螺栓疲劳断裂的特点

螺栓是一种典型的多缺口零件,其疲劳性能将明显地受到螺栓的结构、尺寸、材料及制造工艺等多种因素的影响。与同样材料的缺口件相比,其疲劳强度通常明显偏低。

其原因主要在于:

1、 各扣螺纹的受力不均匀;

2、 拉伸应力集中;

3、 弯曲应力集中;

4、 表面粗糙。

以上除第二项外,其余均为通常缺口将所不具有,而是螺栓连接体所特有的力学因素。

螺栓的螺纹实际上就是一个个的尖锐缺口,在外载作用下该处形成的应力集中将导致螺栓的疲劳强度显著降低。

除螺纹外,影响螺栓疲劳性能的另外薄弱部位是螺纹与杆部的过渡处及螺栓头部和杆部的过渡圆角处。由于截面的突然变化,在这些部位也存在较高的应力集中。

通常情况下,如杆部没有严重缺陷,螺栓的疲劳断裂都集中在应力集中的螺纹底部,或螺栓头部与杆部的过渡圆角处。机械加工螺栓的疲劳断裂多发生在螺纹底部;对于滚牙和搓牙制螺栓,螺纹底部和螺栓头部与杆部过渡圆角处的开裂机会相当;当螺栓由于试验机对中不良、夹具或装夹不当以及螺栓本身形状不规则而受到偏心载荷作用时,其疲劳断裂多发生在头部与杆部过渡圆角处。

常见的螺栓结构受到轴向拉伸载荷作用时,螺栓的各扣螺纹受力是不均匀的,一般是螺母内第一扣螺纹受力最大,随后各扣螺纹的受力依次减小,见图1、图2。但由于第一扣螺纹受变形的约束较小,易于产生变形而使根部应力松弛,因此,螺栓的疲劳断裂通常不发生在受名义应力最大内螺纹内第一扣螺纹底部,而是发生在应力状态较硬的第二扣螺纹底部或第一扣螺纹与第二扣螺纹之间的某处。

螺栓疲劳断裂的特点

图一

螺栓疲劳断裂的特点

图二

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