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標題: 關于螺紋計算牙強（看到有人問,，從我日記中轉來） [打印本頁]

作者: bkqnsj 時間: 2009-10-12 14:49
標題: 關于螺紋計算牙強（看到有人問，從我日記中轉來）
螺紋連接的失效：
      1）螺桿脫扣
      2）螺桿斷裂
      3）螺母脫扣
其中脫扣是由于螺紋牙受切應力造成,，斷裂是由于螺桿受拉應力造成,。
1)傳統(tǒng)計算方法
有效嚙合長度L,螺紋大徑D,螺紋小徑d，許用應力[σ]（許用應力取為[σs]/s）s為安全系數(shù),，不同的情況下,，取不同的值。見附錄表1
計算方法
實心螺桿
按照斷裂失效計算最大拉力
F1=[σ]x0.25XPiXd^2
按照螺紋脫扣失效計算最大拉力,由于脫口是切應力失效,，塑性材料中最大可用切應力為0.75~0.8[σ]
F2=Pi X d X L X [σ] X 0.75
按照螺母脫扣計算最大拉力
F3=Pi x D x L x [σ] x 0.75
由于螺紋脫扣比較隱蔽,，難以通過檢查發(fā)現(xiàn)，所以按照傳統(tǒng)做法是盡量留多一些L值（多用幾道扣）,，做法如下：
將F1/F2=d/3L
由此可見若要F2>F1,即L>0.33d,一般取L=0.4D,，當然有條件下多取一點也無所謂。
由此可以看到,，螺紋牙的計算公式難免過于粗糙,，所以多留點L很好。
順便提及一下：GB/T 6173 細牙螺母的高度W（公稱高度）與螺紋標稱直徑之比均為0.5,，扣除螺母兩頭的倒角什么的,，其L≈0.45D�,？赡苓€是考慮到這種計算公式的粗糙，在某些地方還是使用了不同的螺母來保證脫扣的問題,。例如GB/T 6171 細牙螺母的高度W與螺紋標稱直徑之比為0.85,，其L≈0.8D。在某些不重要輕負載的地方,，也有使用薄螺母的,，例如GB/T 808-1998 小六角特扁細牙螺母，0.2D<L<0.425D(由于這種螺母用在輕載不怎么考慮螺紋脫扣和強度,，這個值并不固定,，大致估算出這么個結果。),，在一些電子設備內(nèi)部的螺紋連接中就比較常見,。
那么可以看到，如果選擇了較長的嚙合長度L≥0.4D,，那么我們可以認為這個螺紋無論如何也是無法脫扣的,因為脫扣前螺桿已經(jīng)斷了（我們那個設備的螺母接頭是如何飛出去的另起文討論）,。
那么一般來說把螺桿斷裂作為計算標準。
2）有限元分析法
將螺紋建模后,，通過有限元分析,，可以得知螺紋內(nèi)部應力分布的情況,。然后控制各處應力低于許用應力即可。
3）上述兩中方法對比
取材料屈服應力為205MPa,，螺母分析略,，以螺桿為例，螺紋大徑14.2875mm（英制螺紋）,，小徑12.60856mm,，螺桿內(nèi)部空心內(nèi)徑為7mm，螺距1.41224mm,，L=6.3mm
由此可見L≈0.4D,，并且還有更重要的一條，螺桿內(nèi)部是空心的,，也就是說螺桿等效直徑d（空心圓環(huán)的面積與實心圓面積相等時,，實心圓直徑）=sqrt（12.60856^2-7^2）=10.5mm即L=0.63
所以可以看出此螺紋要脫扣還是很難的。
以斷裂為標準計算
最大受力=205e6 / s X0.25X Pi X d ^ 2= 17750N / s (s就是安全系數(shù)),，根據(jù)附錄1取S為4
最大受力=4437.5N
通過有限元分析看看,，將螺紋截取一段，作為模型按照受力4437.5N作分析,。得出如下結果：
剪切應力情況：

