提高螺纹连接强度的方法与措施

1.使用钢丝螺套

在螺纹孔或螺母中装入钢丝绕成的剖面为菱形的类似螺旋弹簧的螺套，在一般教科书中都有介绍。图4-23为其主要尺寸。

2.提高各扣螺纹间受力分布的均匀性

在图4-24中示出改善螺纹连接结构以提高各扣螺纹间受力分布均匀性的实例。在此采用钛（弹性模量E=1.1×10⁵MPa）和铝（E=0.7×10⁵MPa）合金螺母，其第一扣螺纹受力比钢螺母分别减少25%及50%。

图4-23 钢丝螺套的主要尺寸

图4-24 螺母材料和结构对受力分布的影响

3.减小应力集中

图4-25所示为螺纹连接的应力集中系数。螺纹为M10，根部圆角半径r为0.1P（P——螺距），螺母高度为0.8d。理论应力集中系数K_T与相对圆角半径r/P的关系见图4-26。常用圆角范围在0.1P至0.2P之间。理论应力集中系数也可由下列公式求得

图4-25 螺纹连接的应力集中系数

图4-26 理论应力集中系数K_T与r/P之关系

曲线1——工作螺纹 曲线2——自由螺纹

工作部分

自由部分

可以看出这些数据之间有较大出入，使用时要进行分析。

螺钉头过渡部分有半径为r的圆角，其应力集中系数可由下式计算或按图4-27～图4-29查得。

图4-27 螺钉头过渡部分的应力集中

图4-28 螺钉头过渡部分的应力集中系数与圆角半径的关系

图4-29 螺栓连接的应力集中区（参见表4-12）

表4-12 在螺栓应力集中区的理论应力集中系数K_T和有效应力集中系数Kσ

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图4-30 螺纹与螺杆之间的过渡部分形状

a）螺纹收尾 b）半圆退刀槽 c）宽型退刀槽

螺纹与钉杆之间的过渡部分（图4-30）对螺纹连接的强度有很大影响。表4-13为由40CrNi2MoA钢（32～35HRC）制造的M12×1.5螺栓，按图4-30的三种结构进行强度实验所得结果。由此表可知，图4-30a的结构因面积大而静承载能力最高。而图4-30b、c的结构由于刚度变化较小而有较高的疲劳强度。因而对于变载荷推荐图4-31的结构。退刀槽直径d_Ⅱ=0.95d₁，R=（d-d_Ⅱ）/2（图4-31a）；，h=（d-d_Ⅱ）/2（图4-31b）。

表4-13 各种螺纹与螺杆间的过渡部分形状的螺栓的强度（参见图4-30）

注：① 断面按螺纹内径计算

② 断面按退刀槽底部直径计算

图4-31 推荐的螺纹与螺杆之间过渡部分形状

a）基本形状 b）可用形状

4.螺栓直径和螺母高度对疲劳强度的影响

当螺栓直径增大时，螺栓的疲劳强度降低，当螺母高度增加时（在一定范围以内）由于工作螺牙数增加疲劳强度提高。表4-14给出试验结果。螺纹在车床上切出后在螺纹磨床上磨削而成。在粗车螺纹后进行热处理。45钢860℃正火，硬度90～96HRB。40CrNi2MoA在850℃油中淬火，540℃回火，硬度32～35HRC。螺母由45钢制造，用丝锥攻螺纹。

表4-14 螺钉直径和螺母高度对螺纹连接疲劳强度的影响

注：表中有括号的为细牙螺纹。

由表4-14可以看出，M6～M12尺寸对疲劳强度影响较大（图4-32a）。据表4-14中数据画出图4-32，其中图a表示螺母高度H与螺纹直径d之比为0.8时，螺纹直径对疲劳强度的影响；图b为M12×1.5螺栓H/d对疲劳强度的影响。由图4-32b可以看出H/d超过1.0～1.2时，螺母高度对疲劳强度的影响减小。

图4-32 螺母高度对疲劳强度的影响

1—螺栓材料40CrNi2MoA 2—螺栓材料45钢

5.改变螺纹制造工艺提高螺栓强度

表4-15中为不同制造工艺情况下螺栓静强度的比较，在此试验中抗拉强度都比螺纹的抗剪强度低（按螺纹的抗剪强度确定螺母高度H）。由表可知对各种制造方法其抗拉强度相差很少，对同一种材料，不同螺纹加工方法抗拉强度相差仅百分之几。

由表4-16可知加工方法对螺纹的疲劳强度有很大的影响。正确选择滚压方法，可使滚压螺纹的强度达到切削或磨削螺纹强度的2倍。先用磨、铣、车方法加工螺纹然后滚压螺纹牙底，可提高螺纹的疲劳强度，但这种方法主要用于螺纹尺寸太大，滚压困难的情况。

表4-15 不同加工方法对M12×1.5螺纹静强度的影响

表4-16 不同加工方法对螺纹疲劳强度的影响