工业锅炉 ２００７年第５期（总第１０５期） 塑性状态，即 ＪＯ＂ｂ ＋３７－ ＝ 。 （７） １．７０７ １Ｆ ｍ≥ ＋１．６０Ｐ （８） 比较式（３）、（５）、（８）可知按考虑弯曲应力和剪 应力的联合作用极限荷载求出的螺母的高度ｍ比 按弹性最大剪应力求出的螺母的高度ｍ小得不多， 比按弹性最大弯曲应力求出的螺母的高度大得也不 多，而比按平均剪应力求出来的螺母高度ｍ则大得 较多。这说明，由于弯曲应力和剪应力联合作用的 结果，沿螺纹牙的厚度方向的强度变化是不大的，因 此，采用弯曲应力和剪应力联合作用极限状态下的 式（８）来确定螺母的高度是合适的，而按平均剪应 力确定螺母的高度则属偏于不安全的设计。 ２根据螺母与螺纹杆的等强来确定螺母的 高度 螺纹杆的承载能力按小径计算 ， ： 丝 ［ ］ （９） ｍ≥ 等 ６０Ｐ （１０） ｄ ≥１．３４ （１１） 式（１１）是在考虑荷载分配不均系数ｋ ＝０．５６ 的情况下求得的。 因此要保证螺母与螺杆等强应当是接近式 （１１）。 ３标准螺母厚度与对螺母承载能力的论述 普通紧固件标准螺母按厚度分为四种。 （１）１型螺母，厚度适中，在螺母标准系列内，螺 母高度ｍ与螺纹公称尺寸Ｄ之比ｍ／Ｄ＝０．８４～ ０．９４。 （２）２型螺母，较１型螺母高１０％左右，螺纹旋 合长度更大。按照一般技术书籍上的提法，２型螺 母比１型螺母的承载能力有所提高。在标准系列 内，２型螺母高度ｍ与螺纹公称尺寸Ｄ之比ｍ／Ｄ＝ ０．９３～１．０２。 （３）厚螺母，厚度更大。在标准系列内，厚螺母 高度ｍ与螺纹公称尺寸Ｄ之比ｍ／Ｄ＝１．５２７ ８～ １．６００ ０。但在技术书籍中未提到其承载能力的问 题。 （４）薄螺母，螺母高度ｍ与螺纹公称尺寸Ｄ之 比ｍ／Ｄ≤０．５。按照一般技术书籍上的提法，薄螺 母用于不承受轴向荷载或轴向荷载较小的场合。钢 结构用高强度大六角螺母和高强度螺栓用螺母的高 度ｒＲ与螺纹公称尺寸Ｄ之比ｍ／Ｄ与２型螺母比较 接近。 对薄螺母和２型螺母的说明，表明了螺母的厚 度与承受轴向荷载的能力直接有关。在文献［６］附 录Ａ“螺栓连接的承载能力”一文中也指出，单靠改 进紧固方法和提高机械性能等级远不能防止组合件 的脱扣，解决这一问题最可行的方法是增加０．８Ｄ 螺母的高度尺寸。对于厚螺母ＧＢ／Ｔ ５６—１９８８虽 然在一般技术书籍中没对其承载能力进行评价，但 应当说，厚螺母的承载能力肯定会高于２型螺母的。 锅炉吊杆主要是承受轴向力，它是在所有受力构件 中最具有危险性的一种受力状态。为了使锅炉吊杆 装置具有更大的可靠性，就必须使螺母具有更大的 承载能力。因此，在锅炉吊杆中采用高度较大的螺 母是适宜的，当然，在许多机械零件书籍中都讲到关 于螺纹牙受力不均匀的问题，正如图１所表示的那 样，所得出的结论是采用高螺母以增加旋合圈数，对 提高螺纹强度并没有多少作用。应当说，从单向弹 性变形的角度去考虑是符合实际的，但是如果考虑 到横向变形和塑性变形，上面的结论就不完全正确 了。随着受力的增加，横向变形和塑性变形的增加， 会在更大的范围内使螺纹牙的受力趋于均匀，其有 效圈数就会增加，因此，在一定范围内，增加螺母的 高度还是能够增加其承载能力的。过去的习惯做法 是，为了增加锅炉吊杆螺母的承载能力，或者说，增 加螺母的安全度，往往采用双螺母的方法。针对于 用双螺母能不能提高强度这一问题，本人专门请教 了全国紧固件标准技术委员会李维荣教授和哈尔滨 工业大学机械零件教研室王黎钦教授，他们一致认 为采用双螺母不能提高锅炉吊杆螺纹的强度，上面 一个螺母只能起个锁紧作用，并认为采用较高的螺 母来进一步提高螺母的承载能力是可行的。因此， 我们的最后结论是：锅炉吊杆采用一个螺母的设计 方案，并适当增加螺母的高度来达到提高螺母承载 能力的目的。建议锅炉吊杆用螺母的高度ｍ与公 称螺纹尺寸Ｄ的比值ｍ／Ｄ取在２型螺母与厚螺母 之间的某一数值，比如１．２０或更大一些。李维荣教 授认为这一设计方案是可行的。哈锅标准化室也接 受了这一方案，并且已经开始这样设计。在吊杆装 置中的ｕ型夹中的螺纹孔的长度Ａ与公称尺寸ｙ 的比值在１．１９～１．５０之间变化。它的最小值与上 面的１．２０相当。