1、Duracon 螺纹的计算Duracon 螺纹的计算：公制粗牙螺纹 平行管螺纹可用紧固扭矩来计算公制粗牙螺纹的轴向力和所需螺纹牙数按编号顺序设定项目并点击“轴向力和螺纹牙数的计算”后即可得到结果。用螺纹牙数来计算紧固扭矩时，请访问此处（1）首先选择螺纹公制粗牙螺纹 M3x0.5（2）接着选择摩擦系数摩擦系数（） Duracon 对 Duracon（0.35） Duracon 对金属（0.15） （3）输入螺纹的紧固扭矩紧固扭矩（T Nm） 0.0（4）必要时更改安全率 安全率（f s） 2.0 必要时请更改。啮合效率（f） Duracon 的设计剪切应力（0MPa）52 （5）最后点击下面的“
2、计算”按钮计 算 输入标有的项目并点击计算按钮。Duracon 螺钉1 螺纹机构的设计 2 管螺纹3 通过自攻来组装 4 长期可靠性5 计算示例 附表：自攻螺钉 (JIS B1115)1 螺纹机构的设计就作为 Duracon 成型品的一部分而设计的螺纹机构的强度而言，其最大问题就是组装时的紧固所造成的断裂。断裂形式估计有以下 2 种，而且强度取决于两者中较弱的一方。螺纹牙剪切所引起的断裂螺纹牙底处的轴断裂 1.1 所需的螺纹牙数 1.2 螺纹厚度 1.3 螺纹机构的模具 1.1 所需的螺纹牙数 当给定适合 Duracon 螺纹的紧固扭矩 T 时，承受该扭矩所需的螺纹牙数可按下述方法来计算。不过
3、，一般来说，外螺纹会因剪切面积小而先断裂，因此仅研究这一点就可以了，但如果外螺纹是金属，而内螺纹是 Duracon，则需要研究内螺纹。首先，在紧固扭矩 T 与轴向力 Q 之间（1）式成立。其中T： 紧固扭矩 NmQ： 轴向力 Nd2： 螺纹的中径。参见 表 1-11-5。： 螺纹牙接触面的换算摩擦角（度）： 螺纹牙接触面的摩擦系数同种 Duracon 之间 ：0.35Duracon 对金属：0.15： 螺纹牙角度（度）公制螺纹：60b统一协定螺纹：60b管螺纹：55b： 螺纹牙导程角（度）P： 螺距(mm) 表 1-11-5 参照。dn： 承压面的平均直径（mm） n： 承压面的摩擦系数此外可
4、用下式来简化计算过程：其中即代入后，在一般的六角头螺栓中，如果螺纹外径为 d，则 dnP1.4d，因此 B 则成为 和 n（ 和 n取决于螺纹的种类、大小以及材质组合）的函数。 表 1-1 1-5 给出了与主螺纹对应的 B 的值。一般情况下，d n的计算例如图 1-1 所示。此外，如果代入则当 和 n已经确定时，扭矩系数就会大致保持一定，而与螺纹的种类和大小无关。这一点对于估算是很方便的。Duracon 对金属( nP0.15)扭矩系数P0.2 T0.2Qd/1000Duracon 对 Duracon( n0.35)扭矩系数P0.45 T0.45Qd/1000从（1）式求出 Q 后，如果在金属
5、螺钉用的（2）式中设好 Duracon 用的啮合效率 f 项，则可求出所需的螺纹牙数。其中f： 啮合效率（金属螺钉为 0.8，而 Duracon 螺钉则为 0.5）n： 所需的螺纹牙数d1： 螺纹底径(mm) 参见 表 1-11-5。P： 螺距(mm) 参见 表 1-11-5。： Duracon 的设计剪切应力（MPa）： Duracon 的剪切强度常温下为 52MPa关于温度依存性，请参阅技术系列“Duracon 的设计数据”。fs： 安全率总结以前的各种试验结果后得知，即便是正规尺寸的 Duracon 螺钉，其啮合效率 f的值也比金属螺钉低，因此设计成 f=0.5 较为妥当。通常，就紧固时
