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,,螺桿內部空心內徑為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
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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)
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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。 |