如何提高螺栓连接的强度?

如何提高螺栓连接的强度?我们从以下五点来实现。




01 改善螺纹牙间的载荷分布

采用普通螺母时,轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的,如图1(a)所示,从螺母支承面算起,第一圈受载最大,以后各圈递减。


理论分析和试验证明,旋合圈数越多,载荷分布不均的程度也越显著,到第 8~10 圈以后,螺纹几乎不受载荷。


所以,采用圈数多的厚螺母,并不能提高联接强度。若采用图1(b) 的悬置(受拉)螺母,则螺母锥形悬置段与螺栓杆均为拉伸变形,有助于减少螺母与栓杆的螺矩变化差,从而使载荷分布比较均匀。图 1(c)为环槽螺母,其作用和悬置螺母相似。

如何提高螺栓连接的强度?

图1


02 避免或减小附加应力


由于设计、制造或安装上的疏忽,有可能使螺栓受到附加弯曲应力(图2), 这对螺栓疲劳强度的影响很大,应设法避免。


例如,在铸件或锻件等未加工表面上安装螺栓时,常采用凸台或沉头座等结构,经切削加工后可获得平整的支承面(图3)。

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图2

如何提高螺栓连接的强度?

图3


03 减小应力集中


螺纹的牙根、螺栓头部与栓杆交接处,都有应力集中,是产生断裂的危险部位。其中螺纹牙根的应力集中对螺栓的疲劳强度影响很大。


可采取增大螺纹牙根的圆角半径、在螺栓头过渡部分加大圆角(图 4(a))或切制卸载槽(图 4(b)、4(c))等措施来减小应力集中。

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图4


04 减小应力幅


螺栓的最大应力一定时,应力幅越小,疲劳强度越高。在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下,减小螺栓刚度或增大被联接件的刚度都能达到减小应力幅的目的(见图 5),但预紧力则应增大。

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图 5


减小螺栓刚度的措施有:适当增大螺栓的长度;部分减小栓杆直径或作成中空的结构即柔性螺栓。在螺母下面安装弹性元件(图 6),也能起到柔性螺栓的效果。柔性螺栓受力时变形量大,吸收能量作用强,也适于承受冲击和振动。

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图 6


为了增大被联接系统的刚度,不宜用刚度小的垫片。图7 所示的密封连接以用密封圈为佳。

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图 7


05 改善制造工艺


制造工艺对螺栓的疲劳强度有很大影响。对于高强度钢制螺栓,更为显著。采用輾制螺纹时,由于冷作硬化的作用,表层有残余压应力,金属流线合理,螺栓疲劳强度比车削的高。碳氮共渗、氮化、喷丸处理都能提高螺栓疲劳强度。


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