螺紋嚙合的案例
螺紋嚙合接觸分析 ￥15
螺紋嚙合接觸分析
螺紋連接強度計算
兩種特殊的方法使用
1 shrink——自動解決兩個接觸表面的過盈干涉
——只在第一步分析步中可以設置，而且不能用于自接觸
2 pressure——有效解決壓力穿透問題
——先設置壓力穿透接觸，在達到100Pa壓強時停止穿透量的增加
分析步的設置
1 消除初始過盈，建立接觸
要點——分析步給多，讓接觸逐步建立起來
——接觸的設置過程中，將“interference fit”進行調整
2 改變接觸表面的摩擦系數（由0到0.1）
要點——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——對接觸屬性進行進一步加強
——加入管道壓力pressure
——pressure的值與fluid pressure一致
4 對管道連接進行強制拉伸
要點——修改位移邊界條件
最后的接觸力變化結果如下
小結
1 螺紋連接被廣泛的應用在管道連接等工業上，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、內部壓力、過載條件、流體泄露等；
2 考慮問題的時候要全面，除了螺栓預緊力之外，初始的過盈、逐步接觸時的壓力穿透、內外的強制壓力，軸向的拉拔力等都要考慮在內；
展開 這12種螺栓防松方法，有的你可能真的不知道。。。
在螺母與螺絲之間揳入楔子以發揮防止松動的作用
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、引發劑、助促進劑、穩定劑（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。
對于通孔工況：將螺栓穿過螺孔，將螺紋鎖固膠涂至嚙合部螺紋上，裝配螺母并上緊至規定力矩。
對于螺孔深大于螺栓長的工況：需將鎖固膠涂到螺栓的螺紋上，裝配并上緊至規定力矩。
對于盲孔工況：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，盲孔內不需涂膠。
對于雙頭螺栓工況：應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定力矩；如盲孔開口向下，則孔內不需滴膠。
對于預裝配型螺紋緊固件（如可調螺釘）：裝配并上緊至規定力矩后，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。當防松系統遭遇動力負載時，位移只能發生在墊圈的內表面。
在楔入式鎖緊墊圈延厚度方向的可擴展距離大于螺栓延螺紋可產生的縱向位移。
和現有的其他防松方式截然不同楔入式防松通過夾緊力而非摩擦力來緊固螺栓。
視頻資料，建議WiFi觀看
已經有120年歷史的HEICO-LOCK楔入式防松系統產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，主要材質為碳鋼涂達克羅和316不銹鋼，254SMO、C276和718等不銹鋼材質也有大量應用。
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，并將開口銷尾部扳開，防止螺母與螺栓的相對轉動。
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：工程校核考慮
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于螺紋連接一般需要考慮哪些內容，這些內容的學習可以幫助我們更加全面深入地了解螺紋連接的要點。
文章主要參考書籍：《螺紋緊固件聯接工程》-酒井智次。
02 校核考慮
擰緊（預緊）狀態
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。在這個過程中，如果單獨拿出螺栓部分，可以觀察到螺栓主要受到兩種載荷作用：
①軸向預緊載荷F
②螺紋扭矩載荷Ts
軸向預緊力載荷大家相對比較容易理解，螺母的旋轉運動會通過螺紋使得螺栓桿產生軸向伸長（斜面原理），這樣螺栓由于伸長會在內部產生拉力載荷，當拉力載荷達到我們預期的夾緊程度時會稱為預緊力F。
