據(jù)對(duì)于現(xiàn)在發(fā)生的螺栓失效情況的不統(tǒng)計(jì), 原因幾乎都是疲勞強(qiáng)度過大, 而產(chǎn)生的這樣的現(xiàn)象也是因?yàn)閷?duì)螺栓的集中、過度應(yīng)用。螺栓聯(lián)接的問題可以說是多方面接觸問題, 在使用過程中難免需要重復(fù)加載, 所以各個(gè)設(shè)備之間的關(guān)系變得較為復(fù)雜, 在分析螺栓預(yù)緊大小與疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系時(shí)需要考慮的因素就變得更多, 對(duì)于安全系數(shù)的計(jì)算也就變得較為復(fù)雜了。

1 螺栓預(yù)緊大小與疲勞強(qiáng)度的關(guān)系

    有些螺栓接頭可以承受交變負(fù)荷, 這是預(yù)緊的大小與疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系就很容易被發(fā)現(xiàn)規(guī)律, 預(yù)緊力越大, 疲勞強(qiáng)度越大, 反之則小。

1.1 螺紋連接的受力和變形

    與螺栓聯(lián)接在一起工作的還有很多接件, 當(dāng)螺栓受一定預(yù)緊力或者工作壓力時(shí), 兩者就都會(huì)發(fā)生一定程度的形變。與螺栓連接的整體都屬于一個(gè)彈性體, 雖然受工作力時(shí)這個(gè)體系會(huì)發(fā)生形變, 但是會(huì)依照一個(gè)形變規(guī)則發(fā)生, 而不是隨意無序的發(fā)生形變。這就要求受力符合一定的關(guān)系, 這個(gè)關(guān)系會(huì)讓彈性體系發(fā)生形變時(shí)具有協(xié)調(diào)性。

1.2 螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力

    有一種可以通過實(shí)驗(yàn)或計(jì)算得來的系數(shù), 利用所得的外載體系就可以得知螺栓預(yù)緊大小與材質(zhì)剛度之間的關(guān)系。要留有一定的預(yù)緊力可變程度, 準(zhǔn)確計(jì)算螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力矩。

1.3 螺栓聯(lián)接預(yù)緊力與疲勞強(qiáng)度

    正常情況下螺栓強(qiáng)度是可以通過計(jì)算得到的, 但是有一種情況需要提前檢驗(yàn)螺栓的疲勞強(qiáng)度, 這類特殊又常見情況的就是受工作變化載荷的螺栓。通過螺栓所受載荷要準(zhǔn)確的計(jì)算出螺栓總拉力以及平均拉力, 在此過程中經(jīng)常被遺忘的測(cè)量因素就是螺栓的彈力幅度范圍, 這些數(shù)據(jù)都統(tǒng)計(jì)好之后就會(huì)發(fā)現(xiàn)螺栓聯(lián)接預(yù)緊力與疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系了。

    經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和研究可以確定影響螺栓疲勞強(qiáng)度的因素, 并不是螺栓的平均力而是所受力的幅度。因此, 保持螺栓疲勞強(qiáng)度的方法之一就是提高預(yù)緊力。除此之外, 還可以觀察螺栓的壽命曲線, 根據(jù)圖像能夠很形象的判斷疲勞程度。隨著螺栓的應(yīng)力幅不同, 疲勞強(qiáng)度也有所不同, 所以改變壓力是沒有任何變化的。

2 螺栓聯(lián)接疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算

    古德曼準(zhǔn)則是用來對(duì)螺栓聯(lián)接疲勞強(qiáng)度的近似估算, 金屬零件的持久性可以由極限疲勞強(qiáng)度曲線決定, 前提是在周期循環(huán)力的作用下, 曲線上可以清楚地找到幅力和平均力的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。通過計(jì)算與對(duì)比, 螺栓聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)是根據(jù)比值來定義的, 用曲線上的應(yīng)力幅與實(shí)際的應(yīng)力幅相比就得

