CN117553064A - 一种等载荷且非等距螺纹连接副 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等载荷且非等距螺纹连接副，属于非标紧固件领域。等载荷且非等距螺纹连接副包括内螺纹和外螺纹，内螺纹和外螺纹的其中一个为恒定螺距螺纹，另外一个为渐变螺距螺纹，内螺纹螺距大于外螺纹螺距，从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且在第一圈之后增大的趋势呈线性增长，与现有技术中螺距差从起始位置到终止位置逐渐减小而言，本发明中螺距差的变化趋势与之截然不同，经分析验证，本发明的等载荷且非等距螺纹连接副的载荷均匀性更好。

Description

一种等载荷且非等距螺纹连接副

技术领域

本发明涉及一种等载荷且非等距螺纹连接副，属于非标紧固件领域。

背景技术

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，目前传统螺纹连接副的内、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，进而容易产生断裂。

目前已有技术方案采用内螺纹螺距大于外螺纹螺距(即内螺纹为渐变螺距螺纹)，使内、外螺纹作用时，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，从而降低靠近支撑面的前三扣螺纹牙底的应力集中现象。例如申请公布号为CN101796312A的中国发明专利申请公开的一种具有可变间隙的螺纹连接，该方案虽然在一定程度上提升了各圈螺纹的应力均匀性，但是按照其内、外螺纹的螺距差ΔP从旋合区域的起始位置到终止位置逐渐减小的变化趋势进行模拟仿真，可以得出其应力均匀性并不完美，如表1所示为按照对比文件中内、外螺纹的螺距差变化趋势所设计的具体螺纹参数，图1为对比文件中螺纹连接副在一定轴向载荷作用下的应力云图，图中由上到下(即由起始位置到终止位置)螺纹圈数n'逐渐增大，可以看出起始位置和终止位置处存在较大的应力集中，中间区域内、外螺纹未发生咬合，对应的是由起始位置到终止位置各圈螺纹所受到的载荷并不均匀。因此，上述技术方案仍有很大的改善空间。

表1对比文件CN101796312A中具体螺纹参数

发明内容

本发明的目的在于提供一种等载荷且非等距螺纹连接副，以解决现有螺纹连接副的各圈螺纹所受载荷不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明中的等载荷且非等距螺纹连接副采用如下技术方案：

一种等载荷且非等距螺纹连接副，包括内螺纹和外螺纹，内螺纹和外螺纹的其中一个为恒定螺距螺纹，另外一个为渐变螺距螺纹，内螺纹螺距大于外螺纹螺距，从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且在第一圈之后增大的趋势呈线性增长。

上述技术方案的有益效果在于：本发明提出一种改进型的等载荷且非等距螺纹连接副，其中从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且在第一圈之后增大的趋势呈线性增长，与现有技术中螺距差从起始位置到终止位置逐渐减小而言，本发明中螺距差的变化趋势与之截然不同，经分析验证，本发明的等载荷且非等距螺纹连接副的载荷均匀性更好。

进一步地，定义恒定螺距螺纹的螺距为P，则任意n'圈数的恒定螺距螺纹的长度为L₁＝n′P，任意n'圈数的渐变螺距螺纹的长度为L₂＝n′P±l，|L₂-L₁|＝l，l为渐变螺距螺纹的长度调整量，且满足其中：n为内、外螺纹旋合区域的总圈数，0≤n'≤n，K为常数且0.8＜K＜10，k_c＝0.001～0.02，k₄为载荷系数且0＜k₄＜1。

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，便于的螺纹的设计和加工制造。

进一步地，根据k₄、k_c、K的取值范围，限定

上述技术方案的有益效果在于：在满足螺纹连接副正常使用工况的条件下，设计了渐变螺距螺纹的长度调整量l的上限，便于螺纹的加工制造。

进一步地，外螺纹为恒定螺距螺纹，内螺纹为渐变螺距螺纹，且内螺纹以基础螺纹牙型为基础通过调整螺距得到，调整时保持基础螺纹牙型不变，在内螺纹牙底处增加过渡结构，过渡结构的宽度为渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP，ΔP即为内、外螺纹的螺距差，ΔP＝∑Δl，其中：∑Δl为相互配合的一圈外螺纹的总伸长量和内螺纹的总压缩量之和。

