【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，属于非标紧固件领域。
技术介绍
1、螺栓连接结构(包括螺栓和螺母)是较为常用的连接方式，广泛的应用于机械和建筑领域，目前传统的螺纹连接副内、外螺纹的螺距相等且为定值p，在螺纹连接副承受载荷时，外螺纹承受拉力伸长，内螺纹承受压力压缩，靠近支撑面(以螺栓和螺母为例，支撑面为螺母的用于压紧被连接件的端面，也即支撑面为内、外螺纹旋合区域的终止位置处的端面，相反的另一端面为起始位置处的端面)处的外螺纹伸长量变大，远离支撑面的外螺纹伸长量小，这就造成螺纹连接副的轴向载荷主要由靠近支撑面的前三扣螺纹承担，使前三圈螺纹出现显著的应力集中现象。
2、目前已有技术方案采用内螺纹螺距大于外螺纹螺距，使内、外螺纹配合使用时，远离支撑面的螺纹先接触，并使后续螺纹依次接触，从而提高远离支撑面的螺纹牙的承载力，减小靠近支撑面的螺纹牙的承载力，从而提高整个螺纹牙的承载均匀性，进而降低靠近支撑面的前三扣螺纹牙底的应力集中现象。然而非等螺距螺纹在使用时，需要根据载荷情况和内、外螺纹加工材料的性能才能使内、外螺纹达到较高的承载均匀性，然而现有螺纹连接副均未考虑这些，也没有明确给出渐变螺距螺纹的长度调整量和螺距调整量的具体计算公式，各圈螺纹所受到的载荷并不均匀，本专利技术正是基于这些问题而提出一种新的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，以解决现有螺纹连接副设计时不考虑载荷情
2、为实现上述目的，本专利技术中的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法采用如下技术方案：
3、一种等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，包括以下内容：确定内、外螺纹的基础螺纹牙型、材料性能及外螺纹承受的轴向载荷为n；求出以起始位置为起点，任意n'圈渐变螺距螺纹的长度调整量l的方程，求解过程中利用各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均相等，得出l的变化曲线确定的方程，其中各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均为n为内、外螺纹旋合区域的总圈数；确定渐变螺距螺纹的螺距调整量δp方程，δp方程中只有一个未知数k，k为综合参考系数，确定k值即可。
4、上述技术方案的有益效果在于：本专利技术开拓性的提出一种等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，该设计方法考虑了内、外螺纹的基础螺纹牙型、材料性能及外螺纹承受的轴向载荷为n，具备了各圈螺纹等载荷的基础；通过计算渐变螺距螺纹的长度调整量l，可以知晓内、外螺纹的长度差，并且计算过程中利用各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均相等，得出l的变化曲线确定的方程；最后确定渐变螺距螺纹的螺距调整量δp方程，δp方程中只有一个未知数k，即综合参考系数，确定该系数即可，经分析验证，采用本专利技术的设计方法能够设计出载荷均匀性更好的螺纹连接副。
5、进一步地，渐变螺距螺纹的长度调整量其中p为恒定螺距螺纹的螺距，k1和k2均为定值，ew为外螺纹材料的弹性模量，a1为外螺纹的应力截面积，en为内螺纹材料的弹性模量，a2为内螺纹的应力截面积。
