螺栓联接计算精确度及可靠性的探讨河北机

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1、螺栓联接计算精确度及可靠性的探讨•河北机电学院邸平欣河祀轻化工学院付向松th,31-3CMBJ为进一步提髙螺栓联接设计计算的辖确度及可靠性，本文从设计准则.设计规范.基本计算公式等方面作了一些探讨，并着重对以屈服极限为临界值的强度计算进行了可靠性分析。一、引言螺栓联接应用极为广泛。由于结构.设计.制造.装配.运输.使用和维修等原因，螺栓联接不仅使用普遍，而且在一定程度上影响机械设备的性能.效率.寿命和成本。我国螺纹和螺栓紧固件的t系列标准参照ISO标准，先后在强度.结构.材料、性能匹配等方面作了许多重大改进，为螺栓连接的设计、制造提供了现代化基础，其先进性及可拣性有了较大的提高。但是，

2、与此相对应的设计准则.设计规范.理论分析及经验公式等却没冇作适当的调整和修改，使得螺栓联接承载潜力不能充分发挥出来。我们在进行现场调査并对比国外最新发展后，在提高螺栓连接的计算精度和可靠性方面作了一些探讨。二、对几个问题的分析1■关于计算精确度现行通用的计算螺栓联拦3强度条件是建立在安全系数的基础上，如以受轴向载荷的紧连接为例，英螺栓的抗拉强度条件为匚豊w希…(1)-4~式中$Q—螺栓的总拉力，do—螺栓危险剖面的计算直径jCoD-S栓的许用拉应力.CSJ—许用安全系数。许用安全系数取值范围很大，在需要控制预紧力时，其值在1.6〜2范围内,其他受载情况下的范围更大，达到1〜5。在设计时

3、往往把影响螺栓连接强度的各种因素都包括祀安全系数内，其优点是设计简便，但安全系数的取值要凭设计者的经验，常带有不确切性，冇时甚至是n目性，从整休上看，有可能带来较大滋误差。同时，设计者从保证安全和可赫性方•面考虑，一般多取偏大的安全系数。如果形响连接强度的因素很雜定量化，那么，安全系数法不失为一个简便的手段。但随看科学技术的发展和检测手段的进步，现在完全有条件对影响螺栓联接强度的主要因索进行定量化处理，并制订相应的规范以提高计算的精确度。①拧緊系数拧緊螺栓联接时，一般情况下其拧紧力矩T、螺栓和被连接件受到ft：预紧力Qp、及螺栓公称直径d的关系力，T=QP〔LM+P，猪+式中，屮一螺纹

4、升角,Pz—螺纹副当虽摩擦角、氏一螺纹中径$爲一螺母与被联接件或垫圈接触互•压面组合的摩擦系数$D

5、-螺母支承面外径.5—被连接件或垫圈孔宜径。式（2〉可写成=T=KQpd（3）式中：K—拧索力矩系数。从式（2）可见，拧紧力矩系数K：是由螺纹联接件主要尺寸及有关的摩擦系数所决定的，其值比较容易定量化。我国《机械工程手册》提供了各种情况下的拧紧力矩系数值，参见丧1。表中数据有点偏于简化，实际悄况要复杂得多。在影响摩擦系数的因素中，既包含了零件表面的粗糙度、润滑状况、表面处理或镀层，还包含零件材料的硬度.尺寸及形位精度、装配淸洁度及装配工艺（如拧紧速度）等因素。在现行设计中，拧紧力矩系数大

6、多只是用作连接装用中决注拧紧力矩的参数，而把它在强度计算中对预紧力及螺栓结构尺寸的影响“隔离”了，把它的实质影响笼统地计入安全系数中，其结果淀坡加了强拧紧力矩系数值W1康擦表面状况有润於无润猾精加工0>100.121般加工0・13〜0・150・18〜0・21氧化0.200>24a锌0.180.22干燥的粗加工j0.26〜0.30度计算中的模罚飞，也是出现计算误差的一卜主耍原ra此，•仃必要在广泛调査分析的基础上.捏出更加符台各种悄况的、范闍稍窄的拧紧系数值K”L：l臧小预紧力的离故。为了便于11畀，他以大于1的形式il•入强度讣畀的袒荷估计中。②板手影响系数在螺栓联接的装配中，釆用不同

7、种类的板手和不同的操作方法，对预紧力的影响是很大的，但在我国现行的设计和装配中常常忽略了这个因素。这不仅直接影响装配质盘，出现拧紧过头或不足，造成事故,而且使预紧力在计算上产生过大的谋差。表2列出了国外某公司关于板手汉差的数据，从表中可以看到，不同种类和不同规格板手的误差差异度程是很大的。如果将板手影响系数Kq列入强度计算公式，必定能产生较大的影响，从而提高计算精确度。因此，建议尽快制订有关板手影响系数的规范，以提高螺栓联接的设计.制造和装配的质鈕。板手系统懊基«2板手种类误差套筒板手（冲击式，分离式〉带有扭矩控制尺的套简板手（冲击式）气动板手（分离型）气动板手抽样监柠式（动力矩监控》

8、100%监控式代动板手（带传18关用隸宣〉手动扭矩板手带有机械凸轮止动装置的扭矩〜转和式板手扭矩〜屈眼监控式板手±50%1'±20%±20%±10%■±5%±10%〜土20%媒栓拉力的±6%屈BR载荷的±5%③表面压陷螺栓联接在装配中，各零件的接触老层受到力的作用互压而出现微痕一乐陷，压陷虽然不过几个微米，但随着时间的延续而逐渐扩展.纱一定时间后，造成联接变形是合理的，20%强度潜力。察和分析问题。是否会降低呢？屮的预紧力下I條，产化用门公弛。