由此可见，锅炉吊杆螺母高度ｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・研究与开发・ 关于锅炉吊杆用螺母的强度设计与选用问题 值，在标准系列范围内为１．６３８～１．７２１，远小于２， 因此螺母的极限相对旋合长度ｍ／ｄ可能会远小于 １．５０。 与螺纹公称尺寸Ｄ之比值取≥１．２０是可行的。 ４用螺纹旋合长度概念分析螺母的强度 螺纹旋合长度的选取一是考虑强度的需要，二 是考虑加工问题。根据文献［６］，螺纹的旋合长度 分为三组，分别称为短旋合长度、中旋合长度和长旋 合长度，当ｍ／Ｄ＝１．２０时，≤Ｍ８０螺纹属中旋合长 度，＞Ｍ８０的螺纹都属长旋合长度。长旋合长度螺 纹副旋合后稳定性好，具有足够的连接强度，但加工 钢结构用六角螺母 和高强度螺栓用螺母 。】 的直径比普通紧固件螺母的直径有所加大，与螺纹 公称尺寸的比值在标准系列范围内约为１．８０～ １．９０，接近于２，其螺母的极限相对旋合长度ｍ／ｄ能 达到１．５０左右。由此看来为了保证螺母的直径极 精度难以保证。 限相对旋合长度ｍ／ｄ不至于过小和避免出现链环 ＡＳＭＥ Ｉ锅炉建造规程和ＡＳＭＥ ｖｍ一１压力容 式剪切破坏，锅炉吊杆用螺母的直径与螺纹公称尺 器建造规程都规定螺柱与螺孔的旋合长度不小于螺 寸的比值至少不低于钢结构用高强度大六角螺母数 栓直径ｄ，不大于螺栓直径的１．５倍。根据文献 值，取大于等于１．８Ｏ。 ［３］，螺纹横截面的真实面积在下列范围内： ５锅炉吊杆用非标准螺母的建议尺寸 一Ｊ ２ ，２ ＜Ｆ＜＿＿，ｌ＇ｒｔ￣－ ｆ１２） 锅炉吊杆用非标准螺母的建议尺寸（如图３）： ４ ４ 沉孑Ｌ最大直径ｄ一＝１．０８Ｄ 把根据螺栓和螺纹牙等强度条件求出的ｍ。叫 沉孑Ｌ最小直径ｄ ｉ ＝Ｄ 作必需的螺母高度，螺母的实际高度应大于此高度， 螺母直径或对角宽度ｅ≥１．８０Ｄ 即 对边宽度Ｉｓ≥１．５６Ｄ ｍ＞ｍ０ （１３） 最小支承面直径ｄ—ｉ ＝１．５２Ｄ 但是在承受很高静荷载的螺纹连接上，不应当 最大支承面直径ｄ一 ＝１．５６Ｄ 采用直径ｄ和螺距的比值ｄ／ｐ＞１５的螺纹。在采用 螺母高度ｍ＝１．２０Ｄ 细牙螺纹时（ｄ／ｐ＞１５），可能出现链环式剪切现象， 最小搬拧高度ｍ ＝０．７８～０．８２Ｄ 这时螺纹牙一圈跟着一圈地发生破坏，就是把螺母 其它按图３。强 高度取得相当高也不能使螺母达到等强度。普通螺 参考文献 纹的最大螺距为６ ｍｍ，这是大直径螺纹所带来的问 ［１］徐灏．机械设计手册，第３卷［Ｍ］．北京：机械工业出版 题。 社，１９９１． 我们把螺纹承载能力最大时的螺母高度或者旋 ［２］余俊．机械零件［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９８６． 合长度叫做螺母的极限高度或极限旋合长度。这种 ［３］［苏］Ｈ．Ａ．比尔格尔，等．机械零件强度计算手册［Ｍ］． 旋合长度对应于螺纹中发生塑性变形时承受荷载的 北京：机械工业出版社，１９８７． 最大螺圈数，并且主要取决于荷载沿着螺圈的分布 ［４］紧固件连接设计手册编委会．紧固件连接设计手册 特性，螺纹直径和螺距以及螺母直径，即螺母的径向 ［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９０． ［５］程丰渊．锅炉吊杆的强度设计、制造与安装调整［Ｍ］．济 刚度。研究结果表明，当螺母直径Ｄ＝３ｄ时，螺母 南锅炉集团有限公司，２００６． 的极限相对高度（旋合长度）（ｒｅ￣ｄ）＝１．９—１．９５。 ［６］ＧＢ／Ｔ １９７－－２００３普通螺纹公差［Ｓ］． 将螺母直径减小到Ｄ＝２ｄ时，径向变形增大，而且 ［７］ＧＢ／Ｔ １２２９－－１９９１钢结构用高强度大六角螺母［Ｓ］． 极限旋合长度下降到（ｒｅ￣ｄ）＝１．５５～１．６。１型螺 ［８］ＧＢ／Ｔ ３６３２－－１９９５钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副 母、２型螺母和厚螺母的直径与螺纹公称尺寸的比 ［Ｓ］． 《工业 炉》—— 欢迎订阅 欢迎刊登
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