如何提高螺栓连接强度?
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发布时间：2024-02-09 17:28
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时间：2024-02-10 03:20
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 F Q 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。
图 3 － 29 降低螺栓应力幅的措施
图3－30 腰状杆螺栓与空心螺栓 图3－31 弹性元件
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 ）。
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。
二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象
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。
（ a ）软垫片密封 （ b ）密封环
图 3－32 气缸密封元件
为了改善螺纹牙间载荷不均的情况，可以采用下述方法：
1 悬置螺母（图 3 — 35 a ），使螺栓和螺母同时受拉，以减小螺距差；
2 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。
3 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）
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
（ a ）悬置螺母 （ b ）环槽螺母 （ c ）内斜螺母 （ d ）
图 3 － 35 均载螺母结构
r = 0.2 d
（a）加大圆角 （b）卸载槽
图 3 － 37 圆角和卸载结构
三、减小应力集中的影响
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。
四、避免附加弯曲应力
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 ≈ d 1 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。
（ a ） （ b ） （ c ）
图 3 － 38 球面垫圈 图 3 － 39 螺栓承受偏心载荷
（a）凸台 （b）沉头座
图 3 － 40 凸台与沉头座 图 3 － 41 斜面垫圈
五、采用合理的制造工艺方法
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。
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。
图 3 － 42 冷镦与滚压加工
