單個螺紋牙剪切應(yīng)力計算應(yīng)用淺析

新疆金風科技股份有限公司 周德軍

單個螺紋牙剪切應(yīng)力計算應(yīng)用淺析

新疆金風科技股份有限公司 周德軍

螺紋連接在工程中被大量使用，是最重要的連接方式之一，其計算方法也較全面。本文通過螺紋受損后螺紋安全系數(shù)的計算，從理論上判斷受損螺紋是否滿足使用要求，如仍能滿足使用要求，則可避免較大的經(jīng)濟損失。

螺紋 剪切應(yīng)力 主軸法蘭 安全系數(shù)

一、問題描述：

某發(fā)電機上使用的一定子主軸材質(zhì)為QT400-18A，軸工作狀態(tài)為懸臂，承載重量70t左右，法蘭與一底座采用雙頭螺柱連接，螺紋規(guī)格M36，粗牙螺紋，設(shè)計螺紋旋合長度為60mm。在實際加工過程中由于工人疏忽，將φ39孔深度加工為60mm（原設(shè)計50mm），導(dǎo)致螺紋實際旋合長度縮短10mm，實際長度50mm。現(xiàn)需要判斷螺紋安全系數(shù)，該定子主軸是否滿足使用要求。

二、理論判斷

（1）M36雙頭螺柱擰緊力矩為2050N.m，定子主軸與底座雙頭螺柱連接原設(shè)計滿足工況要求，在其他零件性狀未發(fā)生變化時，只需判斷定子主軸螺紋孔受損后能否滿足使用要求即可，故只需計算M36雙頭螺柱螺母擰緊時達到要求2050N.m力矩時，定子主軸螺紋孔能否承受雙頭螺柱拉力。

（2）對定子主軸進行螺紋校核需要對螺紋孔螺紋牙強度進行計算。螺紋牙強度校核有三種形式，螺紋牙剪切強度校核，螺紋牙彎曲強度校核，螺紋牙擠壓強度校核。

①剪切強度校核。作用于每一圈螺紋上的軸向載荷與螺紋牙沿周向展開的懸臂梁根部斷面的剪力平衡，假設(shè)剪切力平均分布在牙根斷面上，強度條件是螺紋牙根所受剪切應(yīng)力小于螺紋材料許用剪切應(yīng)力；

②彎曲強度校核，同樣把螺紋牙展開，將其看做在螺紋牙高度中點處受到平均分布力作用下的懸臂梁，故螺紋根部斷面是危險截面，需要進行校核；

③ 擠壓強度。螺紋牙每一圈所受到的擠壓應(yīng)力小于螺紋材料的許用擠壓應(yīng)力。

對于在鑄件零部件上的內(nèi)螺紋，因栓頭螺柱材質(zhì)強度大于定子主軸材質(zhì)強度，所以主要考慮螺紋牙在受到雙頭螺柱拉力后定子主軸內(nèi)螺紋不被拉出，故需要計算螺紋牙根的剪切強度。

三、剪切強度設(shè)計計算校核

1. 螺紋預(yù)緊力計算

公式：F=T/(K?d)，

F-螺栓預(yù)緊力，

T=2050N?m，安裝時對螺栓施加的力矩

K=09.0，扭矩系數(shù)，（根據(jù)緊固件廠家提供的測定扭矩系數(shù)，取其中最小值）

d=0.036m，螺紋大徑，

2. 內(nèi)螺紋剪切應(yīng)力計算

τ-螺紋牙剪切應(yīng)力，

3. 材料的許用剪切應(yīng)力

定子主軸材質(zhì)為QT400-18A，部分力學性能見表1。

表 1 球墨鑄鐵件力學性能

根據(jù)VDI 2230標準，材料GJS-400對應(yīng)國內(nèi)材料QT 400-18A，許用剪切應(yīng)力取材料抗拉強度的0.9倍，即：

許用剪切應(yīng)力 [τ]=0.9?σb=0.9×370=333MPa ；

比較：

螺紋牙剪切應(yīng)力 τ=231.5MPa＜ 許用剪切應(yīng)力[τ]=333MPa

結(jié)論：定子主軸安全。

四、總結(jié)

（1）該定子主軸經(jīng)過評審計算判斷為合格，自2008年9月裝配、運行，至今定子主軸未出現(xiàn)任何異常；

（2）此計算校核參考了國外標準，計算結(jié)果定子主軸合格，如果完全采用國內(nèi)標準進行計算，定子主軸為不合格，從側(cè)面說明國內(nèi)標準對此計算不夠準確，材料富余量較大；

（3）螺紋計算設(shè)計到的知識點較多，但均以實驗為基礎(chǔ)，因此在條件允許的情況下，做一定量的實驗取得第一手數(shù)據(jù)是必要的。

[1]范厚軍.《緊固件手冊》.南昌：江西科學技術(shù)出版社，2004

[2]VEREIN DEUTSCHER.《VDI 2230》，2003年2月

[3]成大先. 《機械設(shè)計手冊》. 化學工業(yè)出版社，北京，2003

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