Question

提高螺纹连接强度的措施有哪些？

Answer 1

一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅\r\n\r\n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FQ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。\r\n\r\n图3－29降低螺栓应力幅的措施\r\n\r\n图3－30腰状杆螺栓与空心螺栓图3－31弹性元件\r\n\r\n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）。\r\n\r\n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。\r\n\r\n二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象\r\n\r\n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。\r\n\r\n（a）软垫片密封（b）密封环\r\n\r\n图3－32气缸密封元件\r\n\r\n为了改善螺纹牙间载荷不均的情况，可以采用下述方法：\r\n\r\n1悬置螺母（图3—35a），使螺栓和螺母同时受拉，以减小螺距差；\r\n\r\n2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。\r\n\r\n3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）\r\n\r\n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\r\n\r\n（a）悬置螺母（b）环槽螺母（c）内斜螺母（d）\r\n\r\n图3－35均载螺母结构\r\n\r\nr=0.2d\r\n\r\n（a）加大圆角（b）卸载槽\r\n\r\n图3－37圆角和卸载结构\r\n\r\n三、减小应力集中的影响\r\n\r\n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。\r\n\r\n四、避免附加弯曲应力\r\n\r\n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≈d1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。\r\n\r\n（a）（b）（c）\r\n\r\n图3－38球面垫圈图3－39螺栓承受偏心载荷\r\n\r\n（a）凸台（b）沉头座\r\n\r\n图3－40凸台与沉头座图3－41斜面垫圈\r\n\r\n五、采用合理的制造工艺方法\r\n\r\n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。\r\n\r\n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。\r\n\r\n图3－42冷镦与滚压加工