01
螺纹承载分析
螺丝君参考了某螺牙承载力测试试验，了解到螺纹连接拧紧后，每一个颗牙的承载都是不一样的，第一颗牙承受了最多的载荷，之后按照螺牙顺序依次降低。
如下表所示：第 1 颗螺牙承载的轴向力的比例最高，达到34%，按照螺牙顺序依次降低；第 6 颗螺牙的承载比例仅为9%，第 7 颗螺纹后，几乎不承受载荷。
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设计对比试验，将铝合金内螺纹，分别吃牙3颗、5颗、7颗。测试螺纹连接在这三种状态下的螺纹承载比例，测试结果如下图所示。
当螺纹吃牙为 3 颗时，第 1 颗牙的载荷分布约45%，高于螺纹吃牙为 5 颗和 7 颗载荷比例约38%。
当螺纹吃牙为 3 颗时，第 3 颗牙的载荷分布约25%，高于螺纹吃牙为 5 颗的载荷比例17%和螺纹吃牙为 7 颗的载荷比例15%。
总体来说：螺纹吃牙颗数越多，前几颗螺纹的承载比例越小。
02
螺纹吃牙颗数建议
通过以上的实验分析，每个螺纹的承受载荷是完全不一样的。
那么，应该如何设计吃牙颗数呢？螺丝君认为：在保证螺纹拧紧不产生滑牙失效的基础上，吃牙颗数相对越少越好。
而是否会产生滑牙失效的主要影响因素，是轴力和扭矩大小，因此，我们可以从两种拧紧方法来进行考虑，一是扭矩法，二是过屈服拧紧法，通常是角度法。
1）扭矩法
扭矩法拧紧一般不过屈服，螺栓的利用率最高也只能达到70-90%，最终的轴力和扭矩相对过屈服拧紧法较低。
因此，结合上面的试验分析，建议最少的吃牙颗数不低于 5 颗，如果仅 3-4 颗牙时，首颗螺纹承受载荷较大，螺纹易屈服或损伤，进而导致轴里衰减较高，设计余量不够。
通常来说，扭矩法拧紧吃牙颗数建议不超过 10 颗，颗数越多，不仅增加成本、影响拧紧节拍，而且易出现拧紧异常（吃牙数量越多，对螺牙精度和一致性要求也越高）。
综合以上分析，扭矩法拧紧的吃牙颗数在 7-9 颗最合适。
2）过屈服法拧紧
过屈服法拧紧的螺栓利用率达到100%，轴力和扭矩相对较高，此时铝合金内螺纹吃牙颗数设计为7-9颗可能是不够的。
过屈服法拧紧的位置一般较重要，拧紧时产生内螺纹滑牙会增加返工和维修难度。
因此，设计上要保证即使将连接副拧至失效，失效形式应为螺栓断裂，而不是内螺纹滑牙。
需要注意的是，当拧紧载荷较大时，承载最大的第一颗牙会产生塑性变形，这会增加后面的螺牙承载。
因此，在过载拧紧时，啮合长度增加，吃牙颗数越多，内螺纹越不容易出现滑牙。
此时，可以参考VDI2230计算出的螺纹不产生滑牙的最小啮合长度。
下表，给出了常用配合情况下的啮合长度。
铝镁铸造合金的啮合长度要远高于钢和铁材料的啮合长度；连接的螺栓强度越高，啮合长度则越长，如10.9级螺栓的啮合长度是2.5d，而8.8级螺栓的啮合长度是2d。连接件材料强度越低，啮合长度则越长。
举个例子：M6*1 8.8级的螺栓配合布氏硬度为80的内螺纹，按照上表最小啮合长度应为12mm，螺纹螺距是1mm，则吃牙颗数最少为12/1=12颗，可以发现过屈服拧紧的吃牙颗数，多于扭矩法拧紧的7-9颗牙。
因为VDI2230计算出的吃牙颗数能保证拧至失效，螺纹不会滑牙。而扭矩法拧紧的7-9颗牙，拧至失效则不一定能保证螺纹不滑牙。
03试验验证
前面，介绍了扭矩法拧紧和过屈服法拧紧的理论推荐吃牙颗数。
那么，设计的吃牙颗数能满足特定零件的要求吗？还需要结合实际零件进行试验验证。
这里，螺丝君给各位老铁介绍通过重复拧紧法进行验证，具体操作如下：
1）调研连接位置的使用需求，了解该位置后续可能会重复拆装的次数。
2）了解该位置的拧紧工艺，如扭矩法20Nm，如过屈服角度法100Nm+90°。
3）在拧紧工艺的基础上，增加15%的安全余量。扭矩法20Nm，则试验拧紧至23Nm；过屈服角度法100Nm+90°，则试验拧紧至115Nm+105°。
4）按照第三步的拧紧工艺和第一步设定的拧紧次数（通常不超过10次），进行重复拧紧。
5）如果是拧紧工艺是过屈服法拧紧，最后一次可拧至失效。
当拧紧过程中出现螺纹滑牙和损伤，过屈服法拧紧拧至失效时，螺纹滑牙，则说明吃牙颗数不够，可适当增加吃牙颗数后，按照上面步骤再次进行试验。
如拧紧过程中未产生滑牙和损伤，过屈服法拧紧拧至失效时，螺栓断裂，则说明吃牙颗数满足使用要求。
04螺丝君经验与总结
1）螺纹连接副拧紧后，第一颗牙承受载荷比例最大，之后按照螺牙顺序依次降低。
扭矩法拧紧的推荐吃牙齿颗数为7-9颗；过屈服法拧紧的推荐的啮合长度为2d(8.8级螺栓)，2.5d(10.9级螺栓)。
2）通过重复拧紧试验，可验证设计的吃牙颗数是否会产生滑牙失效？
重复拧紧的次数可参考连接位置的使用需求，拧紧的扭矩和角度，可在设计的拧紧工艺基础上增加15%比例，过屈服法拧紧，需进行过载试验，验证螺纹是否会滑牙。
文章摘自 螺丝君
