JPH0221012A - 疲労特性に優れた段付ねじ - Google Patents

疲労特性に優れた段付ねじ

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JPH0221012A
JPH0221012A JP1050050A JP5005089A JPH0221012A JP H0221012 A JPH0221012 A JP H0221012A JP 1050050 A JP1050050 A JP 1050050A JP 5005089 A JP5005089 A JP 5005089A JP H0221012 A JPH0221012 A JP H0221012A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、アキュムレータやシリンダ等の荷重変動の
激しいところに使用される繰り返し引張力を受けるねじ
関するもので、更にのべると疲労寿命の長い段付ねじに
関するものである。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題例えば、流
体機器としてのアキュムレータは、容器本体の内部をブ
ラダにより気体室と液体室に仕切り、その両端部を側板
で閉鎖すると共に液体回路の液圧変動に応じてブラダを
伸縮させ、脈動吸収作用やショックアブソーバ作用等を
行わしめているが、この容器本体と側板との固定手段と
して平行ねじが用いられている。
ところで、アキュムレータ内の圧力が上昇し側板が外方
に押圧されると、ねじには軸方向及び周方向の荷重、所
謂変動荷重が0から最大荷重の範囲にわたり繰り返し加
わるが、この荷重は、各ねじ山が均一に分担するもので
はなく引張力方向に大きく偏る。
そのため、大きな引張荷重を受けるめねし先端部の谷底
に応力集中が生じ、そこから破壊してし戚う。
そこで、この問題を解決するために、既に特許されてい
る「先細状のおねじを用いた疲れ特性のすぐれたネジ継
手」 (米国特許41119975号、日本国特公昭5
6−53651号参照)を利用することが考えられる。
本発明者は、第8図に示す様に容器本体1のめねじ2と
側板3のおねじ4とを60度三角ねじM2O3,8X2
で形成し、このおねじ4を前記特許に従い、ねじ山m7
〜mlの山高さhを漸減せしめた試験用アキュムレータ
を製作すると共に、前記三角ねじを標準状態で用いた従
来型アキュムレータを製作し、そして、シール径d=1
04mm、内圧p =0〜318 kg/cm21周波
数2.5H2の条件下で各アキュムレータの各ねじ山の
荷重分担率や疲労寿命を調査した。
その結果、荷重分担率は、試験用アキュムレータの方が
、従来型アキュムレータより平均化していたが、疲労寿
命は、試験用アキュムレータの方が従来型アキュムレー
タより短かった。
因に、荷重分担率が最も大きいねし山は、試験用アキュ
ムレータでは、先端部2mから2番目のねじ山m2で、
その串は、18.5%、従来型アキュムレータでは、先
端部から1番目のねじ出で、その率は、21%であり、
又、疲労寿命は、従来型アキュムレータでは560.0
00回、試験用アキュムレータでは、380.000回
であった。
ねじ山の荷重分担率が低下すると、ねじ疲労寿命が伸び
るのが通常であるが、上記試験用アキュムレータでは、
これに反し、疲労寿命が短かくなったのである。
そこで、その原因を調べたところ、各めねじ谷底fl〜
鳳◎に加わる最大曲げモーメント中、めねじ先端部2e
の2番目のめねじ谷底f2にピーク曲げモーメントが加
わり、曲げモーメントf?@も最大となり、そこから破
壊していることがわかった。 即ち、おねじ4が矢印Y
方向に押圧されると、めねじの各ねじ山fmは、下面に
分担荷重を受ける片持梁の状態となり、めねじ山fmの
山高さfhは、曲げモーメントの大きさに影響するスパ
ンとみることができる。
そのため、山高さfhが均一化されている場合には、各
ねじ山の分担荷重が均一化されていないと、分担荷重が
大きいほどピーク曲げモーメントが大きくなり、また、