等效應力

安全系數(shù)（可以發(fā)現(xiàn)螺紋根部還是比較危險,，圖示的安全系數(shù)均需要乘以0.82）

按照此力的情況，推算可抗壓力,，按照出氣端突然堵死計算
可抗壓力=4437.5/(0.25XPiXD^2)=27.68MPa
客戶方面誤操作可能達到的最大壓力為15MPa,，雖然安全系數(shù)取的不高，但偶爾來一下誤操作也應該不會傷人,，可以讓他放心了,。祝愿他多誤操作幾次，多買幾臺我們的產(chǎn)品,，呵呵�,。�,！
總結：通過傳統(tǒng)計算和有限元分析對比后發(fā)現(xiàn),，我取了最小安全系數(shù)（4）的時候，螺紋根部確實有一定的危險,。也就是說,，傳統(tǒng)對脫扣的計算確實比較粗糙。傳統(tǒng)算法是按照對應拉力除以螺紋區(qū)總面積得到切應力來推斷是否會脫扣,，問題就出在這個總面積上,，因為螺紋根部有面積不能算入切應力的受力面積，并且當螺紋嚙合間隙越大，次面積就越大,，只要最有嚙合點（受力點）不超過中徑,，這個“沒有受力”的面積就會小于總面積的一半。所以對于大載荷的情況,，建議使用L=0.8D的嚙合長度,。當然有限元計算機結果還和力的加載有一定的關系。同樣的情況,，可能不同的人看法不同,，選擇不同的簡化加載，得出的結果是不一樣的,。傳統(tǒng)的算法趨于考慮平均的情況,，而使用有限元計算結果更加精細到細節(jié)。所以使用有限元計算不需要取較高的安全系數(shù)（傳統(tǒng)算法取安全系數(shù)4,，到有限元里面計算出來安全系數(shù)就是1.35）,，可見有限元計算更加精準。

作者: 霜橋 時間: 2009-10-13 09:40
學習了,，一直有疑問螺紋強度怎么確定

作者: hyji2006ren 時間: 2009-10-13 10:32
我們好象都不怎么算的

作者: 見習生小王 時間: 2009-10-13 10:38
螺紋連接的強度驗算是往往被忽略的一個環(huán)節(jié),，感謝樓主有心。

作者: 冷水黃金 時間: 2009-10-13 11:00
多謝多謝,。

我問下：L是不是應該除以2?
另外牙的表面好象差點,，是不是要考慮？

作者: bkqnsj 時間: 2009-10-13 11:49
本帖最后由 bkqnsj 于 2009-10-13 11:51 編輯

不用計算的原因在于只要螺紋有效嚙合長度超過螺桿直徑的0.4倍以上的時候,，螺桿會在脫扣之前被拉斷,。
L是有效嚙合長度，查一下標準間手冊的螺母的一些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)（螺母的高度近似于有效嚙合長度）普通級的螺母高度一般是直徑的0.4倍（脫扣與拉斷的危險較均衡,，偏于拉斷）,，厚螺母的高度是直徑的0.8倍左右（絕對是脫扣前就拉斷了），薄螺母一般都不是用在有一定載荷的場所,。也就是說隨便選擇一個螺母進行安裝都不需要考慮脫扣。所以牙型不需要驗算,。
一般發(fā)生了脫扣,，大多數(shù)也不是螺紋牙破壞了造成的。

作者: 哭泣的眼淚 時間: 2009-10-20 14:32
這個好像機械手冊上都有的吧,，不要這么麻煩的
一般我們都是按照標準來取值的,，至于怎么算的，今天學習了,，但看了半天就是不是很明白其中的道理
覺得還是按標準書上的來確定吧,。
LZ你太強悍了，這資料是很好，謝謝分享了

作者: 冷水黃金 時間: 2009-10-20 15:56
網(wǎng)上已經(jīng)有了詳細的計算公式,，自己搜下就有了,。
有的手冊上已經(jīng)給出了

作者: lion4628 時間: 2009-12-21 12:21
感謝樓主的熱心,學習了

作者: cuiyang 時間: 2009-12-21 12:30
學習一下，謝謝

作者: 桃花島 時間: 2009-12-21 12:54
感謝樓主的熱心,。
不過,，只要是標準的螺紋，好像牙型強度是不需要計算強度的,。需要計算的是螺桿的強度

作者: zjt6862 時間: 2009-12-21 17:22
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作者: 燃油稅 時間: 2009-12-21 18:50
我都是按照螺紋底徑來計算螺紋強度,，看到這篇文章學習啦，謝謝樓主

作者: yst00 時間: 2009-12-21 19:30
一般選用標準的,，看到詳細的計算,，謝謝了

作者: zjt6862 時間: 2009-12-22 08:16
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作者: yuchengyang 時間: 2009-12-22 10:57
謝謝樓主，分享光榮

作者: 怕瓦落地2011 時間: 2009-12-24 18:18
樓主有沒有考慮實際制造出來的螺紋牙形高度是多少呢,？

作者: tianxin5328 時間: 2018-3-14 21:21
正好需要這方面的資料,，謝謝樓主分享

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