螺紋扭矩載荷產生的原因是由于：螺栓預緊過程中，螺母和螺栓的嚙合螺紋之間會產生較大的接觸壓力，而接觸壓力fN的作用會直接導致沿著螺紋嚙合方向摩擦力fs的產生，由于摩擦力是繞著螺栓圓周分布，因此會產生扭矩載荷Ts，而Ts（螺紋扭矩）=T（施加扭矩）-Tw（支撐面扭矩）
此時螺栓桿表面的等效應力σeq的計算包含：
①預緊力F產生的拉應力σ
②螺紋扭矩Ts產生的扭轉切應力τ
如果這個過程中螺栓主要表面發生了屈服，那么軸向預緊力F和施加扭矩T將出現非線性關系，因此
使用扭矩法擰緊螺栓時，必須避免螺栓主要表面的屈服
，并且一旦表面發生屈服，螺栓在后續受載繼續產生塑性變形的話，非旋轉松動較容易產生。
展開 
【專業知識】這12種螺栓防松方法，有的你可能真的不知道。。。
在螺母與螺絲之間揳入楔子以發揮防止松動的作用
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、引發劑、助促進劑、穩定劑（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。
對于通孔工況：將螺栓穿過螺孔，將螺紋鎖固膠涂至嚙合部螺紋上，裝配螺母并上緊至規定力矩。
對于螺孔深大于螺栓長的工況：需將鎖固膠涂到螺栓的螺紋上，裝配并上緊至規定力矩。
對于盲孔工況：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，盲孔內不需涂膠。
對于雙頭螺栓工況：應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定力矩；如盲孔開口向下，則孔內不需滴膠。
對于預裝配型螺紋緊固件（如可調螺釘）：裝配并上緊至規定力矩后，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。當防松系統遭遇動力負載時，位移只能發生在墊圈的內表面。
在楔入式鎖緊墊圈延厚度方向的可擴展距離大于螺栓延螺紋可產生的縱向位移。
和現有的其他防松方式截然不同楔入式防松通過夾緊力而非摩擦力來緊固螺栓。
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：從現象出發1
文章系列內容預期會按照螺紋，點焊，焊縫，膠粘的順序進行，主要涉及關鍵現象，工程校核方法，CAE建模方法以及后處理方法。
本文就螺栓連接系統中一些關鍵現象進行說明，目的是為了根據這些現象為后續分析校核提供一定的理論支撐。
文中內容主要為個人觀點，希望大家批評指正。
02、塑性流動
大家熟知的第三/第四強度理論準則告訴我們：當結構以某種方式（剪切/畸變能）評估出來的等效應力≥材料的屈服極限時，材料會發生屈服失效。通常強度校核時我們也常常使用該準則來判斷結構的安全系數。
但是需要注意的是，材料發生局部屈服并不意味著結構發生破壞。對于很多結構，如果按照局部屈服就判斷結構失效，那么會保留過高的實際安全系數，以至于結構異常笨重，螺栓連接系統就是典型的例子。
如圖所示，螺栓在受到預緊力以及拉伸載荷作用下時，結構內部處于拉應力狀態，但是由于螺栓本身存在許多細節特征，因此會在螺栓頭部，螺紋過渡處，螺紋根部處存在較大的應力集中：
特別是螺紋嚙合處應力集中系數可能高達5~10倍，這樣顯然會讓大家疑惑：螺栓預緊力建議達到70%~90%斷面材料屈服，那么這些集中處不是早就發生屈服失效了么？
為了解決這個疑惑，這里用一個簡單的模型進行說明：
如圖，一帶有螺紋缺口的平面應力模型（材料屈服強度設置300MPa，切線模量設置1/1000E），左端固定，右側施加一定的強制性載荷，提取圖中虛線處結構內部的米塞斯應力變化：
可以觀察到，螺紋根部由于應力集中，很快便進入了屈服，此時截面其余部位應力還遠遠未屈服，但是繼續加載時，根部的應力基本維持在屈服水平上，其余部位應力開始逐漸提升到屈服。
展開 絲桿升降機工作原理與結構解析
絲桿上刻有螺旋狀的齒紋（或稱為螺紋），螺母則內嵌有與絲桿螺紋相匹配的螺旋槽。當絲桿旋轉時，螺母會沿著絲桿的軸向方向進行直線運動，從而實現升降功能。
具體來說，絲桿升降機的工作原理可以分解為以下幾個步驟：
動力輸入：絲桿升降機通常通過電機、液壓馬達或其他動力裝置提供動力。這些動力裝置會驅動絲桿進行旋轉。
螺旋傳動：絲桿上的螺紋與螺母內的螺旋槽相互嚙合，形成螺旋傳動副。當絲桿旋轉時，螺紋與螺旋槽之間的摩擦力會使螺母沿著絲桿的軸向方向進行直線運動。
升降運動：螺母的直線運動即為絲桿升降機的升降運動。通過控制絲桿的旋轉方向和速度，可以實現對升降運動的精確控制。
