机械螺栓联接的预紧力与疲劳强度

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1、44锻压机械4ö96机械螺栓联接的预紧力与疲劳强度青岛化工学院徐爱莉266042青岛机械研究所刘光启螺纹联接是利用螺纹之间彼此的摩擦力而构成束的弹性体,其受力关系应符合弹性变形协调条件。的一种可拆联接,由于其结构简单,连接可靠,因而在工程中广泛应用。其缺点是螺纹零件有应力集中,在交变载荷作用下易产生疲劳裂纹。由统计资料可知,其毁坏部位为从螺母支承面算起第一或第二圈螺纹处约占65%,光杆与螺纹部分交接处约占20%,螺栓头与杆接交处约占15%。上述部位均为截面剧烈变化、有应力集中之处(图1)。对于承受交变载荷的图2图2a所示,螺母

2、刚好拧到与被联接件接触,螺螺栓接头,如果在装配时栓与被联接件均不受力,也不产生变形。图2b所示,施加适当的预紧力,则可螺母拧紧后,在预紧力P′作用下,螺栓受拉,伸长量提高螺栓疲劳强度。机器为D1;被联接件受压,压缩量为D2。P′öD1=C1,中重要部件的联接,如锻P′öD2=C2,C1、C2分别为螺栓和被联接件的刚度。压机床和动力装置的某些图2c和图3所示为受工作拉力P作用时,螺栓连接螺栓都必须用一定的联接的受力和变形情况。在工作拉力P的作用下,限力扳手和转接扳手拧图1交变载荷受拉螺栓损坏之处螺栓继续伸长$D1,总伸长量为D1

3、+$D1。与总伸长紧,以保证一定的拧紧力矩。量相应的总拉力为P0,与伸长量$D1相应的拉力增本文将从螺栓联接的受力和变形入手,讨论螺量为$P。在螺栓联接没有出现缝隙前,螺栓伸长栓预紧力大小与疲劳强度的关系。$D1,原受压的被联接件放松,压缩量减少$D2。由变形协调条件$D1=$D2,被联接件的剩余变形量D2′=1螺栓联接的受力和变形D2-$D2=D2-$D1。被联接间的压紧力由P′减到受预紧力和工作拉力的紧联接螺栓和被联接件P″,P″称为剩余预紧力。螺栓受到的总拉力P0等于的受力和变形如图2所示。联接中各零件是互相约工作拉力P

4、与被联接件给它的剩余预紧力P″之和(P0=P+P″)。收稿日期:1996—06—04当选定一组设计变量后可导出活塞杆的伸缩行Fmax=0.22456程,此值不应超过H1值,故设计变量还须满足:活塞杆所需的伸缩行程仅为166.68mm。S1m-S1b≤H1原有设计中送辊机构的Fmax值为0.30707,活根据上述目标函数的约束条件,由约束优化方塞杆所需的伸缩行程为221.81mm。比较两组设计法中的复合形法可得如下设计结果:数据明显可看出优化后的送辊机构的传力特性有了L1=255.89mm显著改善,活塞杆所需的伸缩行程也大大减小

5、,达到L2=150.55mm了优化的目的。L3=510.16mm参考文献B=41.51°1周洪.挤压机偏置滑块机构的优化设计.锻压机械,1995(5)2孟宪源.现代机构手册.机械工业出版社,1994.Xa=-322.83mm3华大年,唐之伟.机构分析与设计.纺织工业出版社,1985.Ya=478.36mm4孙靖民.机械优化设计.机械工业出版社,1990.机械螺栓联接的预紧力与疲劳强度——徐爱莉刘光启452KcPRa=2≤〔Ra〕Pd1式中d1——螺纹的小径〔Ra〕——许用应力幅图3图2d所示,工作拉力P过大或预紧力P′过小,使

6、$D1>D2,压紧力消失,联接松动,出现间隙。紧联图4工作载荷变化时螺栓中总拉力的变化接的螺栓联接不允许出现缝隙,要求工作时P″大于螺栓保持一定的预紧力可提高疲劳强度。若螺零,且应保持一定的大小。对于一般的紧固联接,P栓最大总拉力Pmax为一定时,如预紧力P′变大,则无变化时,P″=(0.2～0.6)P;P有变化时,P″=Pm变大,Pa变小;反之,预紧力P′变小,则Pm变(0.6～1.0)P。对于要求气密性的螺栓联接,P″=小,Pa变大(见图4)。这也说明预紧力P′变大,平均(1.5～1.8)P。应力Rm变大,应力幅Ra变小;

7、反之,预紧力P′变小,Rm变小,Ra变大。2螺栓联接的预紧力图5所示为等寿命曲线,曲线AB表示Rmax与由图3可得:Rm的关系,曲线A’B表示Rmin与Rm的关系。对称循$P$P=C1,即$D1=$D1C1环条件下,Rm=0,Rmax=-Rmin=R-1,对应着A、A′P-$PP-$P点。静载荷条件下,Rmax=Rmin=Rm=Rb,对应着B点。=C2,即$D2=$D2C2OB线上的各点纵坐标等于Rm。曲线AB、曲线A′B∵$D1=$D2与直线OB所夹的垂直线段均为Ra。从图5可以看C1∴$P=P=K7CcP出,当破坏循环次数

8、N=10时,P′、Rm变大,Ra变1+C2P″=P′-(P-$P)=P′-(1-Kc)P小,同时Rmax变大;反之,P′、Rm变小,Ra变大,同时即P′=P″+(1-Kc)PRmax变小。这也说明承受交变载荷的联接件,施加适P0=P′+$P=P′+KcP当的预紧力,可提高其疲