6、的螺纹牙强度而言，啮合螺纹牙数通常为 6，超过最大数 8 后，即使再增加啮合螺纹牙数，对提高强度也几乎没有意义，因此如果上述计算结果表明所需的螺纹牙数超过 68，则应更改设计，使用螺纹直径或节距大的螺钉以使啮合螺纹牙数降至 68 以下，从而得到所需的强度。就螺距大的螺钉而言，螺纹牙的高度必然会增高，不易出现剪切面积的减少（这种减少是由存在径向尺寸误差时的旋合高度的减少而引起的）和啮合错位。因此适合于比金属更难获得尺寸精度且刚性较低的塑料成型螺钉。1.1 所需的螺纹牙数 1.2 螺纹厚度 1.3 螺纹机构的模具 1 螺纹机构的设计就作为 Duracon 成型品的一部分而设计的螺纹机构的强度而言，
7、其最大问题就是组装时的紧固所造成的断裂。断裂形式估计有以下 2 种，而且强度取决于两者中较弱的一方。螺纹牙剪切所引起的断裂螺纹牙底处的轴断裂1.1 所需的螺纹牙数 1.2 螺纹厚度 1.3 螺纹机构的模具 1.2 螺纹厚度 当用（1）式中的 Q 表示的简单轴向力作用于外螺纹时，螺纹牙底的轴向拉伸应力则用（3）式来表示。其中： 螺纹牙底的轴向拉伸应力（MPa）d1： 螺纹的牙底直径 mm。参见 表 1-11-5。d0： 螺纹呈管状时的内径 (实心时 d 00)mm但在拧紧螺钉时，除了会产生（3）式中所示的简单拉伸应力 外，还会产生基于（1）式中的的扭转剪切应力，因此需要考虑涉及这一点的等效拉伸应
8、力（ ）。根据最大剪切应变能量理论， 用（5）来表示。但即为了求出 d1和 d0即可。但S： Duracon 的设计拉伸应力（MPa）： Duracon 拉伸强度（常温下为 60MPa）关于温度依存性，请参阅技术系列“Duracon 的设计数据”。fs： 安全系数将（3）、（4）和（6）式代入（5）式后则有换言之，虽说也可用此式来求出 d1和 d0，但计算过程会相当麻烦。因此为实用起见，采用下述计算方法会更加简便。如果是 Duracon 对金属的组合以及实心的公制螺纹，则因此由（3）、（4）和（6）式可知将其代入（5）式后，因此对于与上述例子类似的情况1.3 S代入（3）式即以或求出 d1和
9、d0，将其代入（7）式来验算即可。如果按照同样的方法对其他情况进行计算，则可得出下 表 16 中的结果，并可据此类似地求出 d1或 d0。1 螺纹机构的设计就作为 Duracon 成型品的一部分而设计的螺纹机构的强度而言，其最大问题就是组装时的紧固所造成的断裂。断裂形式估计有以下 2 种，而且强度取决于两者中较弱的一方。螺纹牙剪切所引起的断裂螺纹牙底处的轴断裂 1.1 所需的螺纹牙数 1.2 螺纹厚度 1.3 螺纹机构的模具 1.1 所需的螺纹牙数 当给定适合 Duracon 螺纹的紧固扭矩 T 时，承受该扭矩所需的螺纹牙数可按下述方法来计算。不过，一般来说，外螺纹会因剪切面积小而先断裂，因此
10、仅研究这一点就可以了，但如果外螺纹是金属，而内螺纹是 Duracon，则需要研究内螺纹。首先，在紧固扭矩 T 与轴向力 Q 之间（1）式成立。其中T： 紧固扭矩 NmQ： 轴向力 Nd2： 螺纹的中径。参见 表 1-11-5。： 螺纹牙接触面的换算摩擦角（度）： 螺纹牙接触面的摩擦系数同种 Duracon 之间 ：0.35Duracon 对金属：0.15： 螺纹牙角度（度）公制螺纹：60b统一协定螺纹：60b管螺纹：55b： 螺纹牙导程角（度）P： 螺距(mm) 表 1-11-5 参照。dn： 承压面的平均直径（mm） n： 承压面的摩擦系数此外可用下式来简化计算过程：其中即代入后，在一般的六
