唐氏螺纹及其防松原理.pdf

K J - i 矸 2 0 0 1 ．6 唐氏螺纹及其防松原理 唐 宗才 天唐机电有限责任舟司， 安徽 马鞍 山 2 4 3 0 0 0 摘要 发 明了一种新型螺纹一 唐氏螺纹 ， 这种螺纹采用的是 变截 面非 完整螺纹 ， 并且将左旋和右 旋螺旋线复合 在同一段螺旋线上， 具有左、 右旋螺纹的特点， 可分别与左、 右旋螺纹配合 。 关键词 唐 氏螺纹 ；左旋 ；右旋 ；防松 ；崤固 中图分类号 T H1 3 1 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 2 3 3 3 2 0 0 1 0 6 0 0 2 1 0 3 Ta n g t h r e a d a n d t h e a n t i - l o o s i n g p r i n c i p l e TANG Z o n g - c a i D a t a n g Me c h n o - e l e c t fi c C o L t d ．Ma tms h a n 2 4 3 0 0 0 C h i n a Ab s t r n c t A n e w t h r e a d ，w h i c h is n a me d T a n g t h r e a d ，i s i n v e n t e d T h i s t h r e a d c o mb i n e d l a e v o g y r a t e t h rea d a n d d e x t ral t h r e a d t o g e t h e r i n t h e s a t te p a r t 0 f t h e t h r e a d ．I t h a s t h e me r i t s o f l a e v o g y r a t e t hr e a d a n d d e x t r a l t h rea d ，a n d c a n c o n j u g a t e w i t h l a e v o g y r a t e th r e a d a s w e l l a s d e x t r a l t h r e a d Ke y wo r d s T a n g t h r e a d ；l a e v o g y r a t e t h r e a d ；d e x t r a l t h re a d ；a n t i l o o s e ；f i x t u r e 1 前言 螺纹联接是紧固件中使用范围最广的联接方式 ， 它的最大优点是可以拆卸 ，不会损毁联接件的任何部 分， 便于机器设备的制造 、 安装、 运输、 维修及提高劳动 生产率。螺纹紧固件一般采用单线螺纹 ， 它能满足自锁 条件． 也就是说 ， 在静载荷时 ， 螺纹联接件不会 自动松 动， 但在冲击 、 振动或变载荷的作用下 ， 特别是多次重 复这种现象后 ， 就会使 联接橙脱 。 采用螺栓的最大缺点就是螺母会松脱。解决螺母 松脱是螺纹紧固件领域内的重要课题。目前解决联接 松脱的方法大体上有三种 第一种是摩擦防松。这是应用最广的一种防松方 式。这种防松方式对于螺母 的拆卸比较方便 ， 但在冲 击 、 振动和变载荷的情况下， 一开始螺栓会因松弛导致 预紧力下降 ， 随着振动次数的增加 ， 损失的预紧力缓慢 地增多 ， 最终将会导致螺母松脱 、 螺纹联接失效。 第二种方式是机械防松。是用止动件直接限制螺 纹副的相对转动， 但这种方式拆卸不方便 。 第 j种方式是铆冲防橙。这种方式的缺点是桂杆 只能使用一次 ， 且拆卸十分困难 ， 必须破坏螺栓副方可 拆卸 21 可见 ， 三种防松方式均存在明显的不足， 为此 ， 笔 者设计了一种新型防松螺纹唐氏螺纹。 2 唐氏螺纹的结构及防松原理 唐氏螺纹是笔者发明的一种不同于国标定义的新 型螺纹， 如图 1 所示， 唐氏螺纹是由左旋和右旋两种螺旋线复合在同一 段螺纹段上。唐氏螺纹既有左旋螺纹的特点又有右旋 螺纹的特点 ，它既可以和左旋螺纹配合又可以和右旋 螺纹配合。 唐氏螺纹可以利用螺纹 自身特点解决防松 问题。 在联接时， 须使用两只不同旋向的螺母 工件支承面上 维普资讯 崴 域J - 托研 2 0 0 1 ．6 的螺母称为紧固螺母 ，非支承面上的螺母称为锁紧螺 母， 紧固螺母和锁紧螺母是两种不同旋向的螺母， 使用时 先将紧固螺母预紧， 然后再将锁紧螺母预紧 如图 2 。 ＼蓐 I L、 锁 紧 螺 母 右 旋 、 ＼ r Y ’ ／， 左 旋 i J I 1 I J I 图 2 唐 氏螺纹 固件的舫松原理 在振动 、冲击的情况下 ，紧固螺母存在松动的趋 势， 但是， 由于紧固螺母的松退方 向是锁紧螺母的拧紧 方向， 锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退 ， 导 致紧固螺母无法松脱 。 下面是对左右旋螺距相等的唐 氏螺纹的受力分 析。 首先我们分析矩形螺纹的受力情况 ， 将螺纹表面展 开为一升角为 的斜面 ， 设螺杆与螺母 、 螺母与螺母 之问的摩擦系数为 p。从图 2 可以看出， 当以力 推 有轴向力 F的滑块运动 t 紧固螺母松退 时， 锁紧螺母 上受到紧固螺母上的压力 p 和摩擦力 p 的作 用， 同时受到螺杆螺纹上的支撑力 和摩擦力 p 。 螺母松退的条件为 F F c o s p i n 1 i n ≥pF e o s p [ 2 将 1 式代入 2 式得 F s i n币≥2 F c o s 2 F i n串 即 t a n 2 p／ i p 3 即当 t a n ≥2 p， f p 时螺纹满足自锁条件。 当 p取 0 ． 1 5时， ≤1 7 ． 0 6 。 时螺纹满足条件。 对于三角形螺纹 ，设螺纹轴向截面的牙型斜角为 卢， 垂直截面上的牙型斜角为 卢 。 它们之间的关系是 t a n 口 t a n 芦C O 5 4 锁紧螺母松退的条件是 F c o s 卢，- F ． ,c o s F Ⅲ s i n 【 5 i n ≥ pF ． ,c o s p 【 6 将 4 式代入 5 式得 s i n 一 pC O S p - c 0 s pF i n6 ／ o o 卢 7 t a n 一 p≥p 1 a r l O S 卢 又匿为 t a n 卢“-- t a n 卢c 0 s ． lJ 1 ／ c o s 2 卢“ t a n 2 fl／ 1 t a n 2 1 令 t a n 卢 t a n x 7 式两边平方得 X p p 1 州 口 ／ c 1 1 ] 经整理得四次方程 1 一 p x 一 2 p 1 p x 3 1 一 ／ I． 4 - a ／ I ． ’ 一 2 p 1 p 口 p 一 口 ／ I． ≥0 8 对于米制螺纹 卢 3 0 。 ， 即 a O ． 5 7 7 ； ／ I． 为滑动摩擦 系数， 取 0 ． 1 5 。 解 得 x≥0 ． 3 3， 即 ≥1 8 ． 2 4 。也 就 是说 ， 当 ≤1 8 ． 2 4 。 时满足 自锁条件 由于螺旋升角不可能达到 1 8 ．2 4 ，一般在2 3 0 左右， 因而可以认定唐氏螺纹是满足自锁条件的且与螺距无关。 在振动、 变载或冲击载荷条件下 ， 螺母受到横向和 轴向力的作用。但是， 作用在紧固螺母上的力无非是轴 向力和松退力 ，紧固螺母作用在锁紧螺母上的力也无 非是紧固螺母 给它的正压力和由此产生的摩擦力， 这 种情况同样适合以上的分析。由 7 式可以看出， 唐氏 螺纹的自锁条件不仅与轴向力无关 ，同时也与旋加在 紧固螺母上的松退力无关 ，因而唐氏螺纹有非常良好 的防松性能。 3 唐 氏螺纹的强度分析 唐氏螺纹是非完整螺纹 ， 也是一种变截面螺纹。这 种非完整螺纹沿轴向的截面积是 由大到小或由小到大 变化的，它的截面最大直径处和普通单旋向螺纹的大 径是相同的，但在螺母旋合时它与螺母的接触面积大 大减少， 因而这种螺纹的强度是人们所担心的问题。机 械工业部紧固件产品质量检测 中心 上海 对唐氏螺 纹做了一次拉伸强度对比试验， 结果出乎意料。试验结 果表明， 这种非完整的变截面螺纹有较好的强度。下面 是机械工业部紧固件产品质量检测中心对 M 2 0单头螺 柱的拉力试验数据 维普资讯 般 t ．K ．- - 托砰 2 0 0 1 ．6 唐 氏螺纹与普通 螺纹拉力对比试验表 从上表可以算出，唐氏螺纹的平均受力是普通螺 纹的 9 5 4 ％。 由此可见 ， 内螺纹和外螺纹之间的接触面积减少， 但强度未必相应减少 。说 明这种非完整螺纹各螺纹之 间有较好的均载性能，在取代普通螺杆时并不需要增 大规格。 4 唐 氏螺纹诞生后的若干理论探索 唐氏螺纹在防松原理上利用 了螺纹 自身的矛盾 ． 把螺母松脱作为防止松脱的动因， 起到了 “ 以毒攻毒” 的效果 。 在结构上 ， 唐氏螺纹采用变截面的非完整螺纹， 突 破了螺纹 自发明 来一直使用等截面完整螺纹这一局 限， 在螺纹领域迈 出了可贵 的一步 这种唐氏螺纹将在很多方面对螺纹紧固件理论产 生影响 。 1 唐氏螺纹已经突破了传统螺纹的定义。传统螺 纹定义所指螺纹是等截面完整螺纹 ．而唐氏螺纹采用 的是变截面非完整螺纹，显然这种定义对唐氏螺纹不 适用 。 