如何提高螺栓連接的強度?

孫輝
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大多數情況下,受拉螺栓聯接的強度決定于螺栓的強度。影響螺栓強度的因素很多,有材料、結構、尺寸參數、制造和裝配工藝等等。

下面介紹一些提高螺栓強度的措施。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

01 改善螺紋牙間的載荷分布文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

采用普通螺母時,軸向載荷在旋合螺紋各圈間的分布是不均勻的,如圖1(a)所示,從螺母支承面算起,第一圈受載最大,以后各圈遞減。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

理論分析和試驗證明,旋合圈數越多,載荷分布不均的程度也越顯著,到第 8~10 圈以后,螺紋幾乎不受載荷。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

所以,采用圈數多的厚螺母,并不能提高聯接強度。若采用圖1(b) 的懸置(受拉)螺母,則螺母錐形懸置段與螺栓桿均為拉伸變形,有助于減少螺母與栓桿的螺矩變化差,從而使載荷分布比較均勻。圖 1(c)為環槽螺母,其作用和懸置螺母相似。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

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圖1文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

02 避免或減小附加應力文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

由于設計、制造或安裝上的疏忽,有可能使螺栓受到附加彎曲應力(圖 2), 這對螺栓疲勞強度的影響很大,應設法避免。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

例如,在鑄件或鍛件等未加工表面上安裝螺栓時,常采用凸臺或沉頭座等結構,經切削加工后可獲得平整的支承面(圖 3)。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411408.html

圖2

圖3

03 減小應力集中

螺紋的牙根、螺栓頭部與栓桿交接處,都有應力集中,是產生斷裂的危險部位。其中螺紋牙根的應力集中對螺栓的疲勞強度影響很大。

可采取增大螺紋牙根的圓角半徑、在螺栓頭過渡部分加大圓角(圖 4a)或切制卸載槽(圖 4b、4c)等措施來減小應力集中。

圖4

04 減小應力幅

螺栓的最大應力一定時,應力幅越小,疲勞強度越高。在工作載荷和剩余預緊力不變的情況下,減小螺栓剛度或增大被聯接件的剛度都能達到減小應力幅的目的(見圖 5),但預緊力則應增大。

圖 5

減小螺栓剛度的措施有:適當增大螺栓的長度;部分減小栓桿直徑或作成中空的結構即柔性螺栓。在螺母下面安裝彈性元件(圖 6),也能起到柔性螺栓的效果。柔性螺栓受力時變形量大,吸收能量作用強,也適于承受沖擊和振動。

圖 6

為了增大被聯接系統的剛度,不宜用剛度小的墊片。圖7 所示的密封連接以用密封圈為佳。

圖 7

05 改善制造工藝

制造工藝對螺栓的疲勞強度有很大影響。對于高強度鋼制螺栓,更為顯著。采用輾制螺紋時,由于冷作硬化的作用,表層有殘余壓應力,金屬流線合理,螺栓疲勞強度比車削的高。碳氮共滲、氮化、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強度。

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