一种渐变牙厚螺纹及其应用的制作方法

1.本发明涉及螺纹连接技术领域，具体涉及一种渐变牙厚螺纹及其应用。


背景技术：

2.螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。螺栓、螺母一类的标准件已成为通用的螺纹紧固件。螺栓连接承受轴向载荷时，螺栓受到拉力作用，螺栓外螺纹与螺母或螺纹孔的内螺纹啮合处，螺牙承担螺栓的轴向载荷，螺牙底部存在应力集中，此处的应力集中是影响螺栓连接极限强度和疲劳寿命的关键影响因素，应力集中明显，则螺栓连接极限强度越小、疲劳寿命越低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种渐变牙厚螺纹及其应用，改善牙底应力集中问题。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种渐变牙厚螺纹，包括位于螺纹起始侧的恒定牙厚区域和位于螺纹终止侧的渐变牙厚区域；所述的恒定牙厚区域的螺纹牙厚均相同，渐变牙厚区域从靠近恒定牙厚区域侧至远离恒定牙厚区域侧的螺纹牙厚依次递减。
5.本发明通过渐变牙螺纹降低螺栓连接的内外螺纹啮合位置前几扣的螺牙刚度，减少此前几扣的载荷分配，减小牙底应力，改善此处的应力集中，从而提高螺栓极限强度和疲劳寿命。
6.优选地，所述的渐变牙厚区域的最大螺纹牙厚与最小螺纹牙厚之差为0-0.5p，p为螺距。
7.优选地，所述的恒定牙厚区域和渐变牙厚区域的牙底最底部连线构成直线。
8.进一步优选地，所述的恒定牙厚区域和渐变牙厚区域的牙底最底部连线构成的直线与其所在的螺栓或螺母的轴线平行。
9.优选地，所述的渐变牙厚区域的螺纹牙底半径从远离恒定牙厚区域侧至靠近恒定牙厚区域侧依次递减。
10.优选地，所述的渐变牙厚螺纹的牙型包括但不限于三角形、梯形、锯齿形、圆弧形。
11.优选地，所述的恒定牙厚区域的螺牙数≥0。
12.优选地，所述的渐变牙厚区域的螺牙数≥3。
13.优选地，螺母或螺纹孔的内螺纹与渐变牙厚区域啮合螺牙数≥2。
14.一种上述渐变牙厚螺纹的应用，将所述的渐变牙厚螺纹用于螺栓外螺纹或螺母内螺纹。
15.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
16.1.通过渐变牙厚区域从靠近恒定牙厚区域侧至远离恒定牙厚区域侧的螺纹牙厚依次递减；若该螺纹应用于螺栓外螺纹上，螺母采用同类型标准螺纹，则螺栓与螺母在渐变牙厚区域啮合位置处内外螺纹承载面存在初始间隙，螺栓施加预紧力后，螺栓受到轴向拉
力，螺栓螺纹被拉长，则内外螺纹的承载面的间隙闭合，受到外载后，这些啮合区域的渐变牙厚螺纹处的承载面传导载荷的占比小于传统标准内外螺纹的啮合位置的载荷；若该螺纹应用于螺母内螺纹，则螺牙承载占比减小的原理同该螺纹应用于螺栓外螺纹的原理，由于螺栓与螺母啮合前几扣的承载占比减小，则该处的牙底应力减小，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和抗疲劳强度；
17.2.具有本发明外螺纹的螺栓与同种恒定牙厚螺纹的螺母可以配合、适配。
附图说明
18.图1为本发明渐变牙厚螺纹用于螺栓外螺纹时的示意图；
19.图2为本发明渐变牙厚螺纹用于螺母内螺纹时的示意图；
20.图3为螺栓与螺母啮合位置的载荷分布特征；
21.图4为螺栓应力分布特征的示意图(a-传统螺纹的螺栓应力分布特征，b-本发明螺纹的螺栓应力分布特征)；
22.图5为叶根连接结构的示意图；
23.图中：1-恒定牙厚区域，2-渐变牙厚区域，3-叶片，4-叶根纤维材料，5-叶根螺栓，6-叶根法兰，7-变桨轴承外圈螺母，8-变桨轴承外圈螺栓，9-轮毂，10-变桨轴承内圈下端面螺母，11-变桨轴承，12-预埋螺栓套。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
25.实施例1
26.一种渐变牙厚螺纹，如图1和2所示，包括恒定牙厚区域1和渐变牙厚区域2，恒定牙厚区域1位于螺纹起始侧(左侧)，渐变牙厚区域2位于螺纹终止侧(右侧)，恒定牙厚区域1的螺纹牙厚b均相同，渐变牙厚区域2从右至左的螺纹牙厚依次递增(b1≤b2≤b3≤b4≤b5)。
27.实施例2
28.一种渐变牙厚螺纹，螺纹采用渐变牙厚设计，牙型不限三角形、梯形、锯齿形、圆弧形等形状，可以应用于螺栓的外螺纹或螺母及螺纹孔的内螺纹；
29.渐变牙厚区域2位置的渐变牙底半径的螺牙数≥3，按图1所示应用于螺栓外螺纹的结构，牙厚从右到左依次递增(b1≤b2≤b3≤b4≤b5
…
＜b)。