曲げモーメント振幅も最大となり、破壊しやすくなるの
である。
そこで、従来型アキュムレータと試験用アキュムレータ
のめねじ谷底に生じる単位当たりの最大曲げモーメント
を、荷重分担率と平均接触高さより計算しなところ第4
図に示す通りであった。 この図において、Aは、従来
型アキュムレータ、Bは、試験用アキュムレータを示す
が、試験用アキュムレータBの先端部ねじ2eから2番
目のめねじ谷底f2に13.5kgmm /1111の
単位当たりピーク曲げモーメントPBが生じしかもその
モーメントPBは、従来型アキュムレータAの単位当た
りピーク曲げモーメントPA=11.4kgm■/−よ
り大きく、そのため、曲(デモーメント振幅も大きく、
ねじが疲労破壊し易い事が明らかとなった。
この発明は、上記事情に鑑み、ねじの疲れ特性を向上さ
せてねじの疲労寿命を長くすることを目的とする。
課題を解決するための手段及び作用 この発明は、変動荷重を受ける螺合されたねじにおいて
、引張荷重を受ける側のねじが、該ねじ端部の各ねじ山
頂部接触面を欠如せしめ、その接触高さを他部のそれよ
り低くすることにより、ねじ谷底の単位当たり最大曲モ
ーメントを平均化し、単位当たりピーク曲げモーメント
を大きく低減させると共に曲げモーメント振幅を小さく
して疲労破壊を起こさないようにするものである。
実施例 この発明の実施例を添付図面により説明すると、第2図
は、アキュムレータ(ACC)の縦断面図であり、容器
本体10の内部は、ブラダ11により気体室12と液体
室13に仕切られ、又、この本体10の両端部14.1
5は、側板16.17により閉鎖されている。
この本体10の両端部14.15と側板16.17は、
螺着されているが、そのねじ部Sは、第1図に示すごと
く形成されている。
即ち、容器本体10の端部14の内側には、側板16の
おねじ19と螺合するめねじ20が形成されている。
このめねじ20は、10個のめねじ山FSを備えている
が、各めねじ山の接触高さしは、めねじ山F S 10
からめねじ山FS7までの標準山部50では、標準高さ
で形成してめねじのねじ山FSがおねじのねじ山MSと
接触する部分、所謂、めねじの接触面f?tFW、を同
一にし、またねじ山FS5からねじ山FSIまでの低山
部PLでは、ねじ山を同一高さに山頂切り成形してその
接触高さしを前記ねじ山F S 、、−7より低くして
めねじの接触面積FWを減少させる。
中間山部51のねじ山FS6の山頂部は、標準山部50
のねじ山FSI07の山頂部より低く、かつ、低山部F
Lのねじ山FS、−,の山頂部より高く形成し、該ねじ
山FS6に加わる単位当たり最大曲げモーメントが、標
準山部50のねじ山FSに加わる単位当たり最大曲げモ
ーメントより大きく、かつ、低山部FLのねじ山FS、
−,に加わる単位当たり最大曲げモーメントより小さく
なるようする。
めねじ20は、前述の様に形成されるので、各ねじ山頂
部を結ぶ線は、ねじ山FS、とねじ山FS6との間で山
高さを逓減した段状となり、所謂段付ねじとなるがこの
低山部FLに形成されるねじ山FSの数は次の様にして
決定する。 螺合ねじ山数がNの場合、ねじの引張力側
のX番目のねじ山FSxに作用する荷重Wxは、 Wx
=WXwNx     (1)W:全荷重 WNx:ねじ山FSxに対する荷重分担率であり、この
時のX番目のねじ谷底fxに加わる単位当たりの最大曲
げモーメントMxは、Mx=((DL  Do)+(D
o−D)/2))/2 XWxwNx/ (rxDL)
    (2)DL:めねじ谷径  DO:おねじ外径
D:めねじの内径Di、又は、低山部の内径x で表すことが出来る。
この時、Mx=疲労限度内ねじ谷底単位当たり最大曲げ
モーメントMOとなる様にD=Dxを決めると、ねじ接
触面flF W xは、F W X = (D o −
D X ) X yr / 4  (3)より求め、又
、この接触面fIFWと荷重Wxから単位面積当たりの
接触面圧Pxを求めるとP x = W x / F 
W x     (4)となる。
そこで、まず、(1)式を用いて第1ねじ山FS、に作
用するか荷重W1=WXwN1を求ぬると共に(2)式