11、角头螺栓中，如果螺纹外径为 d，则 dnP1.4d，因此 B 则成为 和 n（ 和 n取决于螺纹的种类、大小以及材质组合）的函数。 表 1-1 1-5 给出了与主螺纹对应的 B 的值。一般情况下，d n的计算例如图 1-1 所示。此外，如果代入则当 和 n已经确定时，扭矩系数就会大致保持一定，而与螺纹的种类和大小无关。这一点对于估算是很方便的。Duracon 对金属( nP0.15)扭矩系数P0.2 T0.2Qd/1000Duracon 对 Duracon( n0.35)扭矩系数P0.45 T0.45Qd/1000从（1）式求出 Q 后，如果在金属螺钉用的（2）式中设好 Duracon 用的啮
12、合效率 f 项，则可求出所需的螺纹牙数。其中f： 啮合效率（金属螺钉为 0.8，而 Duracon 螺钉则为 0.5）n： 所需的螺纹牙数d1： 螺纹底径(mm) 参见 表 1-11-5。P： 螺距(mm) 参见 表 1-11-5。： Duracon 的设计剪切应力（MPa）： Duracon 的剪切强度常温下为 52MPa关于温度依存性，请参阅技术系列“Duracon 的设计数据”。fs： 安全率总结以前的各种试验结果后得知，即便是正规尺寸的 Duracon 螺钉，其啮合效率 f的值也比金属螺钉低，因此设计成 f=0.5 较为妥当。通常，就紧固时的螺纹牙强度而言，啮合螺纹牙数通常为 6，超过
13、最大数 8 后，即使再增加啮合螺纹牙数，对提高强度也几乎没有意义，因此如果上述计算结果表明所需的螺纹牙数超过 68，则应更改设计，使用螺纹直径或节距大的螺钉以使啮合螺纹牙数降至 68 以下，从而得到所需的强度。就螺距大的螺钉而言，螺纹牙的高度必然会增高，不易出现剪切面积的减少（这种减少是由存在径向尺寸误差时的旋合高度的减少而引起的）和啮合错位。因此适合于比金属更难获得尺寸精度且刚性较低的塑料成型螺钉。1.1 所需的螺纹牙数 1.2 螺纹厚度 1.3 螺纹机构的模具 1 螺纹机构的设计就作为 Duracon 成型品的一部分而设计的螺纹机构的强度而言，其最大问题就是组装时的紧固所造成的断裂。断裂形
14、式估计有以下 2 种，而且强度取决于两者中较弱的一方。螺纹牙剪切所引起的断裂螺纹牙底处的轴断裂1.1 所需的螺纹牙数 1.2 螺纹厚度 1.3 螺纹机构的模具 1.3 螺纹机构的模具1.3.1 成型收缩率 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 1.3.1 成型收缩率 由于 Duracon 是结晶性塑料，用注射成型法成型时会出现相当大的成型收缩率（通常为 2%左右），因此与正规规格相同的 Duracon 螺纹机构成型时所用的模腔需要做得稍许大些（2%左右）。使成型后的 Duracon 螺钉具有正规尺寸这一点对于金属对象螺钉尤其重要。制作模腔时应预见到径向以及螺距方面的成型收缩，否则结合强度会降低
15、（参见 图 1-2）。1.3.1 成型收缩率 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 引起 Duracon 螺钉强度降低的主要因素是螺纹牙底及螺栓头根部的缺口效应，即应力集中的问题。做好 Duracon 螺钉的模具后，模具的螺纹与成型品的外螺纹和内螺纹正好相反，因此成型品的牙底比切削螺纹还锐利。为了解决这一问题，应将模具的螺纹部分的螺纹牙取圆，并增大成型品螺纹牙底的曲率。 图 1-3 给出了螺纹中存在强度问题因而需要取圆的部位。如 图 1-3 所示，需要取圆的部位不仅包括牙底和螺栓头根部的转角，而且还包括因螺纹中必然存在不完整的牙而出现的 A 和 B 这样的
