大多數(shù)情況下,受拉螺栓聯(lián)接的強度決定于螺栓的強度。影響螺栓強度的因素很多,有材料、結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)、制造和裝配工藝等等。
下面介紹一些提高螺栓強度的措施。
01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間的分布是不均勻的,如圖1(a)所示,從螺母支承面算起,第一圈受載最大,以后各圈遞減。
理論分析和試驗證明,旋合圈數(shù)越多,載荷分布不均的程度也越顯著,到第 8~10 圈以后,螺紋幾乎不受載荷。
所以,采用圈數(shù)多的厚螺母,并不能提高聯(lián)接強度。若采用圖1(b) 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,有助于減少螺母與栓桿的螺矩變化差,從而使載荷分布比較均勻。圖 1(c)為環(huán)槽螺母,其作用和懸置螺母相似。
02避免或減小附加應力
由于設計、制造或安裝上的疏忽,有可能使螺栓受到附加彎曲應力(圖 2), 這對螺栓疲勞強度的影響很大,應設法避免。
例如,在鑄件或鍛件等未加工表面上安裝螺栓時,常采用凸臺或沉頭座等結(jié)構(gòu),經(jīng)切削加工后可獲得平整的支承面(圖 3)。
03減小應力集中
螺紋的牙根、螺栓頭部與栓桿交接處,都有應力集中,是產(chǎn)生斷裂的危險部位。其中螺紋牙根的應力集中對螺栓的疲勞強度影響很大。
可采取增大螺紋牙根的圓角半徑、在螺栓頭過渡部分加大圓角(圖 4a)或切制卸載槽(圖 4b、4c)等措施來減小應力集中。
螺栓的最大應力一定時,應力幅越小,疲勞強度越高。在工作載荷和剩余預緊力不變的情況下,減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件的剛度都能達到減小應力幅的目的(見圖 5),但預緊力則應增大。
減小螺栓剛度的措施有:適當增大螺栓的長度;部分減小栓桿直徑或作成中空的結(jié)構(gòu)即柔性螺栓。在螺母下面安裝彈性元件(圖 6),也能起到柔性螺栓的效果。柔性螺栓受力時變形量大,吸收能量作用強,也適于承受沖擊和振動。
為了增大被聯(lián)接系統(tǒng)的剛度,不宜用剛度小的墊片。圖7 所示的密封連接以用密封圈為佳。
05改善制造工藝
制造工藝對螺栓的疲勞強度有很大影響。對于高強度鋼制螺栓,更為顯著。采用輾制螺紋時,由于冷作硬化的作用,表層有殘余壓應力,金屬流線合理,螺栓疲勞強度比車削的高。碳氮共滲、氮化、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強度。
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