を用いてこの時の曲げモーメントMl =((D L 
 Do ) + (Do −D )/ 2))/2 X
WXwNt / (πXDL)  を求める。
この時、単位当たり最大曲げモーメントM。
=単位当たり最大曲げモーメントMとなる様にD=Dx
を求めると共に(3)式を用いてねじ接触面積FW1 
= (D、)−Dx)Xπ/4を求め、更に、(4)式
を用いて接触面圧p、=w。
/FW、を求める。
その結果、Ps<材料引張り強さσBの時には、(1)
式を用いて第2ねじ山FS2に作用する荷重W2=WX
wN2を求めそれを(2)式に代入すると共にDがめね
じ標準内径Diである場合の単位当たり最大曲げモーメ
ントM21と、低山部の内径Dxである場合の単位当た
り最大曲げモーメントM2xとを夫々求める。
そして、単位当たり最大曲げモーメントM2〈単位当た
り最大曲モーメント曲げモーメントM、になる方、例え
ば、単位当たり最大曲げモーメントMixの内径Dxを
採用する。
以下、同様の作業を繰り返し、採用される内径がめねじ
標準内径D1になるまで続ける。
PR〉σSの時には、ねじ山が塑性変形を起こす為、荷
重W1=WXWN1が作用するにもかかわらず、第1ね
じ山FS、は、FW1×σBの荷重しか受けられない。
従って、次のねじ山FS、に加わる荷重W2は、(W−
FW、Xσ、)XW(N−1)1となる。
この時の荷!!W2を(2)式に代入すると共にDが、
めねじ標準内径Diである場合の単位当たり最大曲げモ
ーメントM2 iと、低山部の内径Dxである場合の単
位当たり最大曲げモーメントM2xとを夫々求め、その
後、前記と同様の処理を行い、低山部のねじ山数を決定
する。
めねじ谷底f1〜flOは、円弧状に形成され、その半
径frは、ピッチの0.1〜0.16倍の大きさである
おねじ19の各ねじ山高さmhは、標準高さに形成され
ている。
なお、25は、必要以上のねじ込みを防止するためのス
トッパ、Cは、中心線である。
次に、この実施例の作動について説明する。
液圧回路30の液圧が変動し、給排口23からアキュム
レータ(ACC)内に液体が圧入されるとプラダ11が
圧縮され気体室12内の圧力が上昇して側板16を矢印
A2方向に押圧する。
そのため、おねじ19も同方向に押されるので、これと
螺合しているめねじ20にも荷重が加わるため、各ねじ
山FSI  10には、分担荷重W、 −、oがかかる
しかし、この分担荷重が、大きすぎると、そのねじ山F
Sが弾性限度内変形と塑性変形を起こし、塑性変形を起
こした方のねじのピッチが変化するが、各ねじ山FSの
現実に受は止める荷重は、弾性限度内変形の力の範囲分
だけである。
この力の量は、めねじの接触面1’iFWの大きさによ
り規制されているが、この接触面IFWは、ねじ山FS
の接触高さしが高い程大きくなるのでねじ山F’5to
−sに比べ低山部FLのねじ山FS、−tの接触面積F
Wは小さくなる。
又、各めねじ山FSIOIの接触高さしは、各ねじ谷底
f 10−1に生ずる単位当たり最大曲げモーメントも
略々均等となるような高さにしである。
従って、めねじ先端部20Eのねじ谷底に生ずる単位当
たりのピーク曲げモーメントPC及び曲げモーメント振
幅は、従来型アキュムレータのめねじより大きく低減さ
れるので、疲労寿命を長くすることが出来る。
因に、本発明によるねじを用いたアキュムレータを製作
し、前記実験と同じ条件下でめねじ谷底fl −1゜に
生じる単位当たり最大曲げモーメントとねじの疲労寿命
を調査したところ、単位当たり最大曲げモーメントは、
第4図の曲線Cに示す通りとなり、その単位当たりピー
ク曲げモーメントpcは4.7 Kg、m+a/mmと
り、 また、疲労寿命は、10,000.000回以上
であり、従来型アキュムレータの20倍以上となった。
この発明は、三角ねじに限らず、角ねじ、丸ねじ、台形
ねじ等にも、また、シリンダ等の容器の同一箇所にも利
用できることは言うまでもない。
また、ねじの両端部に引張荷重が加わるときには、第3
図に示すように、めねじ20の一端部20Eのねじ山F
 S 、−、を同一高さに山頂切り整形して低山部PL