16、锐角。Duracon 螺钉的断裂情况表明，A 部分及 C 部分的断裂最多。C 部分可通过上述方法取圆，而 A 和 B 部分则必须在完成模具的螺纹切割后才能取圆。图 1-4 给出了拉伸试验中缺口部分的 R 的影响，而 表 1-7 则给出了扭转试验中缺口的影响。从 图 1-4 及 表 1-7 可以推断，缺口对伸长度和断裂应变能量的影响比对强度的影响更显著，因此会对组装时的冲击断裂、长期使用时的蠕变断裂等带来很大影响。由于在实际的螺纹机构中很难定量地推断应该在多大程度上取圆，因此在各种螺纹形状中应尽可能大地取圆。浇口处和熔合处的伸长度和冲击强度也会降低，因此需要在浇口的种类和位置上下工夫以免浇口和熔
17、合纹残留在成型品上，或者根据情况使这些缺陷转移到强度上不存在问题的部位。此外还应选择适当的成型条件以便能够最大限度地阻止浇口处和熔合处的伸长度及冲击强度的降低。此外，如 图 1-5 所示，在成型品末端设置平面部分而不要把螺纹牙延长到成型品末端（即螺纹牙的切制）也是值得注意的重要事项。1.3.1 成型收缩率 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 .3 螺纹机构的模具1.3.1 成型收缩率 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 1.3.1 成型收缩率 由于 Duracon 是结晶性塑料，用注射成型法成型时会出现相当大的成型收缩率（通常为 2%左右），因此与正规规格相同的 Duracon 螺纹机构成
18、型时所用的模腔需要做得稍许大些（2%左右）。使成型后的 Duracon 螺钉具有正规尺寸这一点对于金属对象螺钉尤其重要。制作模腔时应预见到径向以及螺距方面的成型收缩，否则结合强度会降低（参见 图 1-2）。1.3.1 成型收缩率 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 1.3.2 螺钉模具制作上的注意事项 引起 Duracon 螺钉强度降低的主要因素是螺纹牙底及螺栓头根部的缺口效应，即应力集中的问题。做好 Duracon 螺钉的模具后，模具的螺纹与成型品的外螺纹和内螺纹正好相反，因此成型品的牙底比切削螺纹还锐利。为了解决这一问题，应将模具的螺纹部分的螺纹牙取圆，并增大成型品螺纹牙底的曲率。 图
19、1-3 给出了螺纹中存在强度问题因而需要取圆的部位。如 图 1-3 所示，需要取圆的部位不仅包括牙底和螺栓头根部的转角，而且还包括因螺纹中必然存在不完整的牙而出现的 A 和 B 这样的锐角。Duracon 螺钉的断裂情况表明，A 部分及 C 部分的断裂最多。C 部分可通过上述方法取圆，而 A 和 B 部分则必须在完成模具的螺纹切割后才能取圆。图 1-4 给出了拉伸试验中缺口部分的 R 的影响，而 表 1-7 则给出了扭转试验中缺口的影响。从 图 1-4 及 表 1-7 可以推断，缺口对伸长度和断裂应变能量的影响比对强度的影响更显著，因此会对组装时的冲击断裂、长期使用时的蠕变断裂等带来很大影响。由于在实际的螺纹机构中很难定量地推断应该在多大程度上取圆，因此在各种螺纹形状中应尽可能大地取圆。浇口处和熔合处的伸长度和冲击强度也会降低，因此需要在浇口的种类和位置上下工夫以免浇口和熔合纹残留在成型品上，或者根据情况使这些缺陷转移到强度上不存在问题的部位。此外还应选择适当的成型条件以便能够最大限度地阻止浇口处和熔合处的伸长度及冲击强度的降低。此外，如 图 1-5 所示，在成型品末端设置平面部分而不要把螺纹牙延长到成型品末端（即螺纹牙的切制）也是值得注意的重要事项。