負載承載：絲桿升降機通常具有較大的承載能力，可以承受較大的負載。這主要得益于絲桿和螺母之間的螺旋傳動結構，以及它們之間的緊密配合和強大的摩擦力。
絲桿升降機的結構解析
絲桿升降機的結構相對簡單，但各部分之間的協調配合和精密制造是保證其高性能和可靠性的關鍵。以下將對絲桿升降機的主要組成部分進行詳細解析。
絲桿
絲桿是絲桿升降機的核心部件之一，其質量和精度直接影響到升降機的性能和穩定性。絲桿通常采用高強度、高精度的合金鋼材料制成，表面經過精密加工和熱處理，以確保其具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。絲桿上的螺紋通常采用標準的或特殊的螺距和牙型，以滿足不同的升降速度和承載能力需求。
螺母
螺母是絲桿升降機的另一個核心部件，它與絲桿上的螺紋相嚙合，形成螺旋傳動副。螺母通常采用高強度、高韌性的合金鋼或鑄鐵材料制成，內部螺旋槽的精度和表面質量對升降機的性能有著重要影響。為了確保螺母的耐磨性和耐用性，通常會對螺旋槽進行特殊的潤滑和防銹處理。
展開 螺紋鎖緊環換熱器的結構介紹
設備運行過程中若發現管程與殼程有串漏時，可通過擰緊螺紋鎖緊環17上的內圈壓緊螺栓19，推動內壓桿16、內壓圈14、密封盤12、大壓環10、套筒8、從而將管板墊片1壓緊。同樣，管板墊片的反力最終傳給螺紋鎖緊環17和管箱大螺紋上，內壓緊螺栓也只承擔壓緊內密封墊片的一個功能，因此螺栓的直徑較小[2]。
由上可知螺紋鎖緊環換熱器的最大的優點是維護簡捷、靈活，可以在帶壓情況下排除泄漏，減少裝置不必要停車，實現了密封力與內壓力由不同的零部件來承擔。
3.1 大螺紋
換熱器所有的力由螺紋鎖緊環和管箱殼體端部的梯形螺紋來承擔，螺紋設計是螺紋鎖緊環換熱器的關鍵之處，螺紋承受著管程和殼程的綜合載荷，是這些載荷的“最終受力點”。螺紋鎖緊環換熱器的螺紋采用AISI B1.8《stub acmescrew threads》標準的(15/16)in（23.8125mm）的短齒梯形螺紋，該螺紋具有嚙合高度大、抗剪、抗彎能力強等特點，適用于螺紋鎖緊環換熱器上。該螺紋公差范圍較寬，因內、外螺紋配合公差涉及的外界因素較多，螺紋又在高溫下工作，螺紋鍛件會有微量變形，如果螺紋配合公差選的不合適，就有拆卸困難的可能。長期以來一直認為，螺紋的齒數越多越好，而根據計算結果，對整個端部螺紋來說，承壓最大的是靠近管箱內部的少數齒，其它的齒承受的力越來越小。因此，整個端部螺紋每個齒受力不一樣，這也是這種換熱器的不足之處，即力不能均勻分布到每個齒上。
3.2 墊片的選擇
密封性和回彈性是選擇墊片的兩個重要指標。管板墊片和內套筒墊片僅需承受管板壓差產生的力及墊片本身密封所需的力，因纏繞墊的墊片系數m及比壓力y較小，為了減小管殼程之間的密封力，減少螺栓的直徑及數量，管板墊片和內套筒墊片采用纏繞墊，其由S30403金屬骨架與柔性石墨材料復合而成的。
展開 【工藝知識】熱融緊固技術，擰螺絲的新境界，寶馬奔馳奧迪都在用
隨后，螺釘頂端穿透材料，形成穿孔，并逐漸開始攻螺紋，一旦螺紋形成，螺釘按照預設的扭矩進行擰緊。
看一個模擬動畫。
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熱融緊固連接工藝步驟與過程說明，包括六個階段：旋轉（加熱）→穿透→通孔→攻螺紋→擰螺紋→緊固。
在初始階段，高速旋轉的電機驅動螺釘接觸工件表面，并施以向下的軸向壓力（軸向力最高可達1.5kN，旋轉速度最高可達8000rpm），螺釘頭部與鈑金件表面摩擦并產生高溫，這個溫度基本上在600～900℃之間，螺釘附近區域金屬迅速軟化，加熱的材料沿著鉆頭錐度往上延伸。
FDS螺釘穿透材料時，大部分熱熔的鈑金件材料會流向鉆孔下部形成一個厚度1~3倍的金屬襯套，襯套內表面在FDS螺釘螺桿螺紋的作用下，形成嚙合螺紋并擰緊。整個加工過程只需1~6s，即可完成緊固的連接效果，扭矩可以達到15Nm。
再仔細看一下
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同時，FDS釘子在緊固到位后，將會保持一段時間，在旋轉扭矩作用下，產生一個預緊力，可以提高螺紋連接的可靠性、防松能力和螺紋的疲勞強度，增強連接的緊密性和剛性。
擰緊后的效果
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螺釘特寫