上述技术方案的有益效果在于：以一圈外螺纹的总伸长量和内螺纹的总压缩量之和来表征螺距调整量ΔP，建立了理论研究基础。

进一步地，计算ΔP的过程包括以下内容：

(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：k₁为定值且0＜k₁＜1；E_w为外螺纹材料的弹性模量；A₁为外螺纹的应力截面积；N为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；

(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为定值且k₂＞1；E_n为内螺纹材料的弹性模量；A₂为等效受力空心圆柱体的截面积；F_N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F_N的方向由终止位置截面指向起始位置截面；

(三)由内、外螺纹受力平衡关系可知F_N＝N，因此

(四)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：由此可知ΔP是关于n'的一次函数，因此ΔP在1＜n'≤n范围内呈线性增长；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：由此可知ΔP是关于n'的二次函数，因此ΔP在0＜n'＜1范围内呈非线性增长。

上述技术方案的有益效果在于：给出了ΔP的具体求解过程，根据计算结果可知ΔP在0≤n'≤n范围内为增函数，即ΔP随着螺纹圈数n'的增加而增大，但在第一圈之后增大的趋势呈线性增长。

进一步地，令E_wA₁与E_nA₂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： 并将渐变螺距螺纹的长度调整量l的公式简化为：/>

上述技术方案的有益效果在于：将ΔP和l的公式简化，便于螺纹的设计和加工制造。

进一步地，对于其中N＝k₄σA₁＜σA₁，k₄为载荷系数且0＜k₄＜1，σ为外螺纹材料的屈服强度，即N＝k₄σA₁＜σA₁，故/>令/>进而得出

上述技术方案的有益效果在于：进一步简化l的公式。

进一步地，过渡结构的纵截面为直线段。

上述技术方案的有益效果在于：结构简单，方便加工制造。

附图说明

图1为现有技术(对比文件CN101796312A)中的螺纹连接副在一定轴向载荷作用下的应力云图；

图2为本发明中涉及的基础外螺纹牙型的示意图；

图3为本发明所涉及的基础内螺纹牙型的示意图；

图4为本发明中调整螺距后的内螺纹牙型的示意图；

图5为本发明中等载荷且非等距螺纹连接副加载时起始位置与终止位置示意图；

图6为本发明中等载荷且非等距螺纹连接副未加载时内、外螺纹的长度关系；

图7为本发明所涉及的基础螺纹牙型变形前后的示意图；

图8为本发明所涉及的渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP的示意图；

图9为本发明所涉及的外螺纹简化成等效受力圆柱体的示意图；

图10为图9中微小圆柱体平均伸长量和圆柱面处的伸长量示意图；

图11为本发明所涉及的内螺纹简化成等效受力空心圆柱体的示意图；

图12为图11中微小空心圆柱体平均压缩量和内圆柱面处的压缩量示意图；

图13为螺纹变化量Δl的变化曲线示意图；

图14为实施方式一中外螺纹牙的编号及平均取值位置示意图；

图15为图14中外螺纹各螺纹牙的载荷变化图；

图16为实施方式二中外螺纹各螺纹牙的载荷变化图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中等载荷且非等距螺纹连接副的实施例1：

等载荷且非等距螺纹连接副包括内螺纹和外螺纹，内螺纹和外螺纹的其中一个为恒定螺距螺纹，另外一个为渐变螺距螺纹，在一种实施方式中，外螺纹为恒定螺距螺纹，内螺纹为渐变螺距螺纹，内螺纹螺距大于外螺纹螺距，从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且在第一圈之后增大的趋势呈线性增长，与现有技术中螺距差从起始位置到终止位置逐渐减小而言，本发明中螺距差的变化趋势与之截然不同，本发明的等载荷且非等距螺纹连接副的载荷均匀性更好。

