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1、长沙铁道学院学报!∀#第卷第期年月弹簧垫圈功能分析唐进元机械工程系,,【摘要】本文根据几个很设建立了带弹簧垫圈的螺栓联接的力学模型并用有关力学理论对模型进行了分,,。析给出了采用弹黄垫圈能提高联接的成劳强度但不利于联接的可靠性和防松的解析证明,,,,【关润】弹黄垫圈抓栓联接力学模型疲劳强度可靠性,中图法分类号引言弹簧垫圈是一种使用非常广泛的机械零件一般说来它有两方面的功能一方面
2、是有利于提高,,联接的疲劳强度另一方面是有利于联接的防松迄今为止有关采用弹簧垫圈有利,〔一”〕于疲劳强度的观点只有定性的或图解形式的分析未见解析证明而对它的防松功能。,近来有人提出了异议〔〕在文献〔〕中作者基于试验数据提出了采用弹簧垫圈不但不能起,防松作用反而更易松动的观点傅德明在文献〔的中对这种观点发表了一些不同的看法,,弹簧垫圈是机械装置和设备中的重要基础零件对它的功能人们应透彻了解不然就会,造成不必要的损失和浪费本文通过建立带有弹簧垫圈的螺栓联接的力学模型对螺栓联接,,“进行了受力分析
3、对弹簧垫圈的功能作了定量解析得出了采用弹簧垫圈能提高联接的疲,”劳强度但不利于联接的可靠性以及防松的结论带弹赞垫圈的螺栓联接力学模型,,,,、带弹簧垫圈的螺栓联接结构见图它由螺栓螺母弹簧垫圈被联接件。,、等零件组成预紧时通过拧紧螺母使各零件之间产生相互作用力这时螺母垫圈和被,,,〔”〕,。联接件受压螺栓受拉相互作用力的大小为预紧力采用文献所用符号下同,当被联接件受工作载荷作用时螺栓联接的各零件之间的相互作用力将发生变化为了便于,,然进行力的分析我们先进行一些必要的假设后建立与图
4、对应的力学模型。假设螺栓联接中各零件在线弹性范围内可看成弹性系数为某一定值的弹性体与刚体的一收稿日期一叠加组合、、,,某一零件凡是有上下两面与另一零件接触时其弹性体均分在两个面上且弹性系数相同。、,螺母与螺栓螺纹副自锁无相对滑动二‘尸户二二二习多目旧口门图螺栓联接结构图螺栓联接力学模型。力学模型。,在上述假设下与图对应的力学模型见图图中数字所指零件与图相同下面是关于图的几点说明。、,,、、。图中弹性体用弹簧表示分别用符号标注、,
5、由于弹簧垫圈的刚度弹性常数较之与其接触的两零件刚度小得多因此由串联,可弹簧的等效刚度计算公式知忽略螺母被和联接件与弹簧垫圈接触处的弹性一刃。。影响因此在图中只用刚度为的弹性体联接螺母与被联件、联螺栓六角形头部处与被联接件间用刚度为的等效弹性体接、。螺栓弹性变形用刚度为的弹性体表示受力分析。,由图我们可方便地进行螺栓联接在工作载荷作用下的受力分析为节省篇幅本文只进,行工作载荷作用在被联接件间的螺栓联接受力分析其它情况可仿此进行分析分两步进行。预紧状态下各零件
6、受力,,,,预紧外载荷去掉后由于螺栓与螺母螺纹副自锁使联接各零件间维持一预紧力这、、,时弹性体受压压缩变形量分别为一‘,。‘,,占乙。。,。,弹性体受拉拉伸变形量为。‘‘屯。工作载荷作用下各零件受力,,因如图在工作载荷作用下弹性体的压缩变形量将减少而被联件的预紧力变,,、、。为残佘预紧力下由力的平衡条件可知这时弹性体及所受载荷增至,、与载荷增加对应的各弹性体压缩伸长量为,,,占
7、,人。。占。。,因,尸上面九个方程有十个未知量此还需要寻找一个补充方程才能求出与及各变形,,量本文运用力学中的功能原理建立这个补充方程即。。,。。。一协“。,。。。‘下护名一名‘下尸孟一完‘一矛二一宝味‘石奋。“一““。,粤,。,上式左边为作载荷对系统所作的功右边为系统能量的增加顺便指出补充方程也可,尸尸,以是系统的变形协调条件形式经计算这对最后及的表达方式无影响结果是一样,。的
8、此处对这种形式的补充方程不再赘述联立式可得,一一一一工二一···氏份—责劫,,一。、氏弹赞垫圈功能分析对疲劳强度的影响,,·当时一。这时可认为螺母下无弹簧垫圈一价,,,,’氏咬几十氏去长去去去、,,由式知螺栓联接中载荷的变化幅度通过在螺母下加弹簧垫圈而减小。‘,因而
