高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力及疲勞壽命

1、第19卷第3期文章編號1003-4684(2004)0620135203高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力及疲勞壽命朱若燕,李厚民(湖北工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,湖北武漢430068)摘要分析了工程上常用的高強(qiáng)度螺栓的疲勞壽命與施加的預(yù)緊力之間的關(guān)系,找出施加預(yù)緊力的最佳范圍.關(guān)鍵詞高強(qiáng)螺栓;聯(lián)接件;預(yù)緊力;疲勞壽命中圖分類號TH114文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A高強(qiáng)度螺栓是指強(qiáng)度較高使機(jī)械或構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)能減小或簡化的螺栓,其抗拉強(qiáng)度一般在700MPa以上.有時也將抗拉強(qiáng)度達(dá)到900MPa的才稱fZ,Z見圖2(b).為高強(qiáng)度螺栓.由于高強(qiáng)度螺栓能大量生產(chǎn),定,有足夠的強(qiáng)度和韌性,上較為合理,所以,.螺栓及其所受的,預(yù)定的功能并

2、承受工作載荷.螺栓聯(lián)接在裝配時都必須擰緊,并施加預(yù)緊力.預(yù)緊的目的在于增加聯(lián)接的可靠性和緊密性.在軸承蓋的聯(lián)接中,若承受往復(fù)活塞發(fā)動機(jī)的振動,這種螺栓的預(yù)緊力必須調(diào)整得更高,以保證在其內(nèi)力作用下不會出現(xiàn)結(jié)合面單側(cè)分離或打滑,這兩種都會由于螺栓聯(lián)接的自動卸開或疲勞失效而引起破壞.所以預(yù)緊力施加的范圍會直接影響到螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度和壽命,本文就分析預(yù)緊力與強(qiáng)度的關(guān)系,進(jìn)而找出能夠提高高強(qiáng)度螺栓疲勞壽命的最佳預(yù)緊力范圍2.1預(yù)緊力計算1.1受力分析在圖1所示的裝配過程中,螺栓受預(yù)緊力FM后發(fā)生彈性伸長fSM,同時被夾緊零件壓緊在一起,壓縮變形fPM,如圖2(a)完成裝配后,由于被聯(lián)接件的粗糙表面出現(xiàn)嵌入

3、現(xiàn)象(尤其是在交變載荷作用下),彈性伸長變量fSM+fPM減少了一個嵌入量在擰緊的過程中,承受的初始預(yù)緊力FM取決于擰緊方法和條件,分散值在FMmin和FMmax之間,如圖2(c)所示.收稿日期2004-03-01作者簡介朱若燕(1956-),女,江西泰和人,湖北工學(xué)院副教授,研究方向:疲勞強(qiáng)度.136湖北工學(xué)院學(xué)報2004年第3期A=FMmax/FMmin.式中A為分散因素的測量值是擰緊系數(shù).(1)2預(yù)緊力與壽命的關(guān)系如圖4所示,如果FA是隨時間而變的交變載荷,并且改變量在上極限值FAO、下極限值FAU之間變化,那么可求得螺栓中力的振幅(FAO-FAU)/2,FSAm=±并且伴隨的

4、平均力為FSM=FV+(FAO-FAU)/2.如果是用FMmin夾緊某一連接件,并且由于出現(xiàn)嵌入情況而發(fā)生FMmin減少了FZ,在最壞的情況下,有效夾緊力.所以,螺栓的最大強(qiáng)度又可以表達(dá)為FSmax=FV+FSA.因?yàn)榘凑樟SA和螺紋的螺栓心部截面積AS計算而得的螺栓可連續(xù)承受的應(yīng)力幅是最小的,所以必.因?yàn)镕SA=FA()FA=F,所以FA.FSA)FA.FKR=FV-FPA=FV-(1-在螺栓連接設(shè)計方法中,剩余預(yù)緊力FKR至少要保證螺栓連接所需要夾緊力FKerf,因此FKRFKerf.以此類推,可以確定螺栓最小的預(yù)緊力FVerf=FKerf+FPA=FKerf+(1-)FAFV.螺栓的最

