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主要產(chǎn)品:螺栓、螺母、墊圈、鋼結(jié)構(gòu)配件、光伏配件、龍骨配件、爬架配件

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螺栓過屈服擰緊,再受到很大拉力會斷嗎?

發(fā)布時間:2023-11-22

背 景

螺栓擰緊包括扭矩法,扭矩轉(zhuǎn)角法(彈性區(qū)域),扭矩轉(zhuǎn)角法(塑性區(qū)域),屈服點法,張拉法等。


由于過屈服擰緊能夠產(chǎn)生足夠大的預(yù)緊力,且擰緊后的預(yù)緊力與螺栓的摩擦系數(shù)影響很少,能夠保證預(yù)緊力非常穩(wěn)定,所以,當前很多在不需要重復(fù)拆裝的場合下,過屈服擰緊非常普遍。


目前很多螺栓采用扭矩轉(zhuǎn)角法擰緊到過屈服段的塑性區(qū)域,例如發(fā)動機的缸蓋螺栓,這是非常常見的擰緊方式。


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VDI 2230扭矩法擰緊采用90%利用率:

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在 VDI 2230 中,螺栓在裝配期間的利用率為 90%,目的是確保螺栓仍有10%的螺栓利用率儲備,以應(yīng)對額外的外部載荷。同樣,還有一個考慮,就是VDI 2230計算中采用螺紋的公稱直徑,但是,實際螺栓往往螺紋都有一定的公差,特別對于小螺釘來說,這個螺紋公差可能會嚴重影響螺紋的應(yīng)力截面積,如果用100%的利用率,就有可能在裝配中出現(xiàn)擰斷的風險。


然而,最新的研究和多年的實踐經(jīng)驗表明,裝配后螺栓的總應(yīng)力往往會立即降低。這個減少的應(yīng)力就為螺栓受到外載荷時候產(chǎn)生的額外工作應(yīng)力釋放了儲備。

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過屈服擰緊預(yù)緊力變化分析:

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即使螺栓在裝配過程中已完全達到屈服點(ν = 1.0),也可以在受到外力時候承受額外的應(yīng)力,而不會危及連接的操作安全。下面以 M16-12.9 螺栓連接為例進行說明。


螺栓按照選定的預(yù)緊力為 FM= 0.8 F0,2進行擰緊,計算出的等效應(yīng)力 σred約為 0.93 Rp0,2,因此會出現(xiàn)以下情況:


? 去除外部擰緊扭矩(擰緊扭矩 MA,也就是擰緊時候擰緊套筒從螺栓頭脫開后)后,螺栓的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力減小,因此整個螺栓連接系統(tǒng)的等效應(yīng)力(拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力合應(yīng)力)也隨之減小。


? 在擰緊扭矩去除后,拉伸應(yīng)力和施加的預(yù)緊力幾乎保持不變(實際裝配完成后會因為嵌入損失造成一定的預(yù)緊力衰減,從而拉伸應(yīng)力和施加預(yù)緊力會稍有下降)。


? 在工作載荷下,拉伸應(yīng)力會因外部軸向拉力載荷而導致螺栓的附加應(yīng)力,螺栓的總拉應(yīng)力會增加,這樣等效應(yīng)力就會增加了。這個時候可以認為扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力幾乎保持不變。


? 即使施加 100 kN 的軸向拉力(相當于 M16-12.9 螺栓屈服點拉力的約 60%),也無法達到裝配過程結(jié)束時的總應(yīng)力狀態(tài)。 

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裝配過程后螺栓的松弛量尤其取決于螺栓連接的幾何設(shè)計和摩擦條件,表面狀態(tài)。因此,無法提供普遍有效的信息。試驗證明等效應(yīng)力最多可能降低 10%。

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系統(tǒng)的這種緩解是即使在過彈性預(yù)應(yīng)力螺栓連接的情況下也不必擔心影響使用壽命的主要原因之一:


當扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下降到原始值的 50%時--這種數(shù)量級的下降可以被多次發(fā)現(xiàn)(甚至在橫向剪切力載荷下這種下降可能會達到更大)。因此,由于扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的下降,此時即使螺栓附加拉力 FSA相對較高,螺栓的屈服強度一般也不會再次達到。


根據(jù)相關(guān)的研究,即使最大螺栓預(yù)緊力 FS也能達到拉伸試驗中確定的屈服強度,此時也僅僅是達到螺栓的這種屈服,而且在本圖分析中還沒有把前面嵌入損失考慮進去。

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由此可見,螺栓即使擰緊到超彈性(過屈服),再受到較大外拉力,螺栓一般也不會繼續(xù)產(chǎn)生屈服。從另外一個方面來說,即使受到外力產(chǎn)生屈服,那么,只要后續(xù)的外力不會比第一次大,再往后也就不會讓螺栓繼續(xù)產(chǎn)生屈服了。


螺絲君經(jīng)驗與總結(jié)

L.S.ENGINEER  Experience and Summary

1、 螺栓裝配后,在拆卸套筒后,螺栓連接系統(tǒng)就會發(fā)生嵌入損失,造成螺栓的應(yīng)力下降。


2、 螺栓裝配后,在承受外載荷,特別是橫向剪切載荷作用后,螺栓連接的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力會下降,按照VDI 2230標準要求會下降50%以上。


3、 由于螺栓連接系統(tǒng)相對剛度的影響(例如VDI 2230計算時候,F(xiàn)SA=Φen*FA,由于Φen非常小,按照VDI 2230例題1中數(shù)據(jù)可達0.056,因此即使非常大的外載荷,螺栓實際增加的預(yù)緊力非常小),即使承受比較大的外部拉力,螺栓增加的載荷不會太大。


4、 退一步,萬一超過了螺栓的屈服,只要后續(xù)載荷比第一次載荷,螺栓也不會繼續(xù)發(fā)生屈服。


綜上所述,螺栓即使過屈服擰緊,完全可以繼續(xù)承受比較大的外部拉力。




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