铮铮铁骨的紧固件为何折腰?解析疲劳成因及如何提高疲劳强度

紧固件在循环加载的情况下,在某点或者某些点产生永久的局部性损伤,并且在一定的循环次数后形成断裂、或者使裂纹进一步扩展知道完全断裂的现象。这种现象称为紧固件的疲劳。

紧固件为什么会产生疲劳?

疲劳通常发生在交变应力作用下,破坏通常起源于高应力,高应力的局部,疲劳损伤的结果是形成裂纹。

疲劳失效是疲劳损伤累积的结果,可以分为三个阶段

裂纹形成→裂纹扩展→瞬间断裂

疲劳断裂有哪些特征?

疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的轻度极限低,甚至比屈服极限低。

疲劳端口均为无明显塑性形变的脆断性突然断裂。

疲劳断裂是围观损伤积累到一定程度的结果。

对于螺栓,起失效形式主要是螺纹部分的塑性形变和螺杆的疲劳断裂,其中七成的破坏发生在与螺母联接的第一个螺牙、两成的破坏发生在螺纹与光杆的转变处、一成的破坏发生在螺栓头与螺杆过度圆角处。

提升紧固件疲劳强度的方法有哪些?

提高紧固件疲劳强度主要方法有以下三种:

  • 通过优化设计线下应力集中

  • 改善制造工艺

  • 设置适当的预紧力

严格控制螺栓的收尾尺寸消除应力集中:采用较大的过度圆角、切制卸荷槽、螺丝收尾处切制退刀槽

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优化螺栓的头下倾角也可以有效减少应力集中

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加强型螺纹与普通螺纹的主要区别在于外螺纹的小径d1和牙根过渡圆角R,和加强型螺纹的主要特点是小径d1较普通螺纹大些,牙根过渡圆角半径增R大,减小螺栓的应力集中,并且对R有具体的要求:

Rmax=0.18042P,Rmin=0.15011P,其中P为螺距

铮铮铁骨的紧固件为何折腰?解析疲劳成因及如何提高疲劳强度

普通螺栓联接的螺杆拉力主要被最前面的三牙受力螺纹承受,当初始预紧力足够大时,会是部分螺纹根局部进去塑性形变,同事在这些螺纹根部产生残余应力。螺纹根部产生的参与压应力,能提高螺纹的疲劳强度。

同事,塑性变形后的螺纹还能改善螺纹受力分布,使螺纹牙上的接触压力变小,由此也提高了螺纹的疲劳强度。如何的改变,还可能会使螺栓联接中强度最弱的部位被转移到那些强度相对更大的部位上去了。另外。在材料的屈服之后,螺栓联接的预紧力的进一步增加也会受到限制

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