を形成し、該めねじ20の接触高さを段状にすると共に
おねじ19の端部即ち、めねじ20の他端部に対向する
側の端部のねじ山M S 、o−8を同一高さに山頂切
り整形して低山部MLを形成し、該おねじ19を段状に
形成しても良い。
また、ねじを山頂切り整形して接触高さを低くする代わ
りに、第5図に示すように、めねじ山FSの山頂部接触
面を削り、めねじ接触高さしを低くしても良い。
第6図に示すように、めねじ20のめねじ山F’s、o
−、迄を標準高さにして標準山部50とし、めねじ山F
!i、 +tまでを同一高さに山頂ぎり整形して低山1
gFLとし、また、めねじ山FS6−4までを中間山部
5Iとしても良い。
この中間山部51の各めねじ山頂は、めねじ山FS7の
山頂とめねじ山FS3の山頂とを結ぶ斜線hI上に位置
する。
また、第7図に示すように標準山部50の各めねじ山F
 S 、o〜FS、のめねじ山頂を結ぶ線50aと中間
山部51の各めねじ山FS7〜FS4のめねじ山頂を結
ぶ線51aとの交点XIを、めねじ20側に中心OPを
有する半径ROの円の接線1.上に位置せしめ、また、
低山部FLの各めねじ山FS、〜FS、のめねじ山頂を
結ぶ線FLaと中間山部51の各めねじ山FS、〜F 
S 4のめねじ山頂を結ぶ線51aとの交点X2を、お
ねじ20側に中心Omを有する半径R1の円の接線t2
上に位置せしめてもよい。
この時、線50aと線51aと線FLaとを結ぶ線は、
めねじ先端部20Eに向がって次第に線50aの延長線
50bから離間する曲線となる。
なお、前記各実施例では、めねじに引っ張り荷重がかか
る場合について説明したが、これとは逆におねじに引っ
張り荷重が加わるときは、おねじを前記のように形成す
れば良いことは勿論である。
発明の効果 この発明に係る段付ねじは、以上のように構成したので
、各ねじ山に係る分担?f重が平均化するため、ねじ谷
底に発生ずる単位当たりのピーク曲げモーメントもほぼ
等しくなる。
そのため、疲労特性の優れた段付ねじどなる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第7図は、この発明実施例を示す図で、第1図
は第2図の要部拡大図、第2図は、アキュムレータの縦
断面図、第3図及び第5図〜7図は5夫々池の実施例を
示す拡大断面図で第1図に相当する図、第4図は各ねじ
谷底と単位当たり最大曲げモーメントの関係を示す図、
第8図は、従来例を示す縦断面図である。 19 ・・・・・・ おねじ 20 ・・・・・・ おねじ FW  ・・・・・・ 接触面積 L  ・・・・・・ 接触高さ 第1図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)変動荷重を受ける螺合されたねじにおいて、引張
    荷重を受ける側のねじが、単位当たりピーク曲げモーメ
    ントを減少させるため、該ねじ端部の各ねじ山頂部接触
    面を欠如しておりその接触高さが他部のそれより低いこ
    とを特徴とする疲労特性の優れた段付ねじ。
  2. (2)変動荷重を受ける螺合されたねじにおいて、引張
    荷重を受ける側のねじが、単位当たりピーク曲げモーメ
    ントを減少させるため、一端から他端に向かって順次連
    続する低山部と中間山部と標準山部とを備えていること
    を特徴とする疲労特性の優れた段付ねじ。
  3. (3)低山部と中間山部とが、ねじ山の山頂切により接
    触高さが調整されていることを特徴とする請求項第2記
    載の疲労特性の優れた段付ねじ。
  4. (4)低山部と中間山部のねじ山が、各ねじ山の山頂部
    の接触面を切削することにより接触高さが調整されてい
    ることを特徴とする請求項第2記載の疲労特性の優れた
    段付ねじ。
  5. (5)中間山部のねじ山の接触高さが、標準山部の接触
    高さより低く、かつ、低山部の接触高さより高いことを
    特徴とする請求項第2記載の疲労特性の優れた段付ねじ
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