺母承载能力极其有限，主要用于非承力结构的连接，由于螺母厚度随其直径增加变化较小，其螺纹一般为细牙。

2.MJ螺纹螺母

对于MJ螺纹螺母，其厚度与承载能力的关系等同于普通M螺纹螺母由于普通M螺纹螺母的设计比较注重经济性，可以通过提高螺母厚度的方法来提高螺母本身的承载能力。

而对于航天用MJ螺纹螺母，减重是其必须要考虑的因素，因此，主要是.通过提高螺母材料的性能来提高螺母本身的承载能力，对于MJ螺纹螺母厚度要求主要有以下儿点：

（1）六角螺母厚度为0.8D（根据ISO/TC20/SC4第508决议）。

（2）六角薄螺母厚度按照表3-1执行（根据ISO/TC20/SC4第735号决议）。

（3）六角开槽螺母的槽底以下的厚度为0.75D（根据ISO/TC20/SC4第336号决议）。

（4）六角开槽薄螺母槽底以下的厚度，取3倍螺距或0.41>中的较大值（根据ISO/TC20/SC4第211号决议）。

（5）承拉型自锁螺母的最大螺纹旋合长度（含倒角）按表3-4执行（根据ISO/TC20/SC4第923号决议）。

（6）非金属嵌件自锁螺母的最小螺纹旋合长度（含倒角）为0.65D，其中薄六角螺母的最小螺纹旋合长度为0.45D（根据ISO/TC20/SC4第806号决议）。

扳拧结构

为了实现螺纹连接副的装配，扳拧结构是保证螺纹连接副顺利装配的必要结构，螺母常用的扳拧结构主要有六角、十二角（或双六角）、花键、方形等。

六角扳打结构是最常见的形式，结构简单、扳拧方便，可以承受较大的扳拧力矩，还可以实现装配工具的通用性，应用非常广泛，见图3-10。

方螺母结构简单，扳手不易打滑，常作为游动托板螺母的螺母体，也可用于槽型结构，见图3-11。

十二角扳拧结构也称为双六角扳拧结构，可实现的单元拧转角度小，适用于扳拧空间狭小的装配环境。

该结构一般采用套筒扳手进行扳拧，能承受很大的扳拧力矩，多用于不小于1250MPa级的高强度的螺母，见图3-12。

花键扳拧结构与十二角扳拧结构类似，也可以承受很大的扳拧力矩，常用于1250MPa及以上等级的超高强度的螺母，见图3-13。

根据安装环境的需要，也可以选用其他形式的扳拧结构，如多边形扳拧结构（三角、五角、八角）、内外六方扳拧结构、滚花结构、侧面开槽或带孔结构、端面开槽或带孔结构、翼形结构、环形结构等，见图3-14至图3-20。

托板结构

托板结构与扳拧结构的作用一样，是确保螺纹连接副顺利装配的必要结构。

两者不同之处在于，托板结构一般是预先将螺母通过铆接的方式固定在被连接件上，可以实现单面装配，适用于狭窄部位或封闭结构。

该类螺母统称为托板螺母，主要分为固定托板螺母和游动托板螺母两大类。

（1）固定托板螺母的螺母体与托板连为一个整体，根据托板支耳的形状来分，其可分为双耳托板螺母、单耳托板螺母和角形托板螺母，见图3-12至图3-23。

由于双耳托板螺母的结构设计合理，连接受力均衡，应优先选用。

当空间受限无法使用双耳托板螺母时，才考虑选用单耳托板螺母或角形托板螺母。

（2）游动托板螺母的螺母体被保持在托板支架内，并有一定的纵向和横向游动量，用以补偿孔距或安装误差，便于外螺纹的旋入。

一般情况下，游动托板螺母的最小径向游动量为0.5mm~0.75mm。

根据支架的支耳形状来分，游动托板螺母可分为双耳游动托板螺母、单耳游动托板螺母和直角游动托板螺母，见图3-24至图3-260。

锁紧结构

螺母可分为普通螺母和锁紧螺母，锁紧螺母是在普通螺母基础之上增加了锁紧结构，以达到产品的防松性能。

螺母的锁紧结构种类很多，按其工作原理可分为机械固定的锁紧结构和增大摩擦力的锁紧结构，其中增大摩擦力的锁紧结构根据其锁紧原理，又可分为有效力矩型锁紧结构和自由旋转型锁紧结构。

