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如何提高螺栓連接的強(qiáng)度?

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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。

圖1

 

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(duì)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)。

圖2 

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(duì)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(guò)渡部分加大圓角(圖 4(a))或切制卸載槽(圖 4(b)、4(c))等措施來(lái)減小應(yīng)力集中。

 

圖4 

 

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(jiàn)圖 5),但預(yù)緊力則應(yīng)增大。

 

圖 5

減小螺栓剛度的措施有:適當(dāng)增大螺栓的長(zhǎng)度;部分減小栓桿直徑或做成中空的結(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)。

 

圖 6

 

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。

圖 7

 

05 改善制造工藝
 

 

制造工藝對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度有很大影響。對(duì)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(chē)削的高。碳氮共滲、氮化、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強(qiáng)度。


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