6、上述技术方案的有益效果在于：给出了渐变螺距螺纹的长度调整量l的具体计算公式，建立渐变螺距螺纹的长度调整量l与外螺纹承受的轴向载荷为n之间的关系，式中除n和n'外，其余均为定值，便于渐变螺距螺纹的设计。
7、进一步地，渐变螺距螺纹的长度调整量l的求解过程包括以下内容：
8、(一)将内、外螺纹旋合区域的外螺纹简化成等效受力圆柱体，根据胡克定律以及等效受力圆柱体的外圆柱面的伸长量小于等效受力圆柱体的平均伸长量，求出以起始位置为起点任意n'圈数外螺纹的总伸长量其中：0＜k1＜1；n同时也是等效受力圆柱体在终止位置截面处承受的轴向载荷，轴向载荷n的方向由起始位置截面指向终止位置截面；
9、(二)将内、外螺纹旋合区域的内螺纹简化成等效受力空心圆柱体，根据胡克定律以及等效受力空心圆柱体的内圆柱面的压缩量大于等效受力空心圆柱体的平均压缩量，求出以起始位置为起点任意n'圈数内螺纹的总压缩量其中：k2＞1；fn为等效受力空心圆柱体在终止位置截面处承受的轴向载荷，轴向载荷fn的方向由终止位置截面指向起始位置截面；
10、(三)由内、外螺纹受力平衡关系可知fn＝n，因此
11、上述技术方案的有益效果在于：给出了渐变螺距螺纹的长度调整量l的具体计算过程，确定了理论研究基础。
12、进一步地，对于外螺纹所简化成的等效受力圆柱体，以起始位置为起点，任意n'圈数位置微小外圆柱面处载荷的合力为f1(n')，所有微小外圆柱面处载荷的合力与轴向载荷n相等，即根据各圈螺纹的螺纹牙等载荷，可得在等效受力圆柱体任意n'圈数位置上截取微小圆柱体，微小圆柱体的厚度为dh＝pdn'，微小圆柱体的下截面受到轴向载荷为由胡克定律可以得出厚度为dh微小圆柱体的平均伸长量因此任意n'圈数处的等效受力圆柱体的总平均伸长量为由于等效受力圆柱体圆柱面边缘的伸长量小于平均伸长量，等效受力圆柱体圆柱面为外螺纹简化区域，因此圆柱面的伸长量应为外螺纹的伸长量dlw，则即dlw＝k1·dlw1，进而得出以起始位置为起点任意n'圈数外螺纹的总伸长量
13、上述技术方案的有益效果在于：给出了任意n'圈数外螺纹的总伸长量lw的具体推导过程，利用了胡克定律，并考虑了等效受力圆柱体靠近轴心位置的伸长量与靠近圆柱面的伸长量之间的关系，保证计算结果更准确。
14、进一步地，对于内螺纹所简化成的等效受力空心圆柱体，以起始位截面为起点，任意n'圈数位置微小内圆柱面处载荷的合力为f2(n')，所有微小内圆柱面处载荷的合力与轴向载荷fn相等，即根据各圈螺纹的螺纹牙等载荷，可得在等效受力空心圆柱体任意高度h＝n'p位置上截取微小空心圆柱体，微小空心圆柱体的厚度为dh＝pdn'，微小空心圆柱体的下截面受到轴向载荷为厚度为dh微小空心圆柱体的平均压缩量因此任意n'圈数处的等效受力空心圆柱体的总平均压缩量为由于微小空心圆柱体的内圆柱面的压缩量大于平均压缩量，等效受力空心圆柱体的内圆柱面为内螺纹简化区域，因此内圆柱面的压缩量为内螺纹的压缩量dln，则即dln＝k2·dln1，进而得出以起始位置为起点任意n'圈数内螺纹的总压缩量
15、上述技术方案的有益效果在于：给出了任意n'圈数内螺纹的总压缩量ln的具体推导过程，利用了胡克定律，并考虑了等效受力空心圆柱体的内圆柱面压缩量与平均压缩量之间的关系，保证计算结果更准确。
16、进一步地，当1＜n'≤n时，渐变螺距螺纹的螺距调整量δp为一圈螺纹长度内的螺纹变化量δl之和，即：当0＜n'≤1时，渐变螺距螺纹的螺距调整量δp为不足一圈螺纹长度内的螺纹变化量δl之和，即：
17、上述技术方案的有益效果在于：给出了螺距调整量δp的具体推导过程，利用了螺距调整量δp为螺纹变化量δl之和的原理，同时考虑了大于一圈和不足一圈的情况，设计结果更全面和准确。...
