单位文秘网 2021-07-04 01:10:33 点击: 次
摘要:通过分析螺栓连接件在外力作用下,由于受到切应力和挤压应力影响,导致螺栓连接件变形丧失工作能力,提出采取预防螺栓连接件变形的措施。
关键词:螺栓;切应力;挤压应力
在机械工程中,机械构件的各组成部分,通常采用不同类型的方式进行连接,如桥梁结构中,钢板之间常用铆钉连接、传动轴和齿轮之间常用键连接、螺栓、销钉的连接等。这些起连接作用的铆钉、螺栓、销钉、键等统称为连接件。螺栓连接件广泛应用在日常生活和机械工程中,而且螺栓连接在工作过程经常出现变形、甚至丧失工作能力,其主要原因是由于切应力和挤压应力的作用。
一、切应力对螺栓连接件的影响
如图(a)螺栓与钢板连接,两块钢板分别受大小相等,方向相反的左右拉力F,由于钢板在外力F作用下,螺栓上下两部分也分别受到大小相等方向相反的作用力P,P=F(如图b),作用在螺栓两侧面上的外力合力大小相等,方向相反,且作用线很近。
位于螺栓上下两部分两力间很近的作用线m—m截面处发生错动,截面m—m形成相对剪切面(如图b),剪切面平行于作用力的方向(如图c)。取下半段为研究对象,由平衡条件知,剪切面上存在一个与外力F大小相等,方向相反,作用线与剪切面相切的剪力Fs(图d)。
如果剪切面上的应力均匀分布,切应力τ=Fs/A,方向与剪力方向一致(图d)。
A——剪切面面积。
当螺栓的切应力大于材料的许用切应力,即:τ>[τ],螺栓就会发生变形,丧失工作能力。
二、挤压应力对螺栓连接件的影响
螺栓在承受剪切作用的同时,螺栓与钢板孔壁也彼此压紧,螺栓与钢板孔壁的接触表面称为挤压面。当挤压面上挤压力过大时,就可能导致螺栓或钢板产生明显的局部塑性变形而压陷,如图(e),变形结果,螺栓被挤压成椭圆形,钢板孔被挤压成长圆孔,导致连接松动,使螺栓损坏。
螺栓受挤压的作用时,在受力方向有最大挤压应力σBmax,如图(f),螺栓与钢板接触面上的总压紧力称为挤压力,用Fjy表示,由挤压力引起的应力叫挤压应力,用σjy表示:
σjy=Fjy/Ajy
Ajy——挤压面积,当螺栓的挤压应力σjy超过材料的许用挤压应力时,螺栓也会发生变形。
三、预防螺栓连接变形的措施
1、螺栓强度必须满足强度条件
螺栓连接件同时受到切应力和挤压应力的作用,为保证螺栓连接件的正常工作,在选用螺栓时,必须合理设计螺栓截面积,使其同时满足剪切强度条件和挤压强度条件,
即:τ≤[τ], σjy≤[σ]jy[σ]jy——材料许用挤压应力
2、改善螺纹牙之间的受力分布
工作中螺栓受拉,使螺距增大,而螺母受压,其螺距减小。导致螺栓、螺母产生了螺距差。而两者螺纹始终是贴紧的,因而这种螺距的变化差主要是靠旋合各圈螺纹牙的变形来补偿。因此,轴向载荷在旋合的各圈间的分布是不均匀的,从螺母支承面算起,第一圈螺纹受力最大,约为螺栓所受拉力的1/3,以后各圈受力递减,到第10圈之后,几乎不再受力。所以,设计时,普通螺母圈数不超过10。为了使螺纹牙受力均匀,采用悬置螺母,环槽螺母,或内斜螺母(改变牙的刚度),前两者,工作中螺母受拉,与螺栓螺距差减小。另外,采用钢丝螺套—-也可以减轻螺纹牙的受力不均,并可以减轻冲击、振动。这些措施多可以提高螺栓的疲劳强度。
3、减少应力集中
螺栓上的螺纹(特别是螺纹收尾处),螺栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓截面发生变化的部位,都会产生应力集中。减少应力集中的措施,可采用大的圆角半径、卸载结构或在螺纹收尾处加工出退刀槽等。
4、改进工艺措施
采用冷镦螺栓头部和滚压工艺方法,或采用氮化、表面渗氮、氰化、喷丸等表面硬化处理方法,提高螺纹联接件疲劳强度。
5、改善螺栓联接件的工艺装配
在装配螺栓连接件时,为防止螺栓连接部件受挤压,造成变形和破坏,在螺栓上加配垫圈。垫圈起着增大被连接零件接触表面面积,减少间隙,降低单位面积压力,保护被连接零件表面不被损坏的作用。因此在安装螺栓时,在螺帽与被连接部分加装垫圈可以提高贴合质量,防止螺栓变形,加外再加上弹簧垫圈可以防止螺帽松动。
参考文献
范钦珊主编.工程力学.北京:机械工业出版社,1991
于绶章主编.材料力学.北京:高等教育出版社,1983
刘孝民主编.机械设计基础.广州:华南理工大出版社,2006
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