提高螺栓聯接強度的措施

2021-09-15

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聯接的強度主要取決于螺栓的強度。影響螺栓強度的因素很多,有結構、尺寸參數、裝配工藝、材料、制造精度等級等。

一、提高螺栓的疲勞強度

理論和實踐證明,變載荷工作時,在工作載荷和殘余預緊力不變的情況下,減小螺栓剛度或增大被聯接件剛度都能達到提高螺栓疲勞強度的目的,但應適當增大預緊力,以保證聯接的密封性。減小螺栓剛度的常用措施有:適當增加螺栓的長度、減小螺栓桿直徑或做成中空的結構一柔性螺栓。柔性螺栓受力時變形大,吸收能量作用強,也適于承受沖擊和振動。在螺母下面安裝彈性元件,當工作載荷由被聯接件傳來時,由于彈性元件的較大變形,也能起到柔性螺栓的效果。為了增大被聯接件的剛度,不宜采用剛度小的墊片。緊密聯接就以用密封環為佳。

二、改善螺紋牙間的載荷分布

采用普通螺母時,軸向載荷在旋合螺紋各圈之間的分布是不均勻的,如教材圖9-39所示,從螺母支承面算起,第一圈受載最大,以后各圈遞減。理論分析和實驗證明,旋合圈數越多,載荷分布不均的程度就越顯著,第8~10圈以后的螺紋幾乎不受載荷。所以,采用圈數多的厚螺母,并不能提高聯接強度。若采用圖9-41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,有助于減少螺母和螺栓桿的螺距變化差,從而使載荷分布比較均勻。

三、減輕應力集中

螺紋的牙根和收尾、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:特別是在旋合螺紋的牙根處,由于栓桿拉伸,牙受彎剪,而且受力不均,情況更為嚴重。適當加大牙根圓角半徑以減輕應力集中,可提高螺栓疲勞強度達20%~40%;在螺紋收尾處用退刀槽、在螺母承壓面以內的栓桿有余留螺紋等,都有良好效果。航空、航天器螺栓采用新發展的MJ螺栓,其主要結構特點就是牙根圓角半徑增大。

高強度鋼螺栓對應力集中敏感,但由于可用更大的預緊力擰緊和更高的極限強度,結果還是有利的。

四、采用合理的制造工藝

制造工藝對螺栓疲勞強度有很大影響。采用碾制螺紋時,由于冷作硬化的作用,表層有殘余壓應力,金屬流線合理,螺栓疲勞強度可比車制螺紋高30%~40%;熱處理后再滾壓的效果更好。另外,碳氮共滲、滲氮、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強度。