在其他实施方式中，也可以内螺纹为恒定螺距螺纹，外螺纹为渐变螺距螺纹，内、外螺纹的螺距差得变化趋势不变，同样可以使载荷均匀性更好。

本发明中等载荷且非等距螺纹连接副的实施例2：

等载荷且非等距螺纹连接副包括内螺纹和外螺纹，内螺纹和外螺纹的其中一个为恒定螺距螺纹，另外一个为渐变螺距螺纹，在一种实施方式中，外螺纹为恒定螺距螺纹，内螺纹为渐变螺距螺纹，内螺纹螺距大于外螺纹螺距，从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且在第一圈之后增大的趋势呈线性增长。

具体地，内螺纹是以基础螺纹牙型为基础通过调整螺距得到，调整时保持基础螺纹牙型不变，在内螺纹牙底处增加过渡结构。其中，基础螺纹牙型为米制螺纹、MJ螺纹、梯形螺纹和圆弧螺纹等标准螺纹，也可采用非标螺纹，基础外螺纹牙型为沿着轴向、宽度为一个标准螺距的牙型。

具体的一种基础外螺纹牙型如图2所示，外螺纹牙型为基础外螺纹牙型，外螺纹螺距P₁等于基础外螺纹螺距P(即AA＇之间的间距)、大径d、中径d₂、小径d₁，外螺纹材料的屈服强度为σ，外螺纹材料的弹性模量为E_w。

具体的一种基础内螺纹牙型如图3所示，基础内螺纹牙型的螺距P(即BB＇之间的间距)、大径D、中径D₂、小径D₁、内螺纹圈数为n，内螺纹材料的弹性模量为E_n。

如图4所示，调整螺距后的内螺纹在过轴线平面上的牙型线为多个基础内螺纹牙型与过渡结构G依次首尾拼接而成，过渡结构G的纵截面为直线段。内螺纹螺距沿着轴线方向逐渐变大，内螺纹螺距P₂为在内螺纹牙型线上相邻两个基础内螺纹牙型线与外螺纹旋合区域上任意一组对应点MM'之间的距离，因此内螺纹螺距P₂为非定值，内螺纹螺距大于外螺纹基础螺纹牙型螺距，即P₂＞P，渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP＝P₂-P，由于外螺纹螺距P₁＝P，则渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP即为内、外螺纹螺距差，同时也是过渡结构G的宽度。

为了便于叙述，本发明设置了起始位置和终止位置，如图5和图6所示，以螺栓1和螺母2为例，内、外螺纹旋合区域内，本发明以内螺纹垂直于轴线的一个端面为起始位置截面Q，内螺纹的另一个端面为终止位置截面Z(传统认为的支撑面，也即螺母2的用于压紧被连接件的端面)，起始位置指向终止位置的方向与外螺纹承受额定轴向载荷N的方向相同。

内螺纹的螺纹圈数为n，在内、外螺纹配合使用时，n圈内螺纹必定与n圈外螺纹相互配合使用，在未发生受载变形的情况下，以起始位置为起点，任意n'圈数的(0＜n'≤n)内螺纹都要比外螺纹长度大。如图6所示，非等螺距螺纹连接副以起始位置为起点，任意n'圈数的外螺纹长度为L₁＝n′P₁＝n′P，任意n'圈数的内螺纹长度为L₂＝n′P₁+l＝n′P+l，则：L₂-L₁＝l，其中l为以起始位置为起点，任意n'圈数的内、外螺纹的长度差，也即渐变螺距螺纹的长度调整量。