【技术保护点】
1.一种等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，包括以下内容：确定内、外螺纹的基础螺纹牙型、材料性能及外螺纹承受的轴向载荷为N；求出以起始位置为起点，任意n'圈渐变螺距螺纹的长度调整量l的方程，求解过程中利用各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均相等，得出l的变化曲线确定的方程，其中各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均为n为内、外螺纹旋合区域的总圈数；确定渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP方程，ΔP方程中只有一个未知数K，K为综合参考系数，确定K值即可。
2.根据权利要求1所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，渐变螺距螺纹的长度调整量其中P为恒定螺距螺纹的螺距，k1和k2均为定值，Ew为外螺纹材料的弹性模量，A1为外螺纹的应力截面积，En为内螺纹材料的弹性模量，A2为内螺纹的应力截面积。
3.根据权利要求2所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，渐变螺距螺纹的长度调整量l的求解过程包括以下内容：
4.根据权利要求3所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，对于外螺纹所简化成的等效受力圆柱体，以起始位置为起点，任意n'圈数位
5.根据权利要求3所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，对于内螺纹所简化成的等效受力空心圆柱体，以起始位截面为起点，任意n'圈数位置微小内圆柱面处载荷的合力为f2(n')，所有微小内圆柱面处载荷的合力与轴向载荷FN相等，即根据各圈螺纹的螺纹牙等载荷，可得在等效受力空心圆柱体任意高度h＝n'P位置上截取微小空心圆柱体，微小空心圆柱体的厚度为dh＝Pdn'，微小空心圆柱体的下截面受到轴向载荷为厚度为dh微小空心圆柱体的平均压缩量因此任意n'圈数处的等效受力空心圆柱体的总平均压缩量为由于微小空心圆柱体的内圆柱面的压缩量大于平均压缩量，等效受力空心圆柱体的内圆柱面为内螺纹简化区域，因此内圆柱面的压缩量为内螺纹的压缩量dln，则即dln＝k2·dln1，进而得出以起始位置为起点任意n'圈数内螺纹的总压缩量
6.根据权利要求2～5任意一项所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，当1＜n'≤n时，渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP为一圈螺纹长度内的螺纹变化量Δl之和，即：当0＜n'≤1时，渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP为不足一圈螺纹长度内的螺纹变化量Δl之和，即：
7.根据权利要求6所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，令EwA1与EnA2的比值为k3，且令K＝k1+k2k3，将渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP的公式简化为：
8.根据权利要求2～5任意一项所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，令EwA1与EnA2的比值为k3，且令综合参考系数K＝k1+k2k3，将渐变螺距螺纹的长度调整量l的公式简化为：
9.根据权利要求1～5任意一项所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，确定综合参考系数K的方法包括试验法和有限元计算法。
10.根据权利要求9所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，采用有限元计算法确定综合参考系数K时，首先通过试取K值建立有限元模型，并计算额定载荷下螺纹牙的载荷分布，如起始位置载荷集中，减小K值重新计算，如终止位置载荷集中，增大K值，直至求出满足要求的K值为止。
...【技术特征摘要】
1.一种等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，包括以下内容：确定内、外螺纹的基础螺纹牙型、材料性能及外螺纹承受的轴向载荷为n；求出以起始位置为起点，任意n'圈渐变螺距螺纹的长度调整量l的方程，求解过程中利用各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均相等，得出l的变化曲线确定的方程，其中各圈螺纹的螺纹牙承受载荷均为n为内、外螺纹旋合区域的总圈数；确定渐变螺距螺纹的螺距调整量δp方程，δp方程中只有一个未知数k，k为综合参考系数，确定k值即可。
2.根据权利要求1所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，渐变螺距螺纹的长度调整量其中p为恒定螺距螺纹的螺距，k1和k2均为定值，ew为外螺纹材料的弹性模量，a1为外螺纹的应力截面积，en为内螺纹材料的弹性模量，a2为内螺纹的应力截面积。
3.根据权利要求2所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，渐变螺距螺纹的长度调整量l的求解过程包括以下内容：
4.根据权利要求3所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，对于外螺纹所简化成的等效受力圆柱体，以起始位置为起点，任意n'圈数位置微小外圆柱面处载荷的合力为f1(n')，所有微小外圆柱面处载荷的合力与轴向载荷n相等，即根据各圈螺纹的螺纹牙等载荷，可得在等效受力圆柱体任意n'圈数位置上截取微小圆柱体，微小圆柱体的厚度为dh＝pdn'，微小圆柱体的下截面受到轴向载荷为由胡克定律可以得出厚度为dh微小圆柱体的平均伸长量因此任意n'圈数处的等效受力圆柱体的总平均伸长量为由于等效受力圆柱体圆柱面边缘的伸长量小于平均伸长量，等效受力圆柱体圆柱面为外螺纹简化区域，因此圆柱面的伸长量应为外螺纹的伸长量dlw，则即dlw＝k1·dlw1，进而得出以起始位置为起点任意n'圈数外螺纹的总伸长量
5.根据权利要求3所述的等载荷且非等距螺纹连接副的设计方法，其特征在于，对于内螺纹所简化成的等效受力空心圆柱体，以起始位截面为起点，任意...
【专利技术属性】
技术研发人员：白洁，杨中桂，王自强，丁永春，张永，贾艳伟，郑翔南，郭聪，王海峰，韩恩琦，
申请(专利权)人：中船海为高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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