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問題來了，現在汽車行業的連接技術也很多，為什么還要用這種連接方式呢？
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化1
01 前言
前文通過一些實際現象應該能夠讓大家認識到：螺紋連接的力學行為比表面上看起來更加復雜，因此要使用數值仿真工具對其進行合理地分析并不容易
但不幸的是，這種連接方式恰恰在實際中使用非常廣泛，并且很多時候出現在主傳力路徑上，因此進行裝配體分析，不可避免需要與大量的螺紋連接打交道
雖然筆者目前對于螺紋連接的處理仍然存在一些困惑，但仍希望借文章形式就目前的部分想法和大家進行交流和探討
內容僅代表個人觀點，希望大家有選擇性地參考
02 簡化思路
為什么簡化？
有些小伙伴可能會困惑：“實體螺栓+接觸（不考慮螺紋）”多么完美的處理方式，還有必要簡化么？
展開 擰螺絲的新境界，寶馬奔馳奧迪都在用！
隨后，螺釘頂端穿透材料，形成穿孔，并逐漸開始攻螺紋，
一旦螺紋形成，螺釘按照預設的扭矩進行擰緊。
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熱融緊固連接工藝步驟與過程說明，
包括六個階段：旋轉（加熱）→穿透→通孔→攻螺紋→擰螺紋→緊固。
在初始階段，高速旋轉的電機驅動螺釘接觸工件表面，并施以向下的軸向壓力（軸向力最高可達1.5kN，旋轉速度最高可達8000rpm），螺釘頭部與鈑金件表面摩擦并產生高溫，
這個溫度基本上在600～900 ℃之間，螺釘附近區域金屬迅速軟化，加熱的材料沿著鉆頭錐度往上延伸。
FDS螺釘穿透材料時，大部分熱熔的鈑金件材料會流向鉆孔下部形成一個厚度1~3倍的金屬襯套，襯套內表面在FDS螺釘螺桿螺紋的作用下，形成嚙合螺紋并擰緊。
整個加工過程只需1~6s，即可完成緊固的連接效果，扭矩可以達到15Nm。
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視頻來源：weber
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同時，FDS釘子在緊固到位后，將會保持一段時間，在旋轉扭矩作用下，產生一個預緊力，
可以提高螺紋連接的可靠性、防松能力和螺紋的疲勞強度，增強連接的緊密性和剛性。
擰緊后的效果
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螺釘特寫
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問題來了，現在汽車行業的連接技術也很多，為什么還要用這種連接方式呢？
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某型巷道超前支架結構有限元分析報告及合規性分析
</p><p>在螺釘連接建模中，活動卡箍的4.8級M20螺釘被等效為10?kN預緊力，以宏觀載荷替代螺紋嚙合與局部接觸細節，從而顯著降低自由度規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。側支撐結構依據“保留主導受力路徑、剔除弱相關特征”的原則進行簡化。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。上底板安裝銷采用功能等效策略，通過約束條件或簡化接觸表征其定位與載荷傳遞作用，避免復雜接觸帶來的求解負擔。綜上，這些針對螺釘、側支撐與安裝銷的工程化抽象策略在顯著降低模型復雜度與計算成本的同時，仍保持整體力學行為的準確性與工程可靠性。</p><h3>支架整體模型的對稱簡化</h3><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/425f030c4edd4a29aef8c26ce9aaec40.png" height="316" width="174"> </p><p class="ql-align-center">圖 2工況1對稱邊界</p><p>上圖為采用對稱簡化后的支架有限元模型。首先，由于本次仿真的結構在幾何形態、載荷施加方式以及邊界條件設置上均滿足對稱性要求，因此可采用對稱簡化以縮減計算域，從而在不影響物理響應準確性的前提下顯著降低模型自由度規模。其次，考慮到該結構中存在較多接觸界面及由此引發的非線性行為，對稱建模能夠有效提升求解效率，并增強接觸非線性分析的數值穩定性。最后，對稱簡化使得模型幾何更加規整，有利于生成高質量網格、改善求解收斂性，同時也為后續的參數化建模與自動化求解流程提供了更高的可操作性與一致性。