传统等距螺纹在受载咬合时，外螺纹受拉会变长，内螺纹则会受压缩短，并且旋合区域内的任意位置处的外螺纹和内螺纹均有不同程度的伸长或压缩(例如图7中的虚线为基础螺纹牙型变形前，实线为变形后)。因此，结合图6和图8所示，渐变螺距螺纹的螺距调整量是以基础螺纹牙型为基础，计算出相互配合的一圈螺纹内的外螺纹的总伸长量和内螺纹的总压缩量之和∑Δl。渐变螺距螺纹调整时，保持基础螺纹牙型不变，在内螺纹牙底处增加过渡结构G，过渡结构G的宽度为渐变螺距螺纹调整量ΔP，则ΔP＝∑Δl。

如图9所示，为了便于分析，将内、外螺纹旋合区域的外螺纹简化成等效受力圆柱体。等效受力圆柱体两个圆形截面分别为起始位置截面Q和终止位置截面Z，等效受力圆柱体的截面积A₁为外螺纹的应力截面积，等效受力圆柱体在终止位置截面Z处承受的轴向载荷大小为N，轴向载荷N的方向由起始位置截面Q指向终止位置截面Z。内、外螺纹之间的作用力简化为等效受力圆柱体的外圆柱面承受有表面载荷，表面载荷与轴向载荷N方向相反，表面载荷的合力与轴向载荷N的大小相同。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，即进一步地，当各圈螺纹的螺纹牙承载完全均匀时，也即各圈螺纹等载荷时，

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力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/>以起始位置截面开始，任意n'圈数处的等效受力圆柱体的总平均伸长量为/>

由图10可知，由于微小圆柱体外圆柱面的表面载荷方向与微小圆柱体下截面载荷N₁作用方向相反，使得微小圆柱体外圆柱面处的伸长量小平均伸长量dl_w1，等效受力圆柱体外圆柱面为外螺纹简化区域，因此外圆柱面的伸长量应为外螺纹的伸长量dl_w，则即dl_w＝k₁·dl_w1，0＜k₁＜1，为了便于分析，假设k₁为定值，则以起始位置为起点，任意n'圈数外螺纹的总伸长量

如图11所示，为了便于分析，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。等效受力空心圆柱体的两个圆环形截面分别为起始位置截面Q和终止位置截面Z，等效受力空心圆柱体的截面积A₂，等效受力空心圆柱体在终止位置截面Z处承的轴向载荷为F_N，方向由终止位置指向起始位置，内、外螺纹之间的作用力简化为等效受力空心圆柱体的内圆柱面承受有表面载荷，表面载荷与轴向力F_N方向相反，表面载荷的合力与轴向力F_N的大小相同，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F_N相等，即进一步地，根据内、外螺纹受力平衡关系可知F_N＝N，并且当各圈螺纹的螺纹牙承载完全均匀时，也即各圈螺纹等载荷时，/>

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力为厚度为dh微小空心圆柱体的平均压缩量/>通过积分可以求出以起始位置截面开始，任意n'圈数处的等效受力空心圆柱体的总平均压缩量为

由图12可知，由于微小空心圆柱体内圆柱面的表面载荷方向与微小空心圆柱体下截面载荷F_N作用方向相反，使得微小空心圆柱体内圆柱面处的压缩量大于平均压缩量dl_n1。等效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dl_n，则dl_n＝k₂·dl_n1，1＜k₂，为了便于分析，假设k₂为定值，则以起始位置为起点，任意n'圈数内螺纹的总压缩量

进一步地，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为外螺纹的总伸长量l_w与内螺纹的总压缩量l_n之和，则：

因此，以起始位置为起点，任意n'圈数处的螺纹变化量Δl等于以起始位置为起点n'圈渐变螺距螺纹的长度调整量l的一阶导数，即：根据Δl的方程绘制其变化曲线如图13所示。

由图8和图13可以看出，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∑Δl)，图13中曲线与x轴包围的面积为n圈渐变螺距螺纹的长度调整量l(由积分关系可知)，任意差值为1的曲线与x轴围成的面积即为任意n'圈数处渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP，(如图13中n₁'、n₂'、n₃'与其相差为1的曲线与x轴围成的面积)即：