1.机械固定的锁紧结构

该锁紧结构是通过辅助的止动零件来限定螺母与外螺纹产品之间的相对转动，进而达到防松的效果，此时，要求与螺母相配的外螺纹产品同时也应具有止动结构。

该锁紧结构相对比较复杂，安装比较繁琐，止动零件一般也不能重复使用，但它的防松可靠性高。

六角开槽螺母或六角皇冠螺母是最常用的机械固定式的锁紧螺母，其锁紧结构是螺母圆周方向制有6个均匀分布的止动槽，而配用的螺栓在螺纹端也相应地制有开口销孔；当螺母拧紧后其上制有的止动槽要对准螺栓上的开口销孔，此时，穿入开口销将螺纹副进行固定。

该种锁紧结构的可靠性很高，主要用于重要连接的防松，见图3-27和图3-28。

带保险孔（又称锁丝孔）的螺母也是比较常用的机械固定式的锁紧螺母，通过金属丝将成组螺母进行串联固定，或单件进行铅封，从而达到防松的效果。

该种锁紧结构一般用于重要的不允许随意拆卸的连接，防松的可靠性非常高，见图3-29和图3-30。

侧面开槽圆螺母和端面开槽圆螺母，它们的槽既可以用来扳拧螺母，也可以用来锁紧。

用来锁紧时，需要配用的外螺纹产品应带有纵向槽结构，并配用止动圈或止动片等。

该类圆螺母的直径大且高度低，装配拧紧力较低，通常用该类方式实现止退防松，见图3-3。

2.有效力矩型锁紧结构

通常情况下，将具有有效力矩锁紧结构的螺母称为自锁螺母，此处所提的有效力矩即为自锁螺母的锁紧力矩，是指螺纹连接副在不受轴向载荷的条件下，自由旋人螺母时所测得的扭转力矩。

该力矩是通过增加螺母与外螺纹产品螺纹之间的摩擦力而产生的，在没有拧紧力的情况下，即可达到良好的防松效果。

有效力矩型自锁螺母可分为全金属自锁螺母和非金属嵌件自锁螺母。

（1）全金属自锁螺母的工作原理为：

对自锁螺母的锁紧结构进行收压变形，当其锁紧部位的螺纹与螺栓旋合时，受到螺栓螺纹的挤压而恢复原状，从而使螺母产生弹性变形和弹性变形力，由于弹性变形力对螺栓螺纹的干涉作用，产生阻止旋转的摩擦力矩，即自锁螺母的锁紧力矩。

由于全金属自锁螺母的锁紧性能取决于螺母体材料的弹性，低强度螺母在拧入螺栓时容易使其非圆收口部位产生塑性变形，难以保证弹性锁紧的性能要求，特别是多次循环的锁紧性能（如5次循环、15次循环等），因此，全金属自锁螺母只适合于高强度螺母。

全金属自锁螺母的锁紧结构形式很多，常见的有压扁收口型自锁螺母和开槽收口型自锁螺母两大类。

压扁收口型自锁螺母是在螺母特定的锁紧部位进行收压变形，使锁紧部位的螺纹孔由圆形变为非圆形，具体的变形形状和变形量在产品标准中未明确给出，一般是由制造厂自行确定，只要最终能满足螺母的锁紧性能即可，见图3-32。

开槽收口型自锁螺母是在螺母的上端进行开槽并收压变形，使螺纹孔收压为直径稍小的近似圆形，见图3-33。

（2）非金属嵌件自锁螺工作原理：

将非金属嵌件嵌入螺母体，并通过一定方式将嵌件进行固定，当其与螺栓旋合时，受到螺栓螺纹的挤压而变形，此时，螺栓的螺纹也会被嵌件紧紧包裹，形成阻止螺纹旋转的摩擦力矩，从而达到自锁防松的功能。

