提高螺纹连接强度的措施有哪些

2024-12-23 12:36:17
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回答1:

一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅

受轴向变载荷的紧螺栓连接,在最大应力不变的条件下,应力幅越小,螺栓连接的疲劳强度越高。为此,在保证工作拉力 F 和总拉力 F Q 不变的条件下,可采取适当减小螺栓刚度、增大被连接件刚度及增大预紧力的方法,都能达到减小应力幅(图 3-29 ),提高螺栓连接疲劳强度的目的。

图 3 - 29 降低螺栓应力幅的措施

图3-30 腰状杆螺栓与空心螺栓      图3-31 弹性元件

减小螺栓刚度的措施有:适当增加螺栓的长度,或采用腰状杆螺栓或空心螺栓(图 3-30 )。或在螺母下面安装上弹性元件(图 3-31 )。

为了增大被连接件的刚度,可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。对于有紧密性要求的连接,从增大被连接件刚度的角度来看,不应采用较软的气缸垫片。此时以采用刚度较大的金属垫片或密封环较好。图 3-32 是气缸密封元件的示意图。

二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象

螺纹连接受载时,螺栓受拉伸,螺母受压缩,故螺栓的螺距增大,而螺母的螺距减小,如图 3-33 所示。由图 3-34 可知,靠近支承面的螺纹受载最大,以后各圈螺纹的载荷依次递减。因此,采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母,并不能提高连接的强度。

( a )软垫片密封 ( b )密封环

图 3-32 气缸密封元件

为了改善螺纹牙间载荷不均的情况,可以采用下述方法:

1 悬置螺母(图 3 — 35 a ),使螺栓和螺母同时受拉,以减小螺距差;

2 环槽螺母(图 3 — 35b )或内斜螺母(图 3 — 35c ),使螺纹牙受力位置由上而下逐渐外移,而载荷将向上移,从而使各圈螺纹受载趋于均匀;图 3 — 35d 所示为同时兼有悬置螺母、环槽螺母和内斜螺母的作用。

3 采用钢丝螺套亦可起到均载作用,故可显著提高螺纹连接的疲劳强度(图3—36)

图3-33 旋合螺纹的变形示意图 图3-34 旋合螺纹间的载荷分布

( a )悬置螺母 ( b )环槽螺母 ( c )内斜螺母 ( d )

图 3 - 35 均载螺母结构

r = 0.2 d

(a)加大圆角 (b)卸载槽

图 3 - 37 圆角和卸载结构

三、减小应力集中的影响

螺纹的牙根、螺纹的收尾、螺栓头和螺栓杆的过渡处都要产生应力集中。为了减小应力集中,可以采用较大的圆角和卸载结构(图 3 — 37 )或将螺纹的收尾改为退刀槽等。但应注意,采用一些特殊结构会使制造成本增高。

四、避免附加弯曲应力

由于制造和装配误差或设计不当,易使螺栓产生附加弯曲应力,如图 3 — 39c 所示的钩头螺栓连接,螺栓在偏心载荷作用下将引起附加弯曲应力,若取 e ≈ d 1 时,弯曲应力为拉应力的 8 倍,这将严重降低螺栓的强度。因此,应尽量避免使用钩头螺栓。此外,螺母与螺栓头部支承面的粗糙不平或偏斜,也会引起附加弯曲应力。为减小附加弯曲应力,应从结构、制造及装配等方面采取措施。如在铸、煅件等粗糙表面上安装螺栓时,应制成球面垫圈(图 3 — 38 )、凸台或沉头座(图 3 - 40 )。当支承面为倾斜表面时,应采用斜面垫圈(图 3 - 41 )等。

( a ) ( b ) ( c )

图 3 - 38 球面垫圈 图 3 - 39 螺栓承受偏心载荷

(a)凸台 (b)沉头座

图 3 - 40 凸台与沉头座      图 3 - 41 斜面垫圈

五、采用合理的制造工艺方法

螺栓的制造工艺对疲劳强度有重要的影响。例如,采用冷镦螺栓头部和辗压螺纹的工艺方法,可以显著提高螺栓的疲劳强度。这是因为除可降低应力集中外,冷镦和辗压工艺使材料纤维未被切断,金属流线走向合理(图 3 — 42 ),而且有冷作硬化的效果,并使表层留有残余应力。因而较切削螺纹疲劳强度提高约 30% 。同时,这种无切削工艺本身还可以节省材料和提高生产率等。

此外,在工艺上采用氰化、氮化、喷丸等处理,都可提高螺纹连接件疲劳强度。

图 3 - 42 冷镦与滚压加工