到我們所需的安全系數(shù)。所得系數(shù)其實(shí)也是一個(gè)近似值, 如果想要測(cè)定系數(shù)的準(zhǔn)確程度, 可以用限元的方法作為檢測(cè)方法。疲勞強(qiáng)度又分為綜合疲勞強(qiáng)度和極限疲勞強(qiáng)度。在給定預(yù)緊力與外力的前提下, 通過公式就可以開算出螺栓聯(lián)接中的極限疲勞強(qiáng)度。

    實(shí)際情況下, 文章所提到的計(jì)算疲勞強(qiáng)度的公式是在忽略扭矩作用的前提下, 螺桿中的扭矩會(huì)在循環(huán)應(yīng)力的作用下, 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響忽略不計(jì), 所以就不用考慮。此外, 在螺栓以及接件工作的過程中, 如果綜合疲勞強(qiáng)度與預(yù)緊力都達(dá)到了一個(gè)固定不變的數(shù)值, 那么與之有密切關(guān)系的螺栓極限疲勞強(qiáng)度也會(huì)是一個(gè)常數(shù)。

    螺栓產(chǎn)生疲勞的主要原因就是, 受力紋痕不均勻, 導(dǎo)致螺栓的不同牙位承受載荷份額不同, 情況嚴(yán)重時(shí), 會(huì)產(chǎn)生裂痕。在分析計(jì)算公式的時(shí)候, 不能只考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究, 還應(yīng)該針對(duì)性的對(duì)螺栓進(jìn)行研究, 因?yàn)椴煌吞?hào)、不同形狀、不同材質(zhì)的螺栓綜合疲勞強(qiáng)度、極限疲勞強(qiáng)度都是不相同的。也有實(shí)驗(yàn)得出一個(gè)有關(guān)螺栓條紋的結(jié)論, 就是經(jīng)過切削加工的螺紋, 一般具有更高的疲勞強(qiáng)度。

3 預(yù)緊力對(duì)螺栓聯(lián)接疲勞強(qiáng)度的影響

    一般情況下, 交變外力是隨著預(yù)緊力而變化的, 但是當(dāng)力沒有偏心作用時(shí), 就不會(huì)隨著預(yù)緊力變化了, 這種情況發(fā)生的前提就是拉伸力小于預(yù)緊力。雖然變應(yīng)力不隨著預(yù)緊力變大了, 但是平均力會(huì)隨著預(yù)緊力的變大而變大。這種變化會(huì)對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)產(chǎn)生影響, 平均力變大, 通過計(jì)算得來的安全系數(shù)會(huì)變小, 從而導(dǎo)致按照正常情況下得來的結(jié)論有失誤和偏差。事實(shí)上, 外載荷是具有不確定性的, 可能偏低, 但是絕大多數(shù)情況下會(huì)偏高, 造成超載是螺栓聯(lián)接系統(tǒng)出現(xiàn)問題,造成分離。螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力在循環(huán)作用力的作用下會(huì)慢慢變小, 疲勞強(qiáng)度會(huì)降低, 超負(fù)荷工作使螺栓聯(lián)接工作系統(tǒng)分離。這種情況下, 要應(yīng)用剩余的應(yīng)用力, 增強(qiáng)螺栓聯(lián)接系統(tǒng)的可塑性。

    普通的螺栓聯(lián)接并不是所有的牙位都會(huì)受到力, 只有前三個(gè)會(huì)受到應(yīng)用力作用, 所以當(dāng)最初的預(yù)緊力非常大時(shí), 是會(huì)產(chǎn)生剩余應(yīng)用力的。計(jì)算機(jī)技術(shù)和新時(shí)代的理念在不斷感染人們的生產(chǎn)生活, 所以也有必要增強(qiáng)螺栓生產(chǎn)的可靠性, 進(jìn)一步將強(qiáng)疲勞強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)

    綜上所述, 如果想要提高螺栓的疲勞強(qiáng)度就要從增大螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力人手, 預(yù)緊力越大, 疲勞強(qiáng)度越大。相反當(dāng)螺栓聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度非常低時(shí), 對(duì)于螺栓的損耗量會(huì)變大, 就浪費(fèi)了資源, 所以提升了預(yù)緊力和疲勞強(qiáng)度, 一定程度上還意味著增加了螺栓的使用率。