[发明专利]一种切顶螺纹

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型螺纹设计，特别涉及一种降低标准螺杆上啮合螺牙承载力与螺牙根部应力、改善螺牙承载力均匀性、提高标准螺杆疲劳寿命且易于加工的通用螺纹设计。

背景技术

本专利旨在解决标准螺纹设计中标准螺杆上的前几个啮合螺牙根部应力集中问题，比如但不限于，标准的M140螺栓，螺母上的螺牙个数为40个，标准螺杆轴向拉力约为370吨，数值计算表明，标准螺杆上前4个啮合的螺牙承受了35%的轴向拉力，其根部应力远超过其余螺牙根部应力，且第1个螺牙根部应力已超过材料屈服强度，轴向载荷分布十分不均，这些导致标准螺杆上的螺牙根部存在严重的应力集中现象，严重影响标准螺杆的强度及疲劳寿命。

现有技术中，如CN1752467A，CN102588410A，或者CN102619839A中虽然公开了一定程度上解决该问题的方案，但是不仅加工难度大，而且效果也不理想，尤其不能实现整个螺牙螺母拟合面的轴向上应力的均匀分布，对于提高的螺杆的强度及疲劳寿命最终影响不大。

发明内容

为了解决标准螺杆上的螺牙根部的应力集中问题，需要提高轴向载荷的分布均匀性，尤其是降低标准螺杆上前几个啮合螺牙上的载荷，使得后续螺牙上的载荷提高，进而降低前几个螺牙根部应力，提高标准螺杆整体强度和疲劳寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种切顶螺纹设计方案，加工简单，通用性强，只需切除标准螺杆（1）上部分螺纹的部分材料形成一特定形状的轮廓，尤其是直线或曲线，曲线尤其是四分之一椭圆形（2）或二分之一的抛物线型，其内容包括：

一种切顶螺纹，其形状以标准螺杆（1）的螺纹为基础，将所述标准螺杆（1）上与螺母啮合部分的螺牙，从切顶起始牙底（3）到切顶终止牙底（4）之间切除一定高度后形成一特定形状的轮廓，所形成的轮廓使得在沿着从所述切顶起始牙底（3）到所述切顶终止牙底（4）的方向上，所述切顶螺纹的螺牙高度逐渐顺序地恢复，亦即逐渐顺序地增加；

所述切顶起始牙底相比所述切顶终止牙底更远离所述标准螺杆（1）自由端；

其中所述的特定形状是曲线或直线；

所述特定形状的轮廓的外形及位置通过切顶起始牙底（3）位置、切顶终止牙底（4）位置，以及起点切后高度比定义这三个参数来定义；

其中所述切顶起始牙底（3）位置为所述轮廓的起点（5）所在的螺牙底编号；

所述切顶终止牙底（4）位置为所述轮廓的终点（7）所在的螺牙底编号；

所述起点切后高度比为所述轮廓起点（5）所在高度与所述标准螺杆的螺牙高度的比值；

所述的曲线是四分之一的椭圆或二分之一的抛物线；

当所述特定形状是直线时，并且所述起点切后高度比是0.80-0.40；

所述特定形状是四分之一的椭圆时，所述起点切后高度比等于四分之一椭圆轮廓起点（5）与切顶起始牙底（3）的连线长度与所述标准螺杆的螺牙高度的比值，该比值大于0且小于1；四分之一椭圆轮廓终点（7）所在高度为所述标准螺杆（1）的螺牙高度；四分之一椭圆轮廓中心（6）与四分之一椭圆轮廓终点（7）都位于完整螺纹大径上；所述四分之一椭圆形轮廓（2）为完整椭圆的四分之一，其所在平面通过所述标准螺杆（1）轴线，其长轴为四分之一椭圆轮廓终点（7）与四分之一椭圆轮廓中心（6）的连线，其短轴为四分之一椭圆轮廓起点（5）与四分之一椭圆轮廓中心（6）的连线；其中所述起点切后高度比是0.773-0.392；这个数值是申请人经过细致的建模计算，以及精心设计的实验确定的，付出了大量且卓绝的劳动，能够最大程度的降低螺牙根部应力，而且在整个螺牙螺母拟合面的轴向上应力可以最大程度的均匀分布，从而整体了提高了螺杆的强度，能确保其使用寿命至少延长为以前的3倍。