基于ANSYS的唐氏螺纹强度分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2期(总第147期)机械工程与自动化No．22008年4月MECHANICAIENGINEERING＆AUTOMATIONApr．文章编号：1672—6413(2008)02—0036—03基于ANSYS的唐氏螺纹强度分析李世彪，李建平(北京航空航天大学机械工程及自动化学院．北京t00083)摘要：应用ANSYS有限元分析软件对唐氏螺纹和普通螺纹的联接结构进行模拟分析，研究在总轴力分别为15kN、20kN、25kN、30kN时唐氏螺纹和普通双螺母螺纹牙的应力情况，并且对照结果

2、做出相关力学性能比较．得出在不同工况下唐氏螺纹和普通螺纹结构的应力分布．可以看出唐氏螺纹相对于其它螺纹接触应力总体上略大。从而可以得出以下结论．在相同外部条件下唐氏螺纹具有较好的综合性能。关键词：ANSYS；唐氏螺纹；接触应力；有限元分析中图分类号：TH131．3：TB115文献标识码：A0引言纹牙受力情况，对唐氏螺纹和普通双螺母螺纹牙的受唐氏螺纹是由左旋和右旋两种螺旋线复合在同一力、应力强度进行分析，分析螺纹副中的轴向压紧力段螺纹段上，唐氏螺纹既有左旋螺纹的特点又有右旋对螺栓的影响程度，并且对双螺母的作用进行综合分螺纹的特

3、点，它既可以和左旋螺纹配合又可以和右旋析。螺纹配合。在联接时．需使用两只不同旋向的螺母：工作于支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。在振动、冲击情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，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，导致了紧固螺母无法松脱。1唐氏螺纹的有限元分析1．1唐氏螺纹和普通螺栓有限元模型的建立本文中所选取的为3O×15O螺栓和与之配合的M30螺母，材料弹性模量E一215GPa，泊松比为0．3，(aj盾氏螺纹(b)普通螺纹材料的拉伸强度极限为800

4、MPa，屈服极限为图1划分好网格的唐氏螺纹和普通螺纹640MPa。图2是总轴力为15kN时唐氏和普通螺栓螺纹牙在Pro／E中建立唐氏螺纹和普通螺纹模型．导入的有限元分析结果，图3为总轴力为15kN时唐氏左ANSYS中，采用自由网格和映射网格混合划分的方旋和右旋螺母的有限元分析结果。法对其进行网格划分，效果见图1。从图1中可以看出由图3可以看出：在螺纹接触处应力相对来说比网格形状规则、排列整齐。较大，容易产生应力集中现象，即屈服最先在与内螺1．2不同轴力作用下唐氏螺纹和普通螺纹牙的受力纹发生作用的靠近螺母受载端面的第1圈螺纹根

5、部发螺栓在啮合螺纹段的断裂是螺栓联接结构的主要生，这与普遍的实验和工程事故的结果吻合，当然最破坏形式．该种破坏与轴力在各圈螺纹上的分布和等大应力达500MPa以上的只是个别应力集中处的现效应力沿螺旋线的分布密切相关。螺纹结构的材料和象．大部分位置的应力都在300MPa之内。螺纹啮合圈数都会影响轴力沿轴向的分布，进而影响为说明问题，我们对轴力为20kN、25kN、30kN等效应力的分布。时螺纹的受力情况进行了分析，由在不同轴向力作用对螺栓采用降温法模拟螺栓的预紧力．本文主要下唐氏螺纹和普通双螺母螺纹的有限元结果我们可以针对不同

6、轴向力作用条件下唐氏螺纹和普通双螺母螺得出以下结论：螺纹段产生了塑性变形，而且随着轴收稿日期：20o7—09—07；修回日期：2007—1I-27作者简介：李世彪(1982一)男．河北冀州人．硕士研究生。维普资讯http://www.cqvip.com2008年第2期李世彪，等：基于ANSYS的唐氏螺纹强度分析·37·力的增大有增大的趋势。比较不同总轴力下的应力分唐氏螺纹是一种非完整螺纹，也是一种变截面螺布可见，无论总轴力的大小如何，在螺栓螺纹段各横纹，这种非完整螺纹沿轴向的截面积是由大到小或由截面上的应力沿轴向的分布是基本

7、相似的。小到大变化的，螺母旋合时它与螺母的接触面积大大钵**爵Hu"nw减少，这就可能造成局部的应力集中现象。由图5可．!．酒以看出，横截面较大的螺纹处的应力最大值大约在83．9MPa，远未达到应力极限值，而横截面较小的根部O应力最大值达到189MPa，虽然未超过材料的应力极限，但是在截面积较小的螺纹牙部分会有较大的应力波动情况。现在我们取一段完整的螺纹(周向大约是270。)，提取其在周向的应力分布情况，以一段螺纹牙截面积小处开始，见图6。(a)唐氏螺栓图2总轴力为15kN时唐一O(a)横截面较大处(b)横截面较小处图5唐氏

8、螺纹应力提取区域应力分布情况(a)居氏右旋螺母(b)唇氏左旋螺母图3总轴力为15kN时唐氏右旋和左旋螺母有限元结果1．3两种螺栓最大等效应力随轴向力变化图为了比较两种螺纹的力学性能，我们总结了螺栓最大等效应力随轴向力变化图，见图4。图4中，横坐标为轴向力，分别为15kN、20kN、25kN