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螺栓疲劳计算的一些问题汇总

作者:天津一诺成科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-09-07 20:19:17 来源:FESIM有限元分析

01

螺栓疲劳强度的影响因素?

影响连接疲劳强度的因素很多,如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能等。

首先,是选择合适的材料及热处理工艺,保证材料的强度和塑性指数达标,材料中没有影响强度的缺陷,比如低倍下晶间缺陷,这是最重要的, 而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。

1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况

工作中螺栓牙要抗拉伸长,螺母牙受压缩短,伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大,应变最大,应力最大,其余各圈(螺距P)依次递减。

a) 悬置螺母——强度↑40%(螺母也受拉,与螺栓变形协调,使载荷分布均匀)

b) 环槽螺母——强度↑30%(螺母接近支承面处受拉)

c) 内斜螺母——强度↑20%(接触圈减少,载荷上移)

d) (b)(c)结合螺母——强度↑40%

e) 不同材料匹配——强度↑40%

2、降低螺栓应力幅

1)降低螺栓刚性

措施:用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接等。

2)增大凸缘刚性

措施:采用高硬度垫片、或直接拧在铸铁

3、减小应力集中

螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。

1)加大过渡处圆角

2)改用退刀槽↑20~40%(螺纹收尾处)

3)卸载槽

4)卸载过渡结构。

4、采用合理的制造工艺

1)用挤压法(滚压法)制造螺栓,疲劳强度↑30~40%

2)冷作硬化,表层有残余应力(压)、氰化、氮化、喷丸等,可提高疲劳强度。

3)热处理后再进行滚压螺纹,效果更佳,强度↑70~100%,此法具有优质、高产、低消耗功能。

4)控制单个螺距误差和螺距累积误差。

02

螺栓疲劳强度降低的原因有哪些?

螺栓连接是机械制造与机械设备安装中广泛应用的一种联接形式。但是,由于人们对于螺栓的疲劳破坏不易发现,又很难预防,多年来,因螺栓的疲劳断裂而造成重大事故在国内处时有发生。因此,对于螺栓的破坏研究也越来越被人们所重视。螺栓疲劳强度降低的原因如下:

(1)车削螺纹时,将毛坯外部质量好的金属车掉,而剩下的质量较差的金属部分作为螺栓杆,没有合理地利用优质金属结晶,使螺纹强度降低。

(2)由于在螺纹根部有很小的加工圆角及较大的应力梯度的存在,造成应力集中现象。

(3)螺纹根部的表面粗糙度值比螺纹斜面部位的表面粗糙值高。

(4)车削螺纹有刀痕互相平行且与螺纹轴线垂直,在刀痕之间存在微观裂纹。由于车削螺栓的螺纹在其根部,同时存在上述影响疲劳强度的因素,若有交变载荷便会首先产生疲劳源,加速螺栓疲劳破坏。

03

为什么增大螺栓长度能增加螺栓的疲劳强度?

只能是针对高强螺栓(预紧螺栓)而言,增加螺栓长度,使螺栓刚度减小,承受工作力时螺栓分担的工作力FSA减小,其承受交变应力减小,疲劳强度相应增加。

04

高强度螺栓和普通螺栓连接受力的区别是什么?

高强度螺栓和普通螺栓连接受力没有什么区别,都主要是拉伸力。而钢结构螺栓和扭剪型螺栓和普通螺栓受力有所区别,钢结构螺栓和扭剪型螺栓,除了受拉伸力外,还受剪切力。

05

高强度螺栓分为几类?各有什么优缺点?

当高强度螺栓承受剪力时,按照设计和受力要求的不同,可分为摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓两种。摩擦型高强度螺栓连接由于始终保持板件接触面间摩擦力不被克服和不发生相对滑移,因而其整体性和刚度好,变形小,受力可靠,耐疲劳。主要用于直接承受动力荷载结构的安装连接、以及构件现场拼接和高空安装连接的一些部位。承压型高强度螺栓连接在承受剪力时,利用了摩擦力克服后继续增长的连接承载力,所以其设计承载力高于摩擦型螺栓,因而螺栓的总用量也可以节省;但摩擦型高强度螺栓连接相比,其整体性和刚度差,变形大,动力性能差,实际强度储备小;只用于承受静力或间接动力荷载结构中允许发生一定滑移变形的连接。高强度螺栓连接的缺点是在材料、扳手、制造和安装等方面有一些特殊技术要求,价格也较贵。

06

高强度螺栓是指强度在多少以上的?

8.8级就已经是高强度螺栓了。目前,我国采用8.8S和10.9S两种强度的性能等级高强度螺栓。小数点前的数字8或10表示螺栓经热处理后的最低抗拉强度“100Mpa"的近似值。二者的实际抗拉强度分别为830Mpa——1030Mpa和1040Mpa——1240Mpa;小数点后面的0.8或0.9表示螺栓经而处理的屈服比 (即螺栓的条件屈服抗拉强度与最低抗拉强度的比值)S表示螺栓,H表示螺母,螺母分为8H和10H两级。


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