带滚花头部的手拧螺栓旋钮结构设计

　　日常做设备调试工装、小型检测治具的时候，经常会遇到需要频繁拆装、又不想额外找内六角或者扳手的连接场景，这时候手拧式的螺栓旋钮就比普通外六角螺栓好用太多。这次做的这款带滚花头的螺栓旋钮，杆部是标准连续三角外螺纹，头部做了周向均匀分布的直齿滚花结构，还在滚花段和光杆衔接的位置做了一圈小直径的退刀槽，避免螺纹加工的时候刀具撞到头部分界位置。

　　先从实际使用场景说，这类零件最常用的地方，一是小型实验设备的面板快拆，比如光学实验台的遮光板固定、小型检测仪器的侧盖拆装，操作人员不用带工具，徒手就能拧动完成拆装，调试的时候能省不少找工具的时间；二是工装夹具的快速压紧，比如流水线旁的工件定位治具，需要频繁更换不同规格的工件挡块，用这种手拧螺栓不用每次拿扳手，换型效率能提不少；三是民用设备的维护位，比如小型家电的滤芯盖板、办公设备的耗材仓固定，普通用户没有专用工具也能顺利拆开更换耗材，不会因为找不到工具耽误维护。

　　设计的时候最先考虑的是徒手操作的摩擦力，普通的光滑圆柱头螺栓，手上有汗或者沾了点切削液的时候很容易打滑，根本拧不动，所以头部特意做了周向的直齿滚花，齿的高度控制在0.8mm左右，齿间距1.2mm，既不会因为齿太尖硌手，又能保证足够的摩擦系数，哪怕手上沾了少量油污，也能顺利施加拧紧力矩。头部的直径比螺纹大径大了6mm，这样拧的时候手指的受力面积足够，不会因为接触面积太小拧久了手指疼。头部的厚度做了8mm，刚好能让拇指和食指捏住发力，不会因为太薄捏不住，也不会因为太厚浪费材料、增加不必要的重量。

　　杆部的螺纹选的是普通粗牙三角螺纹，牙型角60度，通用性强，市面上标准的螺母、螺纹孔都能直接配合，不用专门做定制的配合件。螺纹收尾的位置做了不完整牙段的过渡，长度控制在2倍螺距左右，避免拧到螺纹根部的时候出现卡滞，也能减少螺纹根部的应力集中，频繁拆装的时候不容易断杆。光杆和头部衔接的位置做了R0.5的圆角过渡，不是直角相接，因为直角位置在热处理或者受力的时候很容易出现应力集中，反复拧紧拧松的交变载荷下，容易从衔接位置断裂，加个小圆角就能大幅提升这个位置的疲劳强度。

　　安装边界这块要注意，因为头部是带滚花的大直径结构，安装的时候要给头部预留足够的旋转空间，头部周围至少要留3mm的间隙，不然滚花齿会蹭到周围的结构件，转不动。螺纹拧入的深度要控制在螺纹直径的1.2到1.5倍，既能保证足够的连接强度，又不会因为拧入太深导致螺纹副咬死。如果是用在经常需要调整松紧的场景，配合的螺纹孔最好做个铜套嵌件，不要直接在铝件或者塑料件上攻丝，不然频繁拧动很容易把螺纹孔磨滑牙，嵌铜套的话使用寿命能提升好几倍。

　　另外设计的时候特意没在头部做一字或者十字槽，就是为了避免操作人员习惯性用螺丝刀去拧，施加过大的力矩把螺纹拧滑牙，毕竟手拧件的设计初衷就是靠手力拧紧，力矩不会太大，适合不需要大预紧力的频繁拆装场景，如果需要大预紧力的连接位置，就不适合用这种零件，还是得用普通的带扳手位的螺栓。头部的端面做了0.2mm的倒角，没有锋利的锐边，拿取的时候不会划手，装配的时候也更容易对准螺纹孔，不会因为端面的毛刺卡到安装面。滚花的齿做了钝化处理，齿尖不是锋利的锐角，徒手拧的时候不会刮伤手指，哪怕长时间操作也不会磨得手疼。

　　实际做样件测试的时候，试过在表面做发黑处理和镀彩锌两种表面处理，发黑的摩擦力稍大一点，适合车间里的工装场景，镀彩锌的防锈能力更好，适合用在户外或者潮湿环境的设备上。如果是用在绝缘场景，还可以在头部包一层软胶，不过那样会稍微降低一点摩擦力，需要适当加大头部直径来补偿。整体结构没有复杂的曲面，普通的数控车床就能加工，滚花用标准的滚花刀直接滚压就行，加工成本不高，适合批量生产，也能满足不同场景的使用需求。