緊固件螺紋擰緊長度作用的深度分析
緊固件螺紋機(jī)械性能，不管是按美標(biāo)、通標(biāo)、國標(biāo)、日標(biāo)，對各項(xiàng)性能檢測項(xiàng)目的螺紋長度都有要求，那么如果你設(shè)計(jì)了一個(gè)螺紋孔，你可能會(huì)琢磨：到底需要多少扣螺紋就能保證一個(gè)堅(jiān)固合格的螺栓副呢？有人說7牙就夠了。螺栓在被緊固的時(shí)候會(huì)變長一點(diǎn)點(diǎn)，整個(gè)螺栓的軸力都由螺紋扣來承擔(dān)，但是落在每一扣的載荷是不同的。因?yàn)檫@種螺栓伸長，第一扣螺紋所占螺栓軸力的比例是最高的，然后按螺紋扣順次比例降低，而超過六扣的螺紋將不再承受螺栓軸力，處于基本可以認(rèn)為自由的狀態(tài)，不再為螺栓副的堅(jiān)固有任何幫助。有參考數(shù)據(jù)說第一扣螺紋所占的比例高達(dá)47%，另外，也有“鐵芯哥”版本，按照一般光彈實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看，首牙承載一般都在34%以上。施必牢的結(jié)果是我見過最大的，64%。（施必牢是不是有意夸大這里就不談了）
說7牙。一般基于兩個(gè)基本原則一個(gè)用途。
談?wù)?牙螺紋連接，一個(gè)前提是討論以承載為主的螺紋連接。如果是其他用途的，則說7牙并不合適。比如干式密封螺紋。
兩個(gè)原則，第一就是載荷的分布。由于對于多數(shù)螺紋而言，前3-4牙已經(jīng)基本分擔(dān)了絕大部分載荷，理論上講，多數(shù)人認(rèn)為后面的螺紋已經(jīng)沒有“用”了。但實(shí)際中，由于加工誤差、首略屈服等實(shí)際因素影響，同時(shí)考慮一個(gè)分擔(dān)總量變化的事實(shí)，多數(shù)時(shí)候應(yīng)在3-4牙的基礎(chǔ)上增加2圈的有效螺紋，同時(shí)考慮起始部分和末端的不完整螺紋，7圈就成了一個(gè)呼之欲出的數(shù)字。而“工作圈數(shù)”，也可以理解為“配合總?cè)?shù)”，意思是所有接觸可進(jìn)行載荷傳遞的螺紋圈數(shù)。因此必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，這個(gè)圈數(shù)中是包含不完整螺紋的。因此也可以理解為 有效圈數(shù)+1。以ISO和SAE的標(biāo)準(zhǔn)來看，前者強(qiáng)調(diào)一個(gè)公稱直徑長，后者強(qiáng)調(diào)6圈的有效螺紋圈數(shù)。因此，也可以說，常說的7圈基本原自于此。
第二是導(dǎo)向原則。螺紋連接，不單是一個(gè)承載問題，同時(shí)還有旋合導(dǎo)向的問題。常用螺紋一般都存在旋合間隙，這使得旋合很輕松。當(dāng)然，很多不規(guī)范的廠家出的螺紋制品就很難講了，有的間隙很大，有的卻是過盈。對于螺紋連接來說，因?yàn)樾祥g隙的存在，使得螺紋承載本身更傾向于沿徑向的偏載。因此，選用的有效螺紋數(shù)越小，這種偏載的情況越嚴(yán)重，旋合中，容易因偏載產(chǎn)生導(dǎo)向自鎖，使整個(gè)螺紋連接不能按預(yù)定條件預(yù)緊或者提前損壞螺紋牙。（當(dāng)然，小鼻子很好的利用了這種偏載效應(yīng)，因此在防松上有很大的建樹。）直徑越大，這種情況就越明顯。其本質(zhì)是導(dǎo)向長度。因此，對于公稱直徑較小的螺紋連接來說，3牙也好3牙半也好，對導(dǎo)向的影響并不大，可以正常使用。但對于大直徑的連接來說，3-4牙是不夠的。一個(gè)實(shí)際中很容易碰到的例子，同樣直徑的兩組螺紋連接，如果牙數(shù)相同，比如都是3牙，直徑越大，粗牙的螺紋相對細(xì)牙的就越容易旋合。因?yàn)橄嗤瑮l件下，粗牙的導(dǎo)向長度更長。
最后捎帶幾句。對于細(xì)牙螺紋的使用，本身則應(yīng)更加小心。我們說7牙也好，3牙也罷，一般多指粗牙狀態(tài)。對于細(xì)牙螺紋來講，由于螺紋牙的懸臂撓彎假設(shè)更不易發(fā)生，因此，純剪形式的破壞以及密螺距下帶負(fù)載旋合產(chǎn)生的熱熔磨損是主要破壞形式。因此，對于細(xì)牙螺紋來說，無論是牙數(shù)過少還是過多，都是不合理的選擇。過少，則因單個(gè)螺紋承載能力下降易被剪掉，過多，則容易因?yàn)闊崛蹖?dǎo)致旋合磨損。另外，某些研究表明，細(xì)牙螺紋的載荷分配略優(yōu)于粗牙螺紋，也標(biāo)示著應(yīng)當(dāng)適當(dāng)選擇更多的牙數(shù)，只要這個(gè)數(shù)量不致產(chǎn)生磨損。所以檢測是很重要的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際應(yīng)用更是應(yīng)該考慮的因素。
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