如何提高螺栓連接的強(qiáng)度？

機(jī)極級技

大多數(shù)情況下，受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度決定于螺栓的強(qiáng)度。影響螺栓強(qiáng)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(qiáng)度的措施。

01改善螺紋牙間的載荷分布

采用普通螺母時(shí)，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(yàn)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(qiáng)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(yīng)力

由于設(shè)計(jì)、制造或安裝上的疏忽，有可能使螺栓受到附加彎曲應(yīng)力（圖 2）， 這對螺栓疲勞強(qiáng)度的影響很大，應(yīng)設(shè)法避免。

例如，在鑄件或鍛件等未加工表面上安裝螺栓時(shí)，常采用凸臺(tái)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(yīng)力集中

螺紋的牙根、螺栓頭部與栓桿交接處，都有應(yīng)力集中，是產(chǎn)生斷裂的危險(xiǎn)部位。其中螺紋牙根的應(yīng)力集中對螺栓的疲勞強(qiáng)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(yīng)力集中。

04減小應(yīng)力幅

螺栓的最大應(yīng)力一定時(shí)，應(yīng)力幅越小，疲勞強(qiáng)度越高。在工作載荷和剩余預(yù)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(dá)到減小應(yīng)力幅的目的（見圖 5），但預(yù)緊力則應(yīng)增大。

減小螺栓剛度的措施有：適當(dāng)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(shí)變形量大，吸收能量作用強(qiáng)，也適于承受沖擊和振動(dòng)。

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(qiáng)度有很大影響。對于高強(qiáng)度鋼制螺栓，更為顯著。采用輾制螺紋時(shí)，由于冷作硬化的作用，表層有殘余壓應(yīng)力，金屬流線合理，螺栓疲勞強(qiáng)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(qiáng)度。

LHCA2020

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