展開 【行業知識】’航空緊固件＆航天緊固件的基本知識
螺紋：有右旋螺紋和左旋螺紋兩種。
例：標記 AN315－7R
表示：鎳合金鋼制、與AN7螺栓配用的右旋螺紋螺帽。
標記：AN3l5C4L
表示：不銹鋼制、螺紋直徑為1/4英寸的左旋螺紋螺帽。
（4）AN316
名稱：防松螺帽
特點：這是一種采用雙螺帽防松措施中的六角防松螺帽。它用于AN315普通螺帽之上，防止普通螺帽松脫。但由于比其它類型的防松措施增加的重量大，所以目前在飛機上很少應用。
（5）AN340和AN345
名稱：機械螺釘螺帽
應用：與機械螺釘配合使用的，因此，其螺紋規格是按螺釘的規格制造的。
螺紋：AN340為粗牙螺紋螺帽；AN345為細牙螺紋螺帽。
材料：有碳合金鋼(－)，不銹鋼(C)、黃銅(B)和2024鋁合金(DD)。
例：標記AN340B6
表示為：由黃銅制造、與6－32安裝螺釘配合使用的粗牙螺紋螺母。
（6）AN350
名稱：蝶形螺帽
應用：專門用于拆裝頻繁，而且只需用手指擰緊即可的裝配件。這種螺母可與安裝螺釘或螺栓配合使用。配合安裝螺釘的螺母由螺釘的號數給出。
材料：為合金鋼或黃銅。
例：標記AN350－6
表示：與6－40安裝螺釘配合使用的螺母。而配合螺栓使用的螺母則以1/16英寸制螺栓規格給出，同時加數字16。
2、自鎖螺帽
（1）低溫自鎖螺帽及鎖緊原理
型號：AN365、AN364
鎖緊原理：低溫自鎖螺帽在螺紋中插入一個彈性環，內徑比之配合的螺紋略小。當轉動螺母使螺栓擰過底段螺紋后而欲進入頂段螺紋時，必須克服彈性環的阻力，才能使螺栓的螺紋與螺母頂段螺紋協調嚙合。
展開 [閥門維修基礎]
點鉚法是將螺母與螺栓嚙合的螺紋處用洋沖點鉚兩點或兩點以上的位置，使螺紋處相互擠壓變形達到防松的目的。如果螺母松動用以上方法難以解決，可用粘接法。
(2)左旋螺紋和右旋螺紋的識別
正確識別螺紋是左旋還是右旋，是閥門裝拆的最基本的知識。那么，怎樣才能弄清螺紋是左旋還是右旋呢?可以借助該閥件上的內螺紋或外螺紋來確定。一般情況下，它們成正反螺紋結構，以防止螺紋松動。如閥桿、閥桿螺母上的螺紋連接：閥桿螺母上的緊圈為左旋，手輪上的螺紋為右旋，閥桿螺母的梯形螺紋為左旋。此外，螺紋的升角是向左邊升的螺紋叫左旋；反之為右旋。
(3) 拆裝螺栓的方法
螺栓的拆卸和裝配方法通常與連接形式、損壞和銹死程度等因素有關。
展開 螺紋連接:仿真分析簡化
如圖所示，螺栓體系主要包含變形行為(螺栓變形+被連接件變形)以及接觸行為(螺母接觸+螺栓頭接觸+螺紋接觸+螺母接觸等)
其中變形行為反應了螺栓體系受到外力作用后的變形情況，對應螺栓體系的等效剛度，主要包含螺栓等效剛度和被連接件等效剛度
接觸行為反映了螺栓體系之間的連接關系，對應接觸面之間的粘合，分離及滑移
因此螺栓連接體系簡化的核心就是:使用各種單元或者連接關系來等效替代真實的連接剛度及連接關系
怎么簡化?
首先，螺栓完成擰緊之后，如果沒有發生旋轉型松動，螺栓與螺母嚙合螺紋之間理論上相對滑移。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生分離和滑移，因此螺栓頭→被連接件，螺母→被連接件實際行為也類似于綁定接觸
一旦可以使用綁定接觸考慮問題(線性問題)，那么約束方程，耦合，各類連接單元都可以引入。進來，這樣問題的核心就只剩下如何合理等效連接體系剛度
最后，被連接件未分離之前，軸向連接剛度基本呈現線性關系:切向剛度由于摩擦阻力作用因此可以不進行考慮:彎曲剛度相對較為復雜，與工況和模型相關并呈現顯著非線性行為
而剛度的等效可以使用彈簧單元，cbush單元，梁單元以及實體單元
這樣，整個簡化的初始思路基本就確定了，下面需要做的就是將各種方案進行對比驗證，得到各自使用的精度和條件
按照前文思路，分別從連接關系及連接剛度兩方面進行探討
注意的問題?
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