ΔP是关于n'的一次函数，因此ΔP在1≤n'≤n范围内呈线性增长。

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，虽然螺纹圈数不足1圈，但螺距调整量依旧需要将螺纹变化量Δl累加起来，即：ΔP是关于n'的二次函数，因此此ΔP在0≤n'＜1范围内呈非线性增长。

综上，ΔP在0≤n'≤n范围内为增函数，即ΔP随着螺纹圈数n'的增加而增大。

当内、外螺纹材料即螺母外形尺寸选定后，E_n和A₂均为定值，因此E_wA₁与E_nA₂的比值k₃为常数，为了便于计算将算式中弹性模量和面积统一成E_w和A₁，则为了便于后续计算，令综合参考系数K＝k₁+k₂k₃，则渐变螺纹的调整量ΔP可以简化为：

同样的，渐变螺距螺纹的长度调整量l可以简化为：

由此可知，渐变螺距螺纹的长度调整量l为过原点的二次函数。

进一步地，通常情况下外螺纹承受的轴向力在等效受力圆柱体上的截面应力小于外螺纹材料的屈服强度σ，即N＝k₄σA₁＜σA₁，其中k₄为载荷系数且0＜k₄＜1，故为了进一步简化，令/>进而得出/>根据/>K为常数且0.8＜K＜10，综合考虑k₄、k_c和K等相关因素，限定渐变螺距螺纹的长度调整量l的上限故/>

下面结合螺纹具体参数以及对比试验来证明本发明等载荷且非等距螺纹连接副的渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP变化趋势的优越性。

具体实施方式一：

外螺纹的基础外螺纹牙型为米制螺纹，基础外螺纹牙型螺距P₁＝4mm、大径d＝42mm、小径d₁＝37.67mm，外螺纹材料的弹性模量E＝206Gpa，屈服强度σ＝930Mpa。

内螺纹的基础外螺纹牙型为米制螺纹，基础内螺纹牙型螺距P₂＝4mm、大径D＝42.33mm、小径D₁＝38mm，内螺纹圈数为n＝7圈。

在本实施方式中，外螺纹为恒定螺距螺纹，内螺纹为渐变螺距螺纹，并且内螺纹螺距大于外螺纹螺距，当1≤n'≤n时，渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP随着螺纹圈数的增加呈线性增长，本实施方式中满足要求的一个具体螺纹参数如表2所示。

表2本申请螺纹具体螺纹参数

表2中对比螺纹的基础螺纹牙型与本申请的基础螺纹牙型相同，对比螺纹的外螺纹为恒定螺距螺纹，其螺纹牙形结构与本申请相同。对比螺纹1的内、外螺纹螺距恒定且相等；对比螺纹2的渐变螺距螺纹的长度调整量l超过上限，即l≥l_lim。

按照图14中外螺纹牙的编号(1-7)以及加粗短竖线所示位置，提取外螺纹各个螺纹牙的轴向切应力，并依据切应力计算出各螺纹牙的承受的近似载荷，绘制各个螺纹牙的载荷变化图，计算各种螺纹牙的载荷集中系数(载荷集中系数＝最大螺纹牙载荷/各个螺纹牙的总平均载荷)。由图15可以看出本申请螺纹的承载均匀性较好，由表3可以看出本申请螺纹的载荷集中系数最小。

表3外螺纹各个螺纹牙的载荷集中系数

螺纹种类	申请螺纹	对比螺纹1	对比螺纹2
				载荷集中系数	1.054	2.629	3.043

具体实施方式二：

本实施方式中，外螺纹的基础外螺纹牙型为简化米制螺纹，基础外螺纹牙型螺距P＝4mm、大径d＝60mm、小径d₁＝55.67mm，外螺纹材料的弹性模量E＝206Gpa，屈服强度σ＝930Mpa。

内螺纹的基础外螺纹牙型为简化米制螺纹，基础内螺纹牙型螺距P＝4mm、大径D＝60.42mm、小径D₁＝56.08mm，内螺纹圈数为n＝8圈。

在轴向载荷N＝0.7σA₁作用下，K＝3.7，即渐变螺距螺纹的长度调整量l满足，外螺纹牙底螺纹处载荷变化如图16所示，从图中可以看出本申请螺纹的承载均匀性较好，其中普通螺纹的内、外螺纹螺距恒定且相等。

