關(guān)于螺紋計(jì)算牙強(qiáng)（看到有人問(wèn),，從我日記中轉(zhuǎn)來(lái)）

bkqnsj

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(yīng)力造成,，斷裂是由于螺桿受拉應(yīng)力造成。
1)傳統(tǒng)計(jì)算方法
有效嚙合長(zhǎng)度L,螺紋大徑D,螺紋小徑d,，許用應(yīng)力[σ]（許用應(yīng)力取為[σs]/s）s為安全系數(shù),，不同的情況下，取不同的值,。見(jiàn)附錄表1
計(jì)算方法
實(shí)心螺桿
按照斷裂失效計(jì)算最大拉力
F1=[σ]x0.25XPiXd^2
按照螺紋脫扣失效計(jì)算最大拉力,由于脫口是切應(yīng)力失效,，塑性材料中最大可用切應(yīng)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(jì)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(guò)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(jiàn)若要F2>F1,即L>0.33d,一般取L=0.4D，當(dāng)然有條件下多取一點(diǎn)也無(wú)所謂,。
由此可以看到,，螺紋牙的計(jì)算公式難免過(guò)于粗糙，所以多留點(diǎn)L很好,。
順便提及一下：GB/T 6173 細(xì)牙螺母的高度W（公稱高度）與螺紋標(biāo)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(jì)算公式的粗糙，在某些地方還是使用了不同的螺母來(lái)保證脫扣的問(wèn)題,。例如GB/T 6171 細(xì)牙螺母的高度W與螺紋標(biāo)稱直徑之比為0.85,，其L≈0.8D。在某些不重要輕負(fù)載的地方,，也有使用薄螺母的,，例如GB/T 808-1998 小六角特扁細(xì)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(qiáng)度,，這個(gè)值并不固定,，大致估算出這么個(gè)結(jié)果。),，在一些電子設(shè)備內(nèi)部的螺紋連接中就比較常見(jiàn),。
那么可以看到，如果選擇了較長(zhǎng)的嚙合長(zhǎng)度L≥0.4D,，那么我們可以認(rèn)為這個(gè)螺紋無(wú)論如何也是無(wú)法脫扣的,因?yàn)槊摽矍奥輻U已經(jīng)斷了（我們那個(gè)設(shè)備的螺母接頭是如何飛出去的另起文討論）,。
那么一般來(lái)說(shuō)把螺桿斷裂作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。
2）有限元分析法
將螺紋建模后,，通過(guò)有限元分析,，可以得知螺紋內(nèi)部應(yīng)力分布的情況。然后控制各處應(yīng)力低于許用應(yīng)力即可,。
3）上述兩中方法對(duì)比
取材料屈服應(yīng)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(jiàn)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(shuō)螺桿等效直徑d（空心圓環(huán)的面積與實(shí)心圓面積相等時(shí),，實(shí)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(biāo)準(zhǔn)計(jì)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(guò)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(jié)果：
剪切應(yīng)力情況：

等效應(yīng)力

安全系數(shù)（可以發(fā)現(xiàn)螺紋根部還是比較危險(xiǎn),，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(jì)算
可抗壓力=4437.5/(0.25XPiXD^2)=27.68MPa
客戶方面誤操作可能達(dá)到的最大壓力為15MPa,，雖然安全系數(shù)取的不高，但偶爾來(lái)一下誤操作也應(yīng)該不會(huì)傷人,，可以讓他放心了,。祝愿他多誤操作幾次，多買(mǎi)幾臺(tái)我們的產(chǎn)品,，呵呵�,。�,！
總結(jié)：通過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算和有限元分析對(duì)比后發(fā)現(xiàn),，我取了最小安全系數(shù)（4）的時(shí)候，螺紋根部確實(shí)有一定的危險(xiǎn),。也就是說(shuō),，傳統(tǒng)對(duì)脫扣的計(jì)算確實(shí)比較粗糙。傳統(tǒng)算法是按照對(duì)應(yīng)拉力除以螺紋區(qū)總面積得到切應(yīng)力來(lái)推斷是否會(huì)脫扣,，問(wèn)題就出在這個(gè)總面積上,，因?yàn)槁菁y根部有面積不能算入切應(yīng)力的受力面積,，并且當(dāng)螺紋嚙合間隙越大,，次面積就越大，只要最有嚙合點(diǎn)（受力點(diǎn)）不超過(guò)中徑,，這個(gè)“沒(méi)有受力”的面積就會(huì)小于總面積的一半,。所以對(duì)于大載荷的情況,，建議使用L=0.8D的嚙合長(zhǎng)度。當(dāng)然有限元計(jì)算機(jī)結(jié)果還和力的加載有一定的關(guān)系,。同樣的情況,，可能不同的人看法不同，選擇不同的簡(jiǎn)化加載,，得出的結(jié)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(jì)算結(jié)果更加精細(xì)到細(xì)節(jié),。所以使用有限元計(jì)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(jì)算出來(lái)安全系數(shù)就是1.35），可見(jiàn)有限元計(jì)算更加精準(zhǔn),。

霜橋

學(xué)習(xí)了,，一直有疑問(wèn)螺紋強(qiáng)度怎么確定

hyji2006ren

我們好象都不怎么算的

見(jiàn)習(xí)生小王

螺紋連接的強(qiáng)度驗(yàn)算是往往被忽略的一個(gè)環(huán)節(jié)，感謝樓主有心,。

冷水黃金

多謝多謝,。

我問(wèn)下：L是不是應(yīng)該除以2?
另外牙的表面好象差點(diǎn)，是不是要考慮,？

bkqnsj

不用計(jì)算的原因在于只要螺紋有效嚙合長(zhǎng)度超過(guò)螺桿直徑的0.4倍以上的時(shí)候,，螺桿會(huì)在脫扣之前被拉斷。
L是有效嚙合長(zhǎng)度,，查一下標(biāo)準(zhǔn)間手冊(cè)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(zhǎng)度）普通級(jí)的螺母高度一般是直徑的0.4倍（脫扣與拉斷的危險(xiǎn)較均衡,，偏于拉斷），厚螺母的高度是直徑的0.8倍左右（絕對(duì)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(chǎng)所,。也就是說(shuō)隨便選擇一個(gè)螺母進(jìn)行安裝都不需要考慮脫扣。所以牙型不需要驗(yàn)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。

哭泣的眼淚

這個(gè)好像機(jī)械手冊(cè)上都有的吧,，不要這么麻煩的
一般我們都是按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)取值的,，至于怎么算的，今天學(xué)習(xí)了,，但看了半天就是不是很明白其中的道理
覺(jué)得還是按標(biāo)準(zhǔn)書(shū)上的來(lái)確定吧,。
LZ你太強(qiáng)悍了，這資料是很好，謝謝分享了

冷水黃金

網(wǎng)上已經(jīng)有了詳細(xì)的計(jì)算公式,，自己搜下就有了,。
有的手冊(cè)上已經(jīng)給出了

lion4628

感謝樓主的熱心,學(xué)習(xí)了

cuiyang

學(xué)習(xí)一下，謝謝