CN106837972A - 一种双曲率半径牙底外螺纹 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双曲率半径牙底外螺纹,包括相连接的牙型凹槽和牙型凸起,牙型凹槽包括位于左右两侧的凹槽侧壁以及连接两个凹槽侧壁下端的牙型槽底,牙型槽底由三段圆角依次相切连接而成,三段圆角从左向右依次为第一圆角、第二圆角和第三圆角，第一圆角上端与左侧的凹槽侧壁相切，第三圆角上端与右侧的凹槽侧壁相切，在轴向截面上，第一圆角、第二圆角和第三圆角对应的母线分别为第一圆弧、第二圆弧和第三圆弧，第一圆弧和第三圆弧的半径均小于第二圆弧的半径，第二圆弧的圆心位于牙型凹槽的对称线上。本发明相比现有技术具有以下优点：减少牙型凹槽底部的应力集中、提高螺纹疲劳强度。

Description

一种双曲率半径牙底外螺纹
技术领域
本发明涉及螺纹联接技术领域，尤其涉及的是一种双曲率半径牙底外螺纹。
背景技术
在交变载荷作用下，螺纹的破坏形式主要是疲劳破坏。影响螺纹疲劳强度的因素主要是螺纹的外形即牙型。在牙型包括相连接的牙型凹槽和牙型凸起，牙型凹槽底部位是应力集中现象最明显的地方，牙型凹槽底部的形状是决定螺纹疲劳强度的关键因素。对于性能等级高于或等于8.8级的螺纹，由于其材料强度较高，因此应力集中的缺口敏感性较高，牙型凹槽底部的应力集中现象对螺纹疲劳强度的影响较大。对于性能等级高于或等于8.8级的三角形外螺纹，其外螺纹的牙槽底部应有圆滑连接的曲线。目前，为缓解牙槽底部的应力集中，三角形螺纹牙型的牙底形状多为平切牙底、圆弧牙底。采用上述牙底形状由于过渡圆角的尺寸受到螺纹结构尺寸的限制，无法克服应力集中的问题，采用上述牙底形状的螺纹底部依然存在较大应力集中，严重影响螺纹的疲劳强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双曲率半径牙底外螺纹，以期达到减少牙型凹槽底部的应力集中、提高螺纹疲劳强度的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种双曲率半径牙底外螺纹,包括相连接的牙型凹槽和牙型凸起,所述牙型凹槽包括位于左右两侧的凹槽侧壁以及连接两个凹槽侧壁下端的牙型槽底,所述牙型槽底由三段圆角依次相切连接而成,所述三段圆角从左向右依次为第一圆角、第二圆角和第三圆角，所述第一圆角上端与左侧的凹槽侧壁相切，所述第三圆角上端与右侧的凹槽侧壁相切，在轴向截面上，所述第一圆角、第二圆角和第三圆角对应的母线分别为第一圆弧、第二圆弧和第三圆弧，所述第一圆弧和第三圆弧的半径均小于第二圆弧的半径，所述第二圆弧的圆心位于所述牙型凹槽的对称线上。
所述第一圆弧和第三圆弧的半径相等。
所述第二圆弧的半径与第一圆弧的半径的比值为1.1～1.6。
所述第一圆弧的半径为R1，且R1满足0.125P＜R1＜0.2P，其中P为外螺纹的螺距。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的一种双曲率半径牙底外螺纹,在与内螺纹配合使用时，由于承受内螺纹载荷的牙型凹槽底部应力最大，因此本发明将牙型凹槽底部设计为曲率半径不同的三段圆角依次相切连接，且第二圆角的曲率半径大于第一圆角和第三圆角的曲率半径，使得位于中部的第二圆角的曲率较小，减小该处的应力，而位于两端的第一圆角和第三圆角的曲率较大，增大该处的应力，缓解了原有的外螺纹牙型凹槽底部存在的应力集中的问题，使得牙型凹槽底部所承受的应力均匀分布，从而有效降低牙型凹槽底部的应力，并改善应力的分布情况，增强产品抗疲劳断裂的能力。
附图说明
图1是本发明的轴截面图。
图2为图1中A区域的局部放大图。
