據對于現在發生的螺栓失效情況的不*統計, 原因幾乎都是疲勞強度過大, 而產生的這樣的現象也是因為對螺栓的集中、過度應用。螺栓聯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加載, 所以各個設備之間的關系變得較為復雜, 在分析螺栓預緊大小與疲勞強度之間的關系時需要考慮的因素就變得更多, 對于安全系數的計算也就變得較為復雜了。
1 螺栓預緊大小與疲勞強度的關系
有些螺栓接頭可以承受交變負荷, 這是預緊的大小與疲勞強度之間的關系就很容易被發現規律, 預緊力越大, 疲勞強度越大, 反之則小。
1.1 螺紋連接的受力和變形
與螺栓聯接在一起工作的還有很多接件, 當螺栓受一定預緊力或者工作壓力時, 兩者就都會發生一定程度的形變。與螺栓連接的整體都屬于一個彈性體, 雖然受工作力時這個體系會發生形變, 但是會依照一個形變規則發生, 而不是隨意無序的發生形變。這就要求受力符合一定的關系, 這個關系會讓彈性體系發生形變時具有協調性。
1.2 螺栓聯接的預緊力
有一種可以通過實驗或計算得來的系數, 利用所得的外載體系就可以得知螺栓預緊大小與材質剛度之間的關系。要留有一定的預緊力可變程度, 準確計算螺栓聯接的預緊力矩。
1.3 螺栓聯接預緊力與疲勞強度
正常情況下螺栓強度是可以通過計算得到的, 但是有一種情況需要提前檢驗螺栓的疲勞強度, 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確的計算出螺栓總拉力以及平均拉力, 在此過程中經常被遺忘的測量因素就是螺栓的彈力幅度范圍, 這些數據都統計好之后就會發現螺栓聯接預緊力與疲勞強度之間的關系了。
經過大量的實驗和研究可以確定影響螺栓疲勞強度的因素, 并不是螺栓的平均力而是所受力的幅度。因此, 保持螺栓疲勞強度的方法之一就是提高預緊力。除此之外, 還可以觀察螺栓的壽命曲線, 根據圖像能夠很形象的判斷疲勞程度。隨著螺栓的應力幅不同, 疲勞強度也有所不同, 所以改變壓力是沒有任何變化的。
2 螺栓聯接疲勞強度安全系數計算
古德曼準則是用來對螺栓聯接疲勞強度的近似估算, 金屬零件的持久性可以由極限疲勞強度曲線決定, 前提是在周期循環力的作用下, 曲線上可以清楚地找到幅力和平均力的對應點。通過計算與對比, 螺栓聯接的疲勞強度安全系數是根據比值來定義的, 用曲線上的應力幅與實際的應力幅相比就得
到我們所需的安全系數。所得系數其實也是一個近似值, 如果想要測定系數的準確程度, 可以用限元的方法作為檢測方法。疲勞強度又分為綜合疲勞強度和極限疲勞強度。在給定預緊力與外力的前提下, 通過公式就可以開算出螺栓聯接中的極限疲勞強度。
實際情況下, 文章所提到的計算疲勞強度的公式是在忽略扭矩作用的前提下, 螺桿中的扭矩會在循環應力的作用下, 對疲勞強度的影響忽略不計, 所以就不用考慮。此外, 在螺栓以及接件工作的過程中, 如果綜合疲勞強度與預緊力都達到了一個固定不變的數值, 那么與之有密切關系的螺栓極限疲勞強度也會是一個常數。
螺栓產生疲勞的主要原因就是, 受力紋痕不均勻, 導致螺栓的不同牙位承受載荷份額不同, 情況嚴重時, 會產生裂痕。在分析計算公式的時候, 不能只考慮實驗數據和研究, 還應該針對性的對螺栓進行研究, 因為不同型號、不同形狀、不同材質的螺栓綜合疲勞強度、極限疲勞強度都是不相同的。也有實驗得出一個有關螺栓條紋的結論, 就是經過切削加工的螺紋, 一般具有更高的疲勞強度。
3 預緊力對螺栓聯接疲勞強度的影響
一般情況下, 交變外力是隨著預緊力而變化的, 但是當力沒有偏心作用時, 就不會隨著預緊力變化了, 這種情況發生的前提就是拉伸力小于預緊力。雖然變應力不隨著預緊力變大了, 但是平均力會隨著預緊力的變大而變大。這種變化會對螺栓的疲勞強度安全系數產生影響, 平均力變大, 通過計算得來的安全系數會變小, 從而導致按照正常情況下得來的結論有失誤和偏差。事實上, 外載荷是具有不確定性的, 可能偏低, 但是絕大多數情況下會偏高, 造成超載是螺栓聯接系統出現問題,造成分離。螺栓聯接的預緊力在循環作用力的作用下會慢慢變小, 疲勞強度會降低, 超負荷工作使螺栓聯接工作系統分離。這種情況下, 要應用剩余的應用力, 增強螺栓聯接系統的可塑性。
普通的螺栓聯接并不是所有的牙位都會受到力, 只有前三個會受到應用力作用, 所以當最初的預緊力非常大時, 是會產生剩余應用力的。計算機技術和新時代的理念在不斷感染人們的生產生活, 所以也有必要增強螺栓生產的可靠性, 進一步將強疲勞強度。
結語
綜上所述, 如果想要提高螺栓的疲勞強度就要從增大螺栓聯接的預緊力人手, 預緊力越大, 疲勞強度越大。相反當螺栓聯接的疲勞強度非常低時, 對于螺栓的損耗量會變大, 就浪費了資源, 所以提升了預緊力和疲勞強度, 一定程度上還意味著增加了螺栓的使用率。
