据对于现在发生的螺栓失效情况的不完全统计, 原因几乎都是疲劳强度过大, 而产生的这样的现象也是因为对螺栓的集中、过度应用。螺栓联接的问题可以说是多方面接触问题, 在使用过程中难免需要重复加载, 所以各个设备之间的关系变得较为复杂, 在分析螺栓预紧大小与疲劳强度之间的关系时需要考虑的因素就变得更多, 对于安全系数的计算也就变得较为复杂了。

1 螺栓预紧大小与疲劳强度的关系

    有些螺栓接头可以承受交变负荷, 这是预紧的大小与疲劳强度之间的关系就很容易被发现规律, 预紧力越大, 疲劳强度越大, 反之则小。

1.1 螺纹连接的受力和变形

    与螺栓联接在一起工作的还有很多接件, 当螺栓受一定预紧力或者工作压力时, 两者就都会发生一定程度的形变。与螺栓连接的整体都属于一个弹性体, 虽然受工作力时这个体系会发生形变, 但是会依照一个形变规则发生, 而不是随意无序的发生形变。这就要求受力符合一定的关系, 这个关系会让弹性体系发生形变时具有协调性。

1.2 螺栓联接的预紧力

    有一种可以通过实验或计算得来的系数, 利用所得的外载体系就可以得知螺栓预紧大小与材质刚度之间的关系。要留有一定的预紧力可变程度, 准确计算螺栓联接的预紧力矩。

1.3 螺栓联接预紧力与疲劳强度

    正常情况下螺栓强度是可以通过计算得到的, 但是有一种情况需要提前检验螺栓的疲劳强度, 这类特殊又常见情况的就是受工作变化载荷的螺栓。通过螺栓所受载荷要准确的计算出螺栓总拉力以及平均拉力, 在此过程中经常被遗忘的测量因素就是螺栓的弹力幅度范围, 这些数据都统计好之后就会发现螺栓联接预紧力与疲劳强度之间的关系了。

    经过大量的实验和研究可以确定影响螺栓疲劳强度的因素, 并不是螺栓的平均力而是所受力的幅度。因此, 保持螺栓疲劳强度的方法之一就是提高预紧力。除此之外, 还可以观察螺栓的寿命曲线, 根据图像能够很形象的判断疲劳程度。随着螺栓的应力幅不同, 疲劳强度也有所不同, 所以改变最大压力是没有任何变化的。

2 螺栓联接疲劳强度安全系数计算

    古德曼准则是用来对螺栓联接疲劳强度的近似估算, 金属零件的持久性可以由极限疲劳强度曲线决定, 前提是在周期循环力的作用下, 曲线上可以清楚地找到幅力和平均力的对应点。通过计算与对比, 螺栓联接的疲劳强度安全系数是根据比值来定义的, 用曲线上的应力幅与实际的应力幅相比就得

到我们所需的安全系数。所得系数其实也是一个近似值, 如果想要测定系数的准确程度, 可以用限元的方法作为检测方法。疲劳强度又分为综合疲劳强度和极限疲劳强度。在给定预紧力与外力的前提下, 通过公式就可以开算出螺栓联接中的极限疲劳强度。

    实际情况下, 文章所提到的计算疲劳强度的公式是在忽略扭矩作用的前提下, 螺杆中的扭矩会在循环应力的作用下, 对疲劳强度的影响忽略不计, 所以就不用考虑。此外, 在螺栓以及接件工作的过程中, 如果综合疲劳强度与预紧力都达到了一个固定不变的数值, 那么与之有密切关系的螺栓极限疲劳强度也会是一个常数。

    螺栓产生疲劳的主要原因就是, 受力纹痕不均匀, 导致螺栓的不同牙位承受载荷份额不同, 情况严重时, 会产生裂痕。在分析计算公式的时候, 不能只考虑实验数据和研究, 还应该针对性的对螺栓进行研究, 因为不同型号、不同形状、不同材质的螺栓综合疲劳强度、极限疲劳强度都是不相同的。也有实验得出一个有关螺栓条纹的结论, 就是经过切削加工的螺纹, 一般具有更高的疲劳强度。

3 预紧力对螺栓联接疲劳强度的影响

    一般情况下, 交变外力是随着预紧力而变化的, 但是当力没有偏心作用时, 就不会随着预紧力变化了, 这种情况发生的前提就是拉伸力小于预紧力。虽然变应力不随着预紧力变大了, 但是平均力会随着预紧力的变大而变大。这种变化会对螺栓的疲劳强度安全系数产生影响, 平均力变大, 通过计算得来的安全系数会变小, 从而导致按照正常情况下得来的结论有失误和偏差。事实上, 外载荷是具有不确定性的, 可能偏低, 但是绝大多数情况下会偏高, 造成超载是螺栓联接系统出现问题,造成分离。螺栓联接的预紧力在循环作用力的作用下会慢慢变小, 疲劳强度会降低, 超负荷工作使螺栓联接工作系统分离。这种情况下, 要应用剩余的应用力, 增强螺栓联接系统的可塑性。

    普通的螺栓联接并不是所有的牙位都会受到力, 只有前三个会受到应用力作用, 所以当最初的预紧力非常大时, 是会产生剩余应用力的。计算机技术和新时代的理念在不断感染人们的生产生活, 所以也有必要增强螺栓生产的可靠性, 进一步将强疲劳强度。

结语

    综上所述, 如果想要提高螺栓的疲劳强度就要从增大螺栓联接的预紧力人手, 预紧力越大, 疲劳强度越大。相反当螺栓联接的疲劳强度非常低时, 对于螺栓的损耗量会变大, 就浪费了资源, 所以提升了预紧力和疲劳强度, 一定程度上还意味着增加了螺栓的使用率。