螺紋嚙合
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-22
螺紋嚙合的實(shí)例教程
螺紋嚙合接觸分析 ￥15
螺紋嚙合接觸分析
兩種特殊的方法使用
1 shrink——自動(dòng)解決兩個(gè)接觸表面的過(guò)盈干涉
——只在第一步分析步中可以設(shè)置，而且不能用于自接觸
2 pressure——有效解決壓力穿透問(wèn)題
——先設(shè)置壓力穿透接觸，在達(dá)到100Pa壓強(qiáng)時(shí)停止穿透量的增加
分析步的設(shè)置
1 消除初始過(guò)盈，建立接觸
要點(diǎn)——分析步給多，讓接觸逐步建立起來(lái)
——接觸的設(shè)置過(guò)程中，將“interference fit”進(jìn)行調(diào)整
2 改變接觸表面的摩擦系數(shù)（由0到0.1）
要點(diǎn)——更改接觸屬性，建立摩擦
3 加入壓力穿透條件，限制變形量
要點(diǎn)——對(duì)接觸屬性進(jìn)行進(jìn)一步加強(qiáng)
——加入管道壓力pressure
——pressure的值與fluid pressure一致
4 對(duì)管道連接進(jìn)行強(qiáng)制拉伸
要點(diǎn)——修改位移邊界條件
最后的接觸力變化結(jié)果如下
小結(jié)
1 螺紋連接被廣泛的應(yīng)用在管道連接等工業(yè)上，它們必須要能夠承受像大范圍的力值變化等各種情況：螺紋嚙合力、扭矩、彎矩、軸向抽出力、內(nèi)部壓力、過(guò)載條件、流體泄露等；
2 考慮問(wèn)題的時(shí)候要全面，除了螺栓預(yù)緊力之外，初始的過(guò)盈、逐步接觸時(shí)的壓力穿透、內(nèi)外的強(qiáng)制壓力，軸向的拉拔力等都要考慮在內(nèi)；
展開 在螺母與螺絲之間揳入楔子以發(fā)揮防止松動(dòng)的作用
日本哈德洛克偏心式自鎖螺母
4.螺紋鎖固膠
螺紋鎖固膠是（甲基）丙烯酸酯、引發(fā)劑、助促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑（阻聚劑）、染料和填料等按一定比例配合在一起所組成的膠黏劑。
對(duì)于通孔工況：將螺栓穿過(guò)螺孔，將螺紋鎖固膠涂至嚙合部螺紋上，裝配螺母并上緊至規(guī)定力矩。
對(duì)于螺孔深大于螺栓長(zhǎng)的工況：需將鎖固膠涂到螺栓的螺紋上，裝配并上緊至規(guī)定力矩。
對(duì)于盲孔工況：將鎖固膠滴至盲孔底部，再將鎖固膠涂到螺栓的螺紋上，裝配并上緊至規(guī)定力矩；如盲孔開口向下，則只需將鎖固膠涂在螺栓的螺紋上即可，盲孔內(nèi)不需涂膠。
對(duì)于雙頭螺栓工況：應(yīng)將鎖固膠滴至螺孔中，再在螺栓上涂鎖固膠，將螺柱裝配并上緊至規(guī)定力矩；裝配其它零件后將鎖固膠涂在螺柱與螺母嚙合部位，裝配螺母并上緊至規(guī)定力矩；如盲孔開口向下，則孔內(nèi)不需滴膠。
對(duì)于預(yù)裝配型螺紋緊固件（如可調(diào)螺釘）：裝配并上緊至規(guī)定力矩后，將鎖固膠滴入螺紋嚙合處，使膠液自行滲入即可。
5.楔入式鎖緊防松雙疊墊圈
楔入式鎖緊墊圈外表面的放射狀鋸齒和其所接觸的工件表面咬合。當(dāng)防松系統(tǒng)遭遇動(dòng)力負(fù)載時(shí)，位移只能發(fā)生在墊圈的內(nèi)表面。
在楔入式鎖緊墊圈延厚度方向的可擴(kuò)展距離大于螺栓延螺紋可產(chǎn)生的縱向位移。
和現(xiàn)有的其他防松方式截然不同楔入式防松通過(guò)夾緊力而非摩擦力來(lái)緊固螺栓。
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已經(jīng)有120年歷史的HEICO-LOCK楔入式防松系統(tǒng)產(chǎn)品包括楔入式鎖緊墊圈、RING-LOCK楔入式墊圈和楔入式鎖緊螺母，主要材質(zhì)為碳鋼涂達(dá)克羅和316不銹鋼，254SMO、C276和718等不銹鋼材質(zhì)也有大量應(yīng)用。
6.開口銷、開槽螺母
螺母擰緊后，把開口銷插入螺母槽與螺栓尾部孔內(nèi)，并將開口銷尾部扳開，防止螺母與螺栓的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
展開 因此，在探索如何使用CAE分析工具處理和校核螺紋連接之前，首先需要了解工程校核中對(duì)于螺紋連接一般需要考慮哪些內(nèi)容，這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以幫助我們更加全面深入地了解螺紋連接的要點(diǎn)。