5、小的預(yù)緊力FVerf要比剩余預(yù)緊力FV小,由此可以計算聯(lián)接件最小預(yù)緊力)FA+FZ.FMmin=FVerf+FV=FKerf+(1-考慮到夾緊力在擰緊過程中的分散,螺栓聯(lián)接的最大初始預(yù)緊力必須設(shè)計為)FA+FZ).FMmax=AFMmin=A(FKerf+(1-這樣就確定了螺栓直徑、強(qiáng)度級別和螺紋摩擦系數(shù)等參數(shù),所以高強(qiáng)度螺栓的軸向預(yù)緊力FSPFMmax.這里FSP表示用于選擇螺栓時的適當(dāng)預(yù)緊力可以用轉(zhuǎn)組合應(yīng)力等于屈服極限的90%.如果在加載時按軸向預(yù)緊力FSP=FMmax進(jìn)行夾緊,而且如果初始預(yù)加載沒有由于嵌入過程而減少,那么最大螺栓強(qiáng)度為FSmax=FSP+FSA=FSP+FA.螺栓的變形

6、線較平,而被聯(lián)接件的變形線較陡,變得更小(見圖4).實(shí)際上,應(yīng)力求剩余預(yù)緊力FV大,若螺栓的強(qiáng)度一定,減小螺栓中力的幅值有助于提高螺栓壽命.在選擇螺栓聯(lián)接件的材料時,還可以考慮從螺栓和被聯(lián)接件的變形剛度出發(fā),螺栓選用變形較大的材料,而被聯(lián)接件選用剛性較好的材料,這樣可以使螺栓的變形線較平,而被聯(lián)接件的變形線較陡,應(yīng)力的幅值變小,如圖5中虛線所示.3預(yù)緊力的施加與控制由上述知,高強(qiáng)螺栓連接必須施加一定的預(yù)緊力,而合理的預(yù)緊力不僅可提高螺栓的防松能力,還可以增加螺栓的疲勞壽命和被聯(lián)接件的可靠性.在我國,也有采用螺栓的預(yù)緊力小于螺栓的材料屈服極限的80%,并盡量取較高的值.如高強(qiáng)螺栓用于門式起重機(jī)中

7、,其預(yù)緊力可在螺栓的材料屈服極限的75%左右,但這仍較為保守4.(下轉(zhuǎn)第141頁)第19卷第3期粟丹倪等動畫專業(yè)學(xué)科建設(shè)之初議141AnElementaryStudyonAnimationCourseDevelopmentSUDai2ni1,QiuLi2(1CollegeofArtsandDesign,WuhanUniv.ofTechnology,Wuhan430068,China;2JianghangUniversity,Wuhan,430070,China)Abstract:Thepaperanalysesthemaintrendanddevelopmentofcurrentanimati

8、oncourse,anddealswiththeteachingconceptandmethodofanimationstudyinouruniversity.Keywords:animationcourse;animationdevelopment;productivity責(zé)任編輯:張培煉(上接第136頁)在實(shí)際生產(chǎn)安裝中一般采用力矩法,用扭力板手或測力扳手,通過控制擰緊力矩來實(shí)現(xiàn)控制預(yù)緊力.其方法簡便,易于實(shí)施,且費(fèi)用較低.但由于螺栓與被聯(lián)接件的表面質(zhì)量和粗糙度對嵌入量的影響以及擰緊速度等因素,.,內(nèi),.這種方法,但卻費(fèi)時費(fèi)力.,將預(yù)緊力控制在某一范圍,從而提高其使用壽命,以獲得較高的經(jīng)濟(jì)

9、效益.剩余預(yù)緊力FV大,FSP將螺栓一直90%,并盡量取較高值.,螺栓選用變形較大的材料,這樣可以使螺栓,而被聯(lián)接件的變形線較陡,應(yīng)力的幅值變小.在螺栓的強(qiáng)度一定的情況下,減小螺栓中力的幅值,有助于提高螺栓壽命.參考文獻(xiàn)1吳宗澤.高等機(jī)械設(shè)計M.北京:清華大學(xué)出版社,4結(jié)論1)聯(lián)接件上承受交變載荷作用產(chǎn)生振動,接觸1999.2汪琪.機(jī)械零件設(shè)計問題解析M.北京:中國致公出版社,1997.3郭愷玲,劉賢青.VDI2230高強(qiáng)度螺栓連接系統(tǒng)計算J.汽車緊固件,1997(1):27-30.4倪葉明.淺論螺栓連接預(yù)緊力的大小及實(shí)施方法J.面間由要想獲得較小的螺栓變形剛度,盡可能采用2)導(dǎo)致交變應(yīng)力過大的原因是預(yù)緊力偏小,故港口科技動態(tài),2000(12):15-16.PreloadandFatigueLifeofHighStrengthBoltZHURuo2yan,LIHou2min(SchoolofMechanicalEngin.,HubeiPolytechnicUniv.,Wuhan430068,China)Abstract:Thispaperanalysestherelationbetweenfatiguelifeandimposedpreloadofhighstreng