图中标号：1 牙型凹槽、11 第一圆弧、12 第二圆弧、13 第三圆弧、14 凹槽侧壁、2牙型凸起、3 对称线。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1至图2，本发明公开了一种双曲率半径牙底外螺纹,包括相连接的牙型凹槽1和牙型凸起2,牙型凹槽1包括位于左右两侧的凹槽侧壁14以及连接两个凹槽侧壁14下端的牙型槽底,牙型槽底由三段圆角依次相切连接而成,三段圆角从左向右依次为第一圆角、第二圆角和第三圆角，第一圆角上端与左侧的凹槽侧壁14相切，第三圆角上端与右侧的凹槽侧壁14相切，在轴向截面上，第一圆角、第二圆角和第三圆角对应的母线分别为第一圆弧11、第二圆弧12和第三圆弧13，第一圆弧11和第三圆弧13的半径均小于第二圆弧12的半径，第二圆弧12的圆心位于牙型凹槽1的对称线3上。第一圆弧11和第三圆弧13的半径相等。第二圆弧12的半径与第一圆弧11的半径的比值为1.1～1.6。第一圆弧11的半径为R1，且R1满足0.125P＜R1＜0.2P，其中P为外螺纹的螺距。
下面分别以三种不同尺寸的外螺纹为例来进行说明：
标准米制普通螺纹M8螺纹、标准米制普通螺纹M16螺纹和标准米制普通螺纹M20螺纹这三种螺纹。
实施例一
本实施例的外螺纹的第一圆弧11和第三圆弧13的半径为0.16mm，第二圆弧12的半径为0.25mm。以现有的标准米制普通螺纹M8螺纹作为对比工件一。由于最先承受内螺纹载荷的外螺纹的牙型槽底处应力最大，因此本发明人采用有限元法对本实施例的外螺纹以及对比工件一在该牙型槽底处的von mises应力进行分析，得到如下结果：对外螺纹施加1000N的预紧力，对比工件一的最大von mises应力为160.7MPa，本实施例提供的外螺纹的最大von mises应力为140.58MPa。上述结果表明，本实施例提供的外螺纹比现有的对比工件一的应力减少12.5％，有效提高了外螺纹的疲劳强度。
实施例二
本实施例的外螺纹的第一圆弧11和第三圆弧13的半径为0.3mm，第二圆弧12的半径为0.4mm。以现有的标准米制普通螺纹M16螺纹作为对比工件二。由于最先承受内螺纹载荷的外螺纹的牙型槽底处应力最大，因此本发明人采用有限元法对本实施例的外螺纹以及对比工件二在该牙型槽底处的von mises应力进行分析，得到如下结果：对外螺纹施加3000N的预紧力，对比工件二的最大von mises应力为140.68MPa，本实施例提供的外螺纹的最大von mises应力为113.81MPa。上述结果表明，本实施例提供的外螺纹比现有的对比工件二的应力减少19.1％，有效提高了外螺纹的疲劳强度。
实施例三
本实施例的外螺纹的第一圆弧11和第三圆弧13的半径为0.35mm，第二圆弧12的半径为0.40mm。以现有的标准米制普通螺纹M20螺纹作为对比工件三。由于最先承受内螺纹载荷的外螺纹的牙型槽底处应力最大，因此本发明人采用有限元法对本实施例的外螺纹以及对比工件三在该牙型槽底处的von mises应力进行分析，得到如下结果：对外螺纹施加3000N的预紧力，对比工件三的最大von mises应力为89.43MPa，本实施例提供的外螺纹的最大von mises应力为76.31MPa。上述结果表明，本实施例提供的外螺纹比现有的对比工件三的应力减少14.7％，有效提高了外螺纹的疲劳强度。
由上述实施例一、实施例二和实施例三可知,采用本发明的外螺纹能够有效降低标准米制普通外螺纹的应力，外螺纹的疲劳强度显著提高。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双曲率半径牙底外螺纹,包括相连接的牙型凹槽和牙型凸起,所述牙型凹槽包括位于左右两侧的凹槽侧壁以及连接两个凹槽侧壁下端的牙型槽底,其特征在于:所述牙型槽底由三段圆角依次相切连接而成,所述三段圆角从左向右依次为第一圆角、第二圆角和第三圆角，所述第一圆角上端与左侧的凹槽侧壁相切，所述第三圆角上端与右侧的凹槽侧壁相切，在轴向截面上，所述第一圆角、第二圆角和第三圆角对应的母线分别为第一圆弧、第二圆弧和第三圆弧，所述第一圆弧和第三圆弧的半径均小于第二圆弧的半径，所述第二圆弧的圆心位于所述牙型凹槽的对称线上。
2.如权利要求1所述一种双曲率半径牙底外螺纹,其特征在于：所述第一圆弧和第三圆弧的半径相等。
3.如权利要求2所述一种双曲率半径牙底外螺纹,其特征在于：所述第二圆弧的半径与第一圆弧的半径的比值为1.1～1.6。
4.如权利要求2所述一种双曲率半径牙底外螺纹,其特征在于：所述第一圆弧的半径为R1，且R1满足0.125P＜R1＜0.2P，其中P为外螺纹的螺距。
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