30.恒定牙厚区域1位置的恒定牙厚的螺牙数≥0。
31.如图3所示，螺栓连接承受轴向载荷时，螺栓受到拉力作用，螺栓外螺纹与螺母或螺纹孔的内螺纹啮合处，螺牙承担螺栓的轴向载荷，内外螺纹啮合的首扣的螺牙刚度越大，则首扣承担载荷越大，则啮合位置螺栓首牙牙底的应力越高，则牙底应力集中越明显，螺栓连接极限强度越小疲劳寿命越低。
32.螺纹底部的应力集中是导致螺栓极限拉断或疲劳断裂的主要原因之一，如图4所示，本发明通过渐变牙厚改变螺栓与螺母啮合前几扣的结合刚度，降低前几扣的载荷分配，从而改善前几扣的牙底应力集中问题，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和疲劳强度。
33.实施例3
34.一种渐变牙厚螺纹的应用，将该螺纹作为螺栓的外螺纹用于叶根螺栓。螺纹连接是风力发电机中常见的连接结构，本发明的外螺纹可以应用在叶根螺栓的两端。
35.具体地，本实施例中，如图5所示，叶根螺栓5两端均设有渐变牙底半径外螺纹，叶根螺栓5一端通过预埋螺栓套12连接叶片3，另一端穿过叶根法兰6和变桨轴承11并通过变桨轴承内圈下端面螺母10进行固定。变桨轴承外圈螺栓8一端设置在轮毂9上，另一端通过变桨轴承外圈螺母7固定在变桨轴承11上。在预埋螺栓套12外侧设置有叶根纤维材料4。
36.叶根螺栓5在服役过程中，叶片3的交变载荷通过结构传递至叶根螺栓5上，由于螺牙底部应力集中得到改善，从而避免外载拉断螺栓和交变外载导致螺栓疲劳断裂。
37.在本发明中，需要说明的是，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种渐变牙厚螺纹，其特征在于，包括位于螺纹起始侧的恒定牙厚区域(1)和位于螺纹终止侧的渐变牙厚区域(2)；所述的恒定牙厚区域(1)的螺纹牙厚均相同，渐变牙厚区域(2)从靠近恒定牙厚区域(1)侧至远离恒定牙厚区域(1)侧的螺纹牙厚依次递减。2.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的渐变牙厚区域(2)的最大螺纹牙厚与最小螺纹牙厚之差不超过0.5p，p为螺距。3.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的恒定牙厚区域(1)和渐变牙厚区域(2)的牙底最底部连线构成直线。4.根据权利要求3所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的恒定牙厚区域(1)和渐变牙厚区域(2)的牙底最底部连线构成的直线与其所在的螺栓或螺母的轴线平行。5.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的渐变牙厚区域(1)的螺纹牙底半径从远离恒定牙厚区域(1)侧至靠近恒定牙厚区域(1)侧依次递减。6.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的渐变牙厚螺纹的牙型包括但不限于三角形、梯形、锯齿形、圆弧形。7.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的恒定牙厚区域(1)的螺牙数≥0。8.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，所述的渐变牙厚区域(2)的螺牙数≥3。9.根据权利要求1所述的渐变牙厚螺纹，其特征在于，螺母或螺纹孔的内螺纹与渐变牙厚区域(2)啮合螺牙数≥2。10.一种如权利要求1～9任一项所述的渐变牙厚螺纹的应用，其特征在于，将所述的渐变牙厚螺纹用于螺栓外螺纹或螺母内螺纹。

技术总结
本发明涉及一种渐变牙厚螺纹及其应用，渐变牙厚螺纹包括位于螺纹起始侧的恒定牙厚区域(1)和位于螺纹终止侧的渐变牙厚区域(2)；所述的恒定牙厚区域(1)的螺纹牙厚均相同，渐变牙厚区域(2)从靠近恒定牙厚区域(1)侧至远离恒定牙厚区域(1)侧的螺纹牙厚依次递减，所述的渐变牙厚螺纹可用于螺栓外螺纹或螺母内螺纹。与现有技术相比，本发明通过渐变牙厚外螺纹减小螺栓与螺母啮合的首扣啮合刚度，从而降低牙底应力集中，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和抗疲劳强度。强度和抗疲劳强度。强度和抗疲劳强度。


技术研发人员：余岫卷 韩鲁明 周国栋 陈铁锋 卢力航 唐程
受保护的技术使用者：射阳远景能源科技有限公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/3/31