2 国家 标 准“ 螺 纹 及 螺 纹 紧 固件 画 法 ” G B 4 4 5 9 ． 1 一 g 4 对螺纹紧固件的画法做出了规定 ． 该 标准只适应于单旋向螺纹，对唐氏螺纹紧固件是无法 标注的。 3 唐氏螺纹的防松方法是全新的。目前的教科书 将螺纹紧固件的防松方法归纳成三类 ． 即摩擦防松、 机 械防松和铆冲防松。而唐氏螺纹的防松是依靠 自身结 构进行防松的．这种防松方法无法归纳到 上三种方 法 中去 ， 因而它 的防松方法是全新 的。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 紧固件连接设计手册编写委员含 紧固件莲接设计手册 [ M 北京 国防工1 l 出版社． 1 9 9 0 [ 2 ] 炎 螺纹联接设计与计算[ M ． 北京 高等教育出版社， 1 9 95 [ 3 ] 山本晃著， 郭可谦等译． 螺纹联接的理论与计算[ M]上海 上 海科学技术文献出版社， 1 9 8 4 [ 4 濮良贵 机械零件 M] 北京 高等教育出版社， 1 9 8 2 编辑 毛丽青 作者简介 唐宗才 1 9 6 5 一 ， 男， 1 9 8 5 年毕业于华中理工托学． 专门 从 事螺垃 紧目件的防松研 究工作。 收稿 日期 2 0 O l n 5 2 4 重庆机床工具行业的新风彩 在 第七届 国际机床展 览套上 ． 重庆展 商首农整体亮相 ． 成为西部展馆 的新亮点。重庆机床厂 、 重庆第二机床厂 、 重 庆工具厂 、 重庆磨床厂 、 重庆长 江机床厂 和重庆机 床工具工 业销售，厶 ＼ 司等企业以 “ 数控 化、 柔性化、 自动化”为主题 ． 推 出一批 高、 新、 特”精品誊展 ． 展示重庆机床工业为西部大 开发服务的整体实力，集中反映 了重庆成为直辖市詹行业 的新 面貌 ． 其 强大阵容令人瞩 目。 重庆市是全 国著名的机床 工具工业基地 ．拥有一批 国 内外知名企业与驰名品牌。如重庆机床 厂几十年来一直是 我 国最大的齿轮加工机床制造商 ． 该厂生产的 “ 重机牌”系 列产品， 包括壤、 插、 剃、 珩 、 挤 齿、 倒 角、 倒棱 、 轧齿等制齿机 床 ．以及齿轮噪声检查机 、齿距测量仪 等齿轮量仪 ，共计 1 5 0多品种。而在 目前 国内拥有的近 8万台齿轮加 工机床 中， “ 重机牌”产品有近 3万台 ， 其 中滚齿 机 占有 约 6 5 ％的 国 内市场竹额 ， 同时还 向美、 英等 4 8个国家和地 区 ]I c 计 出 口机床近千台。 重庆第二机 床厂 生产普通车床 、 数控 车床和 专用机床 ． 其 中活塞加工专甩机床在全国独埘一帜， 国内市 场 占有率迭 8 0 ％。 重庆工具厂的加 长多击齿轮 壤刀、 轻 向剃 齿刀、 斜齿倒角插齿刀、 螺旋拉 刀、 不带断屑槽粗切等螺旋 角指形铣刀和精切等螺旋角指蟛铣 刀等产品 ． 以特 殊刀具、 高精度 、 高效率复杂齿轮刀具著称。此外 ． 重庆长江机床厂 的摇臂钻床 、 普通 车床和数控 车床 ． 重虞磨床厂的万能外田 磨床 、 曲轴磨床和无心磨床等产品在 市场上也很知名。 近年 来． 重庆机床工具行业根 据国家产业政策 ． 咀发展 数控机床佧为拓展市场的突破 口， 1 进吸收 当代先进制造技 术 ． 野宴 争 开发 出新一代 高速 、 高技 、 高精度 、 高可靠性的新产 品 ， 为国内外用户提供 了大批 先进适用的精 良装备。这次展 出的 6台数控嚷齿机 、 剃 齿机、 倒角机和 5台敷控 车床等产 品． 充分展 示了重庆机床工具行 业的精华， 其 中Y K S 3 1 2 0六 轴数控高速滚齿机和 Y K 4 2 3 2四轴敷控剃齿机 等机床 ． 均具 有料仓 、 料爪及零件 自动夹紧装置 ． 大大加快零件加 工节拍 自动化程度很高 ，是追 随时代潮流 开发 的高档产品 c 2 1 1 9 B型活塞 中凸变椭圆数控车床 ．用于内燃机活塞裙部 中 凸变椭 圆的车削加工 ， 主轴采用最新动、 静压轴承 ． 回转精度 高、 刚性好。各企业在开发新产品时始终坚持 了以主流市场 为 目标、 以经济效益为 中心的开发 思路 一是开发的新 品都 是有订单 的产品， 机床的主要功能非常适合甩户的需求。二 是一个产品代表一个开发平台，在此基础上开发 系荆产品 ． 并不断改进创新加 以完善。同时开发 出许 多功 能部件 ， 咀不 同的技术配置 、 功能组件和油漆 色彩来适应 用户 “ 点菜单” 的要 求， 满足各娄企业不同的特殊需要。四是普遍重视提 高 企业核心技术能力， 产品性能和水平有了显著的提高 维普资讯