紧固件螺纹拧紧长度作用的深度分析

紧固件螺纹机械性能，不管是按美标、通标、国标、日标，对各项性能检测项目的螺纹长度都有要求，那么如果你设计了一个螺纹孔，你可能会琢磨：到底需要多少扣螺纹就能保证一个坚固合格的螺栓副呢？有人说7牙就够了。螺栓在被紧固的时候会变长一点点，整个螺栓的轴力都由螺纹扣来承担，但是落在每一扣的载荷是不同的。因为这种螺栓伸长，第一扣螺纹所占螺栓轴力的比例是最高的，然后按螺纹扣顺次比例降低，而超过六扣的螺纹将不再承受螺栓轴力，处于基本可以认为自由的状态，不再为螺栓副的坚固有任何帮助。有参考数据说第一扣螺纹所占的比例高达47%，另外，也有“铁芯哥”版本，按照一般光弹实验的结果来看，首牙承载一般都在34%以上。施必牢的结果是我见过最大的，64%。（施必牢是不是有意夸大这里就不谈了）

说7牙。一般基于两个基本原则一个用途。

谈论7牙螺纹连接，一个前提是讨论以承载为主的螺纹连接。如果是其他用途的，则说7牙并不合适。比如干式密封螺纹。

两个原则，第一就是载荷的分布。由于对于多数螺纹而言，前3-4牙已经基本分担了绝大部分载荷，理论上讲，多数人认为后面的螺纹已经没有“用”了。但实际中，由于加工误差、首略屈服等实际因素影响，同时考虑一个分担总量变化的事实，多数时候应在3-4牙的基础上增加2圈的有效螺纹，同时考虑起始部分和末端的不完整螺纹，7圈就成了一个呼之欲出的数字。而“工作圈数”，也可以理解为“配合总圈数”，意思是所有接触可进行载荷传递的螺纹圈数。因此必须强调一点，这个圈数中是包含不完整螺纹的。因此也可以理解为　有效圈数+1。以ISO和SAE的标准来看，前者强调一个公称直径长，后者强调6圈的有效螺纹圈数。因此，也可以说，常说的7圈基本原自于此。

第二是导向原则。螺纹连接，不单是一个承载问题，同时还有旋合导向的问题。常用螺纹一般都存在旋合间隙，这使得旋合很轻松。当然，很多不规范的厂家出的螺纹制品就很难讲了，有的间隙很大，有的却是过盈。对于螺纹连接来说，因为旋合间隙的存在，使得螺纹承载本身更倾向于沿径向的偏载。因此，选用的有效螺纹数越小，这种偏载的情况越严重，旋合中，容易因偏载产生导向自锁，使整个螺纹连接不能按预定条件预紧或者提前损坏螺纹牙。（当然，小鼻子很好的利用了这种偏载效应，因此在防松上有很大的建树。）直径越大，这种情况就越明显。其本质是导向长度。因此，对于公称直径较小的螺纹连接来说，3牙也好3牙半也好，对导向的影响并不大，可以正常使用。但对于大直径的连接来说，3-4牙是不够的。一个实际中很容易碰到的例子，同样直径的两组螺纹连接，如果牙数相同，比如都是3牙，直径越大，粗牙的螺纹相对细牙的就越容易旋合。因为相同条件下，粗牙的导向长度更长。

最后捎带几句。对于细牙螺纹的使用，本身则应更加小心。我们说7牙也好，3牙也罢，一般多指粗牙状态。对于细牙螺纹来讲，由于螺纹牙的悬臂挠弯假设更不易发生，因此，纯剪形式的破坏以及密螺距下带负载旋合产生的热熔磨损是主要破坏形式。因此，对于细牙螺纹来说，无论是牙数过少还是过多，都是不合理的选择。过少，则因单个螺纹承载能力下降易被剪掉，过多，则容易因为热熔导致旋合磨损。另外，某些研究表明，细牙螺纹的载荷分配略优于粗牙螺纹，也标示着应当适当选择更多的牙数，只要这个数量不致产生磨损。所以检测是很重要的标准，实际应用更是应该考虑的因素。