文章主要參考書籍：《螺紋緊固件聯(lián)接工程》-酒井智次。
02 校核考慮
擰緊（預(yù)緊）狀態(tài)
為了讓螺栓起到正常的連接作用，首先需要將螺栓擰緊，使得被連接件緊密相連。在這個(gè)過(guò)程中，如果單獨(dú)拿出螺栓部分，可以觀察到螺栓主要受到兩種載荷作用：
①軸向預(yù)緊載荷F
②螺紋扭矩載荷Ts
軸向預(yù)緊力載荷大家相對(duì)比較容易理解，螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)通過(guò)螺紋使得螺栓桿產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)（斜面原理），這樣螺栓由于伸長(zhǎng)會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生拉力載荷，當(dāng)拉力載荷達(dá)到我們預(yù)期的夾緊程度時(shí)會(huì)稱為預(yù)緊力F。
螺紋扭矩載荷產(chǎn)生的原因是由于：螺栓預(yù)緊過(guò)程中，螺母和螺栓的嚙合螺紋之間會(huì)產(chǎn)生較大的接觸壓力，而接觸壓力fN的作用會(huì)直接導(dǎo)致沿著螺紋嚙合方向摩擦力fs的產(chǎn)生，由于摩擦力是繞著螺栓圓周分布，因此會(huì)產(chǎn)生扭矩載荷Ts，而Ts（螺紋扭矩）=T（施加扭矩）-Tw（支撐面扭矩）
此時(shí)螺栓桿表面的等效應(yīng)力σeq的計(jì)算包含：
①預(yù)緊力F產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ
②螺紋扭矩Ts產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ
如果這個(gè)過(guò)程中螺栓主要表面發(fā)生了屈服，那么軸向預(yù)緊力F和施加扭矩T將出現(xiàn)非線性關(guān)系，因此
使用扭矩法擰緊螺栓時(shí)，必須避免螺栓主要表面的屈服
，并且一旦表面發(fā)生屈服，螺栓在后續(xù)受載繼續(xù)產(chǎn)生塑性變形的話，非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)較容易產(chǎn)生。
展開 在螺母與螺絲之間揳入楔子以發(fā)揮防止松動(dòng)的作用
日本哈德洛克偏心式自鎖螺母
4.螺紋鎖固膠
螺紋鎖固膠是（甲基）丙烯酸酯、引發(fā)劑、助促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑（阻聚劑）、染料和填料等按一定比例配合在一起所組成的膠黏劑。
對(duì)于通孔工況：將螺栓穿過(guò)螺孔，將螺紋鎖固膠涂至嚙合部螺紋上，裝配螺母并上緊至規(guī)定力矩。
對(duì)于螺孔深大于螺栓長(zhǎng)的工況：需將鎖固膠涂到螺栓的螺紋上，裝配并上緊至規(guī)定力矩。
對(duì)于盲孔工況：將鎖固膠滴至盲孔底部，再將鎖固膠涂到螺栓的螺紋上，裝配并上緊至規(guī)定力矩；如盲孔開口向下，則只需將鎖固膠涂在螺栓的螺紋上即可，盲孔內(nèi)不需涂膠。
對(duì)于雙頭螺栓工況：應(yīng)將鎖固膠滴至螺孔中，再在螺栓上涂鎖固膠，將螺柱裝配并上緊至規(guī)定力矩；裝配其它零件后將鎖固膠涂在螺柱與螺母嚙合部位，裝配螺母并上緊至規(guī)定力矩；如盲孔開口向下，則孔內(nèi)不需滴膠。
對(duì)于預(yù)裝配型螺紋緊固件（如可調(diào)螺釘）：裝配并上緊至規(guī)定力矩后，將鎖固膠滴入螺紋嚙合處，使膠液自行滲入即可。
5.楔入式鎖緊防松雙疊墊圈
楔入式鎖緊墊圈外表面的放射狀鋸齒和其所接觸的工件表面咬合。當(dāng)防松系統(tǒng)遭遇動(dòng)力負(fù)載時(shí)，位移只能發(fā)生在墊圈的內(nèi)表面。
在楔入式鎖緊墊圈延厚度方向的可擴(kuò)展距離大于螺栓延螺紋可產(chǎn)生的縱向位移。
和現(xiàn)有的其他防松方式截然不同楔入式防松通過(guò)夾緊力而非摩擦力來(lái)緊固螺栓。
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螺紋嚙合的最新內(nèi)容
</p><p>在螺釘連接建模中，活動(dòng)卡箍的4.8級(jí)M20螺釘被等效為10?kN預(yù)緊力，以宏觀載荷替代螺紋嚙合與局部接觸細(xì)節(jié)，從而顯著降低自由度規(guī)模與非線性求解難度，并在保持連接剛度表征的前提下滿足整體分析精度需求。側(cè)支撐結(jié)構(gòu)依據(jù)“保留主導(dǎo)受力路徑、剔除弱相關(guān)特征”的原則進(jìn)行簡(jiǎn)化。移除局部小尺度幾何可有效減少潛在非線性并提升建模效率。
