[0001] 本发明属于机械设计与加工领域，具体涉及一种螺牙均载螺母。

[0002] 承受轴向重载的螺纹副机构广泛应运于重型机械设备当中，并且大多数工作在循环重载环境中。在工作过程中，由于螺母与螺丝的刚度及变形方式不同，普遍存在螺纹牙间承载不均匀、螺纹牙根部应力集中较大等问题，导致螺纹啮合部受力不均，产生裂纹，甚至裂纹不断扩展进而引起失稳断裂，缩短螺纹副的使用寿命。对于重型机械而言，考虑受轴向载荷的螺纹副的不同受力与失效形式，通常采用两种不同的材料分别制造螺母与螺丝。螺母一般要求耐磨耐蚀及很高的力学性能，常采用高强度铜合金，如ZCuZn25Al6Fe3Mn3铜合金。螺丝一般采用合金钢,如40Cr合金钢等。螺母材料的屈服极限低于螺丝材料的屈服极限，造成螺纹副接触时螺牙刚度的不均匀与载荷的分布不均匀，从而加速螺纹的疲劳破坏。

[0003] 图1所示为，轴向载荷P与螺纹副的止推力P’在螺母的同侧，其加载端的前三圈旋合螺牙承受了总载荷的60％～70％，且以旋合第一圈的螺牙所承受的载荷为最大。图2所示为，轴向载荷P与螺纹副的止推力P’在螺母的异侧且螺母双向受压时，螺牙面尤其是螺牙根部接触压力沿螺母高度分布很不均匀，沿着螺母的高度呈现两端大，中间小，整体呈U形的分布趋势，从螺母两端向中间依次非线性递减。

[0004] 本发明的目的是提供一种螺牙均载螺母，可有效地克服现有技术存在的缺点。

[0005] 本发明是这样实现的：如图3所示为轴向载荷P与螺纹副的止推力P’在螺母异侧的螺栓连接形式。图中，1为螺丝，2为螺母，3为螺母止推端，4是螺母的加载端，螺母双向受压。螺母2的结构特征是：保持螺母的螺纹高度H0不变，将螺母2止推端的螺母基体增高H’，在螺母基体增高部分的内侧设制成内倒角θ1，内倒角θ1的高度与螺母基体增高H’相同；同时，在螺母的加载端的外侧设制成外倒角θ2，外倒角θ2的高度为H”。设螺母的高度为H，螺母2的螺纹高度为H0；螺母螺牙的螺距为h；螺母基体的外圆直径为D，螺母基体的内圆直径为d。螺母结构尺寸之间关系是：

[0006] H/D＝0.6～1.5；

[0007] H’＝(1～4)h；

[0008] H”＝(2～7)h；

[0009] θ1＝5°～60°；

[0010] θ2＝20°～50°。

[0011] 本发明所述的螺母结构与连接方式除了图3所示的连接形式外，还包括螺母的止推端作为加载端、螺丝的加载端作为止推端，且螺母双向受压的情况，此时螺母的载荷特性与图3所示的结构的效果相同。

[0012] 本发明的优点和积极效果是：

[0013] (1)本发明所述的螺母在承受止推力时，由于增高了止推端的基体高度，并在其内侧开有内倒角θ1，使靠近螺母止推端的螺牙所承受的轴向载荷会先通过基体增高部分再到达螺牙面，相当于螺母基体增高部分的弹性变形增大了其附近螺牙的应变缓冲量，载荷向螺母中间部位的螺牙转移，提高了螺母在止推端的载荷分布均匀性。同时在螺母的加载端外侧开有外倒角θ2，减薄了螺母的基体壁厚，降低了螺母加载端的刚度，使得螺母基体减薄部分螺牙与螺母基体的轴向压应变量协调一致且变大，使得螺母中间部位的螺牙承受更多的载荷，改善螺母基体减薄部分螺牙根部接触应力分布不均现象。

[0014] (2)通过双向改善作用，使得改进螺母的螺牙面从螺母的两端到中部的接触压力由U型分布变为平缓型分布，螺母的螺牙面整体受力均匀，可提高螺母的疲劳寿命。附图说明

[0015] 图1是轴向载荷与止推力在螺母同侧的受力简图

[0016] 图2是轴向载荷与止推力在螺母异侧的受力简图

[0017] 图3是本发明所述的螺牙均载螺母结构及其连接简图

[0018] 图4是两种压下螺母的螺牙根部的接触应力对比图

[0019] 图中：

[0020] 1——螺丝              2——螺母               3——止推端[0021] 4——加载端            P——轴向载荷           P’——止推力[0022] d——螺母基体内圈直径  D——螺母基体外圈直径   θ1——内倒角[0023] θ2——外倒角          H——螺母高度           H0——螺纹高度[0024] h——螺母螺牙的螺距

[0025] H”——螺母加载端外倒角的高度

[0026] H’——螺母基体的增高，即是螺母止推端内倒角的高度。

[0027] 以承受轴向重载的小型轧机压下螺纹副作为实施例，对普通螺母和本发明螺牙均载螺母分别进行压力试验，螺纹连接形式与图3所示相同，螺母所用材质及结构尺寸如表1、表2所示，轴向载荷P作为轧制力,螺丝1作为轧机压下螺丝，螺母作为轧机压下螺母。在压下螺丝上施加100T的轧制力，通过实验分别测试出本发明所述的螺牙均载螺母与普通螺母的螺牙根部接触应力，如图4所示为两种螺母的载荷分布特性。

[0028] 表1.试验所用压下螺纹副的材料属性

[0029]  材料 弹性模量 泊松比 屈服强度
压下螺母 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 110Gpa 0.3 380Mpa
压下螺丝 42CrMo 212Gpa 0.3 930Mpa

[0030] 表2.试验螺母结构尺寸

[0031]

[0032] 表2中螺牙均载螺母为标出的尺寸与普通螺母相同

[0033] 图4所示是以压下螺母与压下螺丝的螺牙啮合扣数T为横坐标，压下螺母牙根接触应力Q为纵坐标，绘出两种压下螺母螺牙根部的接触应力对比图，可以看出：

[0034] 本发明所述的螺牙均载螺母两端螺牙根部的最大接触应力均小于普通压下螺母螺牙根部的最大接触应力；同时螺母中间部分螺牙根部的接触应力大于普通螺母中间部分螺牙根部的接触应力，螺牙均载螺母螺牙接触应力分布均匀性明显优于普通螺母螺牙根部的接触应力。