[发明专利]一种紧固螺钉的自锁力设计方法

权利要求书

1.一种紧固螺钉的自锁力设计方法,其特征在于紧固螺钉的自锁力大小与以下三个因素相关：螺钉的实际使用情况、螺纹升角ψ、错位分段螺纹有关参数,设计方法具体包括以下步骤：

1)安全系数W的确定；

2)螺纹升角ψ的确定；

3)错位分段螺纹相关参数的确定。

2.根据权利要求1所述的紧固螺钉的自锁力设计方法,其特征在于上述安全系数W的确定方法如下:紧固螺钉由于应用的工作环境不同，其对锁紧力的要求不同，在平稳、低速无冲击时，自锁力小一些，而当工作于较大冲击、振动时，为保证工作可靠，锁紧力要增大，在实际加工时，将自锁力的设计值放大一个比值，设该值为安全系数W。

3.根据权利要求2所述的紧固螺钉的自锁力设计方法,其特征在于把应用的工作环境分为三种基本情况：

11)平稳、低速、无冲击或振动情况，W取值1～1.1；

12)有小频率冲击、振动情况，W＝1.1～1.3；

13)较大冲击、振动情况，W＝1.3～1.6；

根据紧固螺钉的设计工作环境，W应确定相应的安全系数W值。

4.根据权利要求1所述的紧固螺钉的自锁力设计方法,其特征在于上述螺纹升角ψ的确定方法如下：

三角形螺纹连接松退时，螺纹上作用有推力F_t和轴向力F，由力的平衡条件得：

ψ为螺纹升角，ρ'为当量摩擦角；

若ψ<ρ'，则F_t为负值，表明其方向改变，这时螺母必须受与F_t方向相反的推力作用方能松退，轴向力F无论多大，螺母部不会松退，故螺纹的自锁条件是：ψ<ρ′，其中，当量摩擦角ρ'的计算式为：ρ'＝arctan(μ/cosβ)，μ为摩擦系数，β为螺纹牙型角；

采用自锁性好的细牙螺纹，其螺距小，螺纹升角ψ小，根据工作环境的不同，将螺纹升角ψ选定为如下的某一具体值，保证螺纹升角ψ小于该螺纹的当量摩擦角ρ'，以满足螺纹静载的自锁条件，实现螺钉具有一定的自锁力。

5.根据权利要求4所述的紧固螺钉的自锁力设计方法,其特征在于根据使用条件的不同，螺纹升角ψ分为三种情况，

21)平稳、低速、无冲击或振动情况，ψ取值2°

22)有小频率冲击、振动情况，ψ取值2°30′

23)较大冲击、振动情况，ψ取值3°。

6.根据权利要求1所述的紧固螺钉的自锁力设计方法,其特征在于错位分段螺纹相关参数的确定方法如下：

光靠螺纹升角满足螺纹的自锁条件所获得的自锁力是不够的，还必须采用在螺杆上设置两段不连续的错位细牙螺纹，且在两段螺纹间的光杆部分切出径向切槽的结构来增强自锁力，以保证即使受到冲击、振动的情况下，都有足够的自锁力；错位分段螺纹相关参数包括有螺纹错位距离L₁、切槽距离L₂、切槽深度de，螺纹错位距离L₁、切槽距离L₂、切槽深度d_e的确定方法如下：

31)确定两段螺纹的错位距离L₁

两段螺纹的错位距离L₁就相当于变形量ΔX：因为，当螺杆的两段螺纹都拧进同一个螺母后，实际上带有切槽的光杆段螺杆被压缩直至两端错位螺纹刚好又在同一螺纹延长线上，则被压缩的距离就等于错位距离L₁；

错位距离L₁取值：M4～M8取螺纹螺距的1/4倍，M10～M18取螺纹螺距的1/8倍，其中，不同规格螺纹的螺距都是标准系列，有规定的取值；

32)确定径向切槽的距离L₂

切槽距离L₂的取值大小，需根据实际使用过程中对紧固螺钉的自锁力的要求来确定；切槽距离L₂会影响到弹簧模型的劲度系数K,切槽距离L₂增大，则弹簧模型单位长度的有效圈数N_C减小，则导致K增大，即：L₂↑——N_C↓——K↑；

设定：基本圈数＝1，圈数影响因子为K_N

弹簧模型有效圈数N_C＝基本圈数×圈数影响因子＝K_N；

33)确定径向切槽的深度d_e

径向切槽的深度d_e的设计公式为：d_e＝D/2+0.5，单位为mm，其中D为螺钉的大径，径向切槽的深度d_e也是影响弹簧模型的劲度系数K的一个因素，径向切槽的深度d_e的取值范围：D/2＜d_e＜D，其中D为螺钉公称直径，切槽深度d_e增大，则弹簧模型的中径D_m增加，则导致K减小，即：d_e↑——D_m↑——K↓；

设定：基本中径＝3，中径影响因子为k_D

弹簧模型中径D_m＝基本中径×中径影响因子；

为计算自锁力矩大小，建立弹簧模型：将具有径向切槽的的光杆部分的螺杆简化成一个弹簧模型，弹簧的弹力符合胡克定律：在弹性限度内，物体的形变量跟引起形变的外力成正比，即：F_弹＝－K·ΔX，其中：K为劲度系数，ΔX为变形量；

劲度系数K是材料的一种属性，它的数值与螺钉的材料、粗细、形状等有关，具体的K值的确定公式如下：

K=G×d48×NC×Dm3---(N/mm)]]>

其中：G为线材的刚性模数，由材料的属性决定，如本公司用的铜材C3603的G取为60000(N/mm^2)；d为线径(mm)，模型中取为1.5mm；N_C为圈数；Dm为中径(mm)；

螺纹副间弹力：F_弹＝K·L₁

螺纹联接之间的摩擦力为：F_摩＝F_弹·μ，其中μ为螺纹副摩擦系数，

则自锁力矩T＝F_弹·D/2，其中D为螺钉大径。