螺母
螺母是絲桿升降機(jī)的另一個(gè)核心部件，它與絲桿上的螺紋相嚙合，形成螺旋傳動(dòng)副。螺母通常采用高強(qiáng)度、高韌性的合金鋼或鑄鐵材料制成，內(nèi)部螺旋槽的精度和表面質(zhì)量對(duì)升降機(jī)的性能有著重要影響。為了確保螺母的耐磨性和耐用性，通常會(huì)對(duì)螺旋槽進(jìn)行特殊的潤(rùn)滑和防銹處理。
驅(qū)動(dòng)裝置
驅(qū)動(dòng)裝置是絲桿升降機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，通常包括電機(jī)、液壓馬達(dá)或其他動(dòng)力裝置。
首先，螺栓完成擰緊之后，如果沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)型松動(dòng)，螺栓與螺母嚙合螺紋之間理論上相對(duì)滑移。量較小，可以使用綁定接觸替代
其次，由于摩擦型螺栓要求外載作用下不發(fā)生分離和滑移，因此螺栓頭→被連接件，螺母→被連接件實(shí)際行為也類似于綁定接觸
一旦可以使用綁定接觸考慮問(wèn)題(線性問(wèn)題)，那么約束方程，耦合，各類連接單元都可以引入。
對(duì)于預(yù)裝配型螺紋緊固件（如可調(diào)螺釘）：裝配并上緊至規(guī)定力矩后，將鎖固膠滴入螺紋嚙合處，使膠液自行滲入即可。
5.楔入式鎖緊防松雙疊墊圈
楔入式鎖緊墊圈外表面的放射狀鋸齒和其所接觸的工件表面咬合。當(dāng)防松系統(tǒng)遭遇動(dòng)力負(fù)載時(shí)，位移只能發(fā)生在墊圈的內(nèi)表面。
在楔入式鎖緊墊圈延厚度方向的可擴(kuò)展距離大于螺栓延螺紋可產(chǎn)生的縱向位移。
首先，螺栓完成擰緊之后，如果沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)型松動(dòng)，螺栓與螺母嚙合螺紋之間理論上相對(duì)滑移量較小，可以使用綁定接觸替代
其次，由于摩擦型螺栓要求外載作用下不發(fā)生分離和滑移，因此螺栓頭→被連接件，螺母→被連接件實(shí)際行為也類似于綁定接觸
一旦可以使用綁定接觸考慮問(wèn)題（線性問(wèn)題），那么約束方程，耦合，各類連接單元都可以引入進(jìn)來(lái)，這樣問(wèn)題的核心就只剩下如何合理等效連接體系剛度
FDS螺釘穿透材料時(shí)，大部分熱熔的鈑金件材料會(huì)流向鉆孔下部形成一個(gè)厚度1~3倍的金屬襯套，襯套內(nèi)表面在FDS螺釘螺桿螺紋的作用下，形成嚙合螺紋并擰緊。整個(gè)加工過(guò)程只需1~6s，即可完成緊固的連接效果，扭矩可以達(dá)到15Nm。
當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母使螺栓擰過(guò)底段螺紋后而欲進(jìn)入頂段螺紋時(shí)，必須克服彈性環(huán)的阻力，才能使螺栓的螺紋與螺母頂段螺紋協(xié)調(diào)嚙合。在螺栓全部擰緊后，彈性環(huán)段就迫使頂段螺紋緊緊咬住螺栓螺紋從而達(dá)到防松目的。
（2）高溫自鎖螺帽及鎖緊原理
型號(hào)：AN363
這兩種自鎖螺母都是在擰緊后收口脹開，靠彈性鎖緊。
螺紋扭矩載荷產(chǎn)生的原因是由于：螺栓預(yù)緊過(guò)程中，螺母和螺栓的嚙合螺紋之間會(huì)產(chǎn)生較大的接觸壓力，而接觸壓力fN的作用會(huì)直接導(dǎo)致沿著螺紋嚙合方向摩擦力fs的產(chǎn)生，由于摩擦力是繞著螺栓圓周分布，因此會(huì)產(chǎn)生扭矩載荷Ts，而Ts（螺紋扭矩）=T（施加扭矩）-Tw（支撐面扭矩）
此時(shí)螺栓桿表面的等效應(yīng)力σeq的計(jì)算包含：
①預(yù)緊力F產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ
②螺紋扭矩
螺紋嚙合接觸分析
如圖所示，螺栓在受到預(yù)緊力以及拉伸載荷作用下時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部處于拉應(yīng)力狀態(tài)，但是由于螺栓本身存在許多細(xì)節(jié)特征，因此會(huì)在螺栓頭部，螺紋過(guò)渡處，螺紋根部處存在較大的應(yīng)力集中：
特別是螺紋嚙合處應(yīng)力集中系數(shù)可能高達(dá)5~10倍，這樣顯然會(huì)讓大家疑惑：螺栓預(yù)緊力建議達(dá)到70%~90%斷面材料屈服，那么這些集中處不是早就發(fā)生屈服失效了么？