在其他实施方式中：过渡结构的纵截面也可以为圆弧。

在其他实施方式中：根据螺纹材料屈服强度和弹性模量的不同，渐变螺距螺纹的长度调整量l的上限值可以有所不同。

在其他实施方式中：还可以通过保持基础螺纹螺距不变，削减内螺纹齿厚的方式来扩大内螺纹螺距。

在其他实施方式中：内螺纹可以为恒定螺距螺纹，而外螺纹为渐变螺距螺纹，且可以通过减小过渡结构的宽度或者增加外螺纹齿厚来缩小外螺纹螺距。若采用减小过渡结构的宽度来缩小外螺纹螺距时，任意n'圈数内螺纹的长度为L₁＝n′P，任意n'圈数的外螺纹长度为L₂＝n′P-l，此时|L₂-L₁|＝l，l仍然是渐变螺距螺纹的长度调整量。

在其他实施方式中：根据不同的需要，ΔP和l的式子也可以简化为其他形式。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种等载荷且非等距螺纹连接副，包括内螺纹和外螺纹，内螺纹和外螺纹的其中一个为恒定螺距螺纹，另外一个为渐变螺距螺纹，内螺纹螺距大于外螺纹螺距，其特征在于，从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且在第一圈之后增大的趋势呈线性增长。

2.根据权利要求1所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，定义恒定螺距螺纹的螺距为P，则任意n'圈数的恒定螺距螺纹的长度为L₁＝n′P，任意n'圈数的渐变螺距螺纹的长度为L₂＝n′P±l，|L₂-L₁|＝l，l为渐变螺距螺纹的长度调整量，且满足其中：n为内、外螺纹旋合区域的总圈数，0≤n'≤n，K为常数且0.8＜K＜10，k_c＝0.001～0.02，k₄为载荷系数且0＜k₄＜1。

3.根据权利要求2所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，根据k₄、k_c、K的取值范围，限定

4.根据权利要求2或3所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，外螺纹为恒定螺距螺纹，内螺纹为渐变螺距螺纹，且内螺纹以基础螺纹牙型为基础通过调整螺距得到，调整时保持基础螺纹牙型不变，在内螺纹牙底处增加过渡结构，过渡结构的宽度为渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP，ΔP即为内、外螺纹的螺距差，ΔP＝∑Δl，其中：∑Δl为相互配合的一圈外螺纹的总伸长量和内螺纹的总压缩量之和。

5.根据权利要求4所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，计算ΔP的过程包括以下内容：

(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：k₁为定值且0＜k₁＜1；E_w为外螺纹材料的弹性模量；A₁为外螺纹的应力截面积；N为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；

(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为定值且k₂＞1；E_n为内螺纹材料的弹性模量；A₂为等效受力空心圆柱体的截面积；F_N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F_N的方向由终止位置截面指向起始位置截面；

(三)由内、外螺纹受力平衡关系可知F_N＝N，因此

(四)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：由此可知ΔP是关于n'的一次函数，因此ΔP在1＜n'≤n范围内呈线性增长；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：由此可知ΔP是关于n'的二次函数，因此ΔP在0＜n'＜1范围内呈非线性增长。

6.根据权利要求5所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，令E_wA₁与E_nA₂的比值为k₃，且令k₁+k₂k₃＝K，将渐变螺距螺纹的螺距调整量ΔP的公式简化为：并将渐变螺距螺纹的长度调整量l的公式简化为：/>

7.根据权利要求6所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，对于其中N＝k₄σA₁＜σA₁，k₄为载荷系数且0＜k₄＜1，σ为外螺纹材料的屈服强度，故/>令/>进而得出/>

8.根据权利要求4所述的等载荷且非等距螺纹连接副，其特征在于，过渡结构的纵截面为直线段。