非金属嵌件自锁螺母的结构形式也很多，常用的主要是尼龙嵌件自锁螺母，该种螺母的结构是在螺母的上端嵌入一个内径比螺纹中径稍小的尼龙圈，并对螺母口部进行收压，将尼龙圈进行包裹固定，见图3-34。

尼龙嵌件自锁螺母的有效力矩来自于尼龙圈，其锁紧性能主要取决于尼龙圈的材料和尺寸。

由于尼龙材料具有良好的韧性、弹性和耐磨性，能有效地吸收外来冲击振动，并有良好的复原性和重复使用性，因此，这种螺母的锁紧性能优于全金属自锁螺母，有很高的螺纹防松性能由于其锁紧性能与螺母体的材料无关，因此，被广泛用于强度等级较低的自锁螺母。

受尼龙材料等的限制，工作温度不应超过100℃。

3.自由旋转型锁紧结构

自「日旋转NJ锁紧螺母是在螺纹连接副中螺母被施加一定预紧力后，螺母才具有防松性能，在产生轴向力之前，螺母没有任何锁紧防松性能，螺母可以在螺栓上自山旋转，故称为自由旋转型锁紧螺母。

常见的自山旋转型锁紧螺母主要有以下几种：

（1）齿面螺母主要是通过提高螺母与基体之间的摩擦力来实现锁紧的齿面螺母的支承面上有单向斜齿，当螺母被拧紧后，螺母支承而上的斜齿在预紧力作用下会嵌入被连接基体的表而，进而防止螺母松动（见图3-35）。

该螺母在装配时不能使用垫圈，且齿面会对基体表而产生破坏作用。

另外，选用该螺母时，与其相配的外螺纹产品应采取相应的止动或防松措施（如选用一端固定不动的螺柱或头下带齿的防松螺栓）；否则这种螺母不能有效地防止内外螺纹之间的相对转动。

（2）弹性螺母主要是通过提高内外螺纹接触而之间的摩擦力来实现锁紧的弹性螺母一般是单扣拱形结构，当其被拧紧后，拱形而被版平而产生轴向弹力，同时单扣螺纹向内收紧，挤压夹紧外螺纹，防止内外螺纹之间的相对转动，进而达到防松的效果，见图3-36。

由于该螺母只有一扣螺纹，连接强度及预紧力都很低，一般不用于重要的防松连接。

（3）楔形螺纹螺母也主要是通过提高内外螺纹接触面之间的摩擦力来实现锁紧的。

楔形螺纹的特点是仅在螺纹牙底单侧有一个30°的楔状斜面，见图3-37，其余牙型与普通螺母的螺纹牙型相同，与其相配的外螺纹产品具有标准螺纹即可普通螺纹连接是在内外螺纹中径部分呈面接触，而楔形螺纹连接则是外螺纹的牙顶与内螺纹楔形斜面的线接触。

这种接触形式能将载荷较均匀地分布在各个螺牙上，从而使连接更坚实，并减少应力集中，提高抗疲劳性能，见图3-38。

其他结构

1.球面结构

该结构螺母的支承面为球面形式，并配以球面垫圈组合使用，主要用于螺纹组合件与基体表面不垂直的场合，即斜面结构。

球面螺母也称为自对中螺母或自校正螺母，大部分标准中规定其最大可调节的角度为7°，即最大可以安装在角度为7°的斜面上，这有效地解决了螺母支承面与斜面基体表面贴合的问题，见图3-39。

2.密封结构

具有该结构的螺母称为密封螺母，是通过附加密封零件来实现密封性能的，其主要用于燃料箱、油箱、液压系统以及需要气密、水密或油密结构的连接，见图3-40。

常用的密封材料有丁橡胶、氟硅橡胶、硅橡胶、尼龙、聚四氟乙烯等，可根据不同的密封环境进行选用。

橡胶类的密封圈一般采用硫化的方式加工，尼龙类密封圈一般采用注塑的方式加工，聚四氟乙烯类密封圈一般采用机加的方式加工。

3.防护结构

常见的具有防护结构的螺母是盖形螺母，见图3-41，其一端开口供螺栓的拧入，另一端是封闭结构。

该系列螺母虽然具有封闭结构，但不具备密封功能。