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单线程螺纹和多线程螺纹连接的数值分析

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单线程螺纹由于其螺旋升角较小(不容易滑动),螺丝和螺母旋合形成的摩擦力较大(有自琐能力);多线程螺纹由于其螺纹升角较大(容易滑动),螺丝和螺母旋合形成的摩擦力较小,用于传递动力和运动,例如用于抬高车轮维修的千斤顶、用于夹紧工件进行钳工加工的台虎钳和用于加工螺纹的车床丝杆等。

多线程螺纹通常用在传递轴向距离的地方,与跟单线程螺纹相比,在同样的转速下,可以获得更大的传动比。因此传动距离一定时,多线程螺纹的转速更低,通过变速机构具有更大的传动力。  

螺纹导程是螺纹上任意一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。如图1和图2,单线螺纹的导程等于螺距,即L=P多线螺纹的导程等于线数n乘以螺距P,即L=nP。

图1 单线程螺纹

图2 双线程螺纹

单线程螺纹的纵截面和横截面如图3和图4所示,单线程螺纹横截面关于θ=0°上下对称。

图3 单线程螺纹纵截面

图4 单线程螺纹横截面

双线程螺纹的纵截面和横截面如图5和图6所示,双线程螺纹横截面关于θ=0°上下对称且关于θ=90°左右对称。

图5 双线程螺纹纵截面

图6 双线程螺纹横截面

三线程螺纹的纵截面和横截面如图7和图8所示,三线程螺纹横截面具有旋转中心对称特性,旋转角为120°。

图7 三线程螺纹纵截面


图8 三线程螺纹横截面

单线程和多线程螺纹连接结构精密有限元模型分别如图9~11所示。

图9 单线程螺纹部件精密有限元模型

图10 双线程螺纹部件精密有限元模型

图11 三线程螺纹部件精密有限元模型

图12和13分别显示了用单线程螺纹和双线程螺纹模型拧紧时啮合螺纹部分的轴向应力分布。最大轴向应力发生在距螺母承载面半个螺距处。单线程螺纹中最大应力位置距离螺母承载面半个螺距处。在双线程螺纹中,由于特定的几何对称性,在相对位置180度的螺纹根部产生的应力值稍大于单线程螺纹连接,几乎相同。

图12 单线程螺纹连接结构等效应力云图

图13 双线程螺纹连接结构等效应力云图

[1] Fukuoka T, Nomura M, Maruo Y. Analytical Expression of Cross Sectional Geometry of Various Screw Threads and Finite Element Analysis of the Mechanical Behavior of Multiple Thread Screws [J]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2013, 79(808):5045-5059.

[2] Yanase K, Fukuoka T. Mathematical Expressions of Helical Thread Geometry and Cross Sectional Areas of Various Shaped Thread Forms and Finite Element Analysis [C]. Proceedings of the ASME 2013 PVP Conference. Vol. 2: Computer Technology and Bolted Joints. Paris, France. July 14-18, 2013.

[3] Toshimichi Fukuoka. The mechanics of threaded fasteners and bolted joints for engineering design [M]. ELSEVIER, 2023.

来源:昊宇睿联
ACTMechanicalANSAADS传动Mathematica
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首次发布时间:2024-09-25
最近编辑:1月前
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