歡迎來到淘金地

連接中螺栓如何承受載荷

來源： 發(fā)布時間：2025-07-07

螺栓在連接中的載荷承受機制

一、主要機理：預(yù)緊力與載荷分配

1. 預(yù)緊力的基礎(chǔ)作用

  • 初始夾緊與靜摩擦：
    預(yù)緊力使被連接件壓緊，產(chǎn)生靜摩擦力，這是螺栓連接承載橫向載荷的基礎(chǔ)。例如，發(fā)動機缸蓋螺栓通過預(yù)緊力確保密封性，防止氣體泄漏。

  • 應(yīng)力分配公式：
    螺栓總拉力 F=F′+ΔF，其中 F′ 為剩余預(yù)緊力，ΔF 為工作載荷增量。若預(yù)緊力不足，連接可能松動；若過大，螺栓可能因應(yīng)力集中而斷裂。

2. 載荷分配機制

  • 剛度匹配決定載荷比例：
    螺栓與被連接件的剛度比 Cb/Cm 決定載荷分配。若 Cb/Cm<0.2，螺栓將承擔(dān)大部分軸向載荷。例如，M12螺栓在剛度比0.2時，載荷分配系數(shù)達(dá)0.8，承擔(dān)80%的軸向力。

  • 動態(tài)載荷下的滑移與承載：
    振動或沖擊載荷下，接觸面可能滑移，螺栓需通過摩擦力或剪切力承載：

    • 橫向載荷：當(dāng) FQ>μF′ 時，螺栓承受剪力 Fsq=FQ?μF′。

    • 扭轉(zhuǎn)載荷：類似地，扭矩引起的剪力 Fst=qMraMT，其中 qM 為接觸面?zhèn)€數(shù)，ra 為等效扭轉(zhuǎn)半徑。

二、關(guān)鍵影響因素與優(yōu)化措施

1. 材料與工藝影響

  • gaoqiang度螺栓：
    選用10.9級或12.9級螺栓，經(jīng)滲碳淬火后表面硬度達(dá)750HV0.3，心部硬度30-35HRC，抗拉強度提升30%，疲勞壽命延長50%。

  • 表面處理：

    • 噴丸處理：引入殘余壓應(yīng)力，降低應(yīng)力集中，疲勞強度提升20%-40%。

    • 氮化處理：提高表面耐磨性，適用于高負(fù)荷場景。

2. 環(huán)境與動態(tài)載荷適應(yīng)

  • 高溫環(huán)境：
    熱膨脹差異可能導(dǎo)致附加彎矩，需通過柔度設(shè)計（如增加結(jié)構(gòu)柔度）或設(shè)置可控位移量緩解。例如，發(fā)動機缸蓋螺栓需考慮溫度波動對預(yù)緊力的影響。

  • 振動與沖擊：
    采用自鎖螺母或螺紋膠（如樂泰243）防松，避免預(yù)緊力損失。動態(tài)載荷下，螺栓軸力可能因滑移而波動，需控制摩擦系數(shù)（建議0.1-0.2）以提升收斂性。

3. 設(shè)計優(yōu)化策略

  • 剛度比調(diào)整：
    通過增加被連接件剛度（如使用剛度較大的墊片）或降低螺栓剛度（如采用腰桿狀設(shè)計），減少螺栓承受的載荷比例。

  • 接觸面設(shè)計：
    優(yōu)化螺紋牙形（如圓弧牙谷）降低應(yīng)力集中，螺紋滾壓工藝比切削工藝強度高20%-30%。

三、失效模式與解決方案

1. 疲勞斷裂

  • 主因：變載荷下應(yīng)力幅 Δσ 過大。

  • 對策：

    • 控制預(yù)緊力在屈服強度的70%-80%。

    • 表面硬化（如氮化）或噴丸處理，提升疲勞強度。

2. 松動

  • 主因：動態(tài)載荷導(dǎo)致預(yù)緊力損失。

  • 對策：

    • 采用DIN 267鎖緊裝置或螺紋膠。

    • 分階段擰緊（預(yù)緊、中緊、終緊），每階段停留3-5秒以減少應(yīng)力集中。

3. 過載斷裂

  • 主因：預(yù)緊力過大或工作載荷超預(yù)期。

  • 對策：

    • 精確計算載荷分配系數(shù)，避免螺栓超設(shè)計載荷。

    • 使用gaoqiang度材料（如SCM435合金鋼）提升承載能力。

四、典型案例與數(shù)據(jù)支撐

1. 發(fā)動機缸蓋螺栓

  • 問題：高溫導(dǎo)致預(yù)緊力損失，螺栓斷裂。

  • 解決方案：

    • 熱車后補擰螺栓，維持預(yù)緊力。

    • 采用耐熱合金鋼（如鎳基合金）抵抗熱應(yīng)力。

2. 風(fēng)電場基礎(chǔ)螺栓

  • 問題：螺栓連接失效率高（5%）。

  • 解決方案：

    • 精確控制預(yù)緊力（誤差≤±5%），結(jié)合超聲波軸力檢測。

    • 失效率降至0.2%以下。

3. 汽車底盤螺栓

  • 問題：疲勞強度不足，松動率高（12%）。

  • 解決方案：

    • 優(yōu)化滲碳淬火工藝（滲碳層深度0.15-0.28mm）。

    • 表面噴丸處理，疲勞強度提升25%，松動率降至2%以下。

五、總結(jié)：螺栓載荷承受的關(guān)鍵點


因素 影響機制 優(yōu)化措施
預(yù)緊力 初始夾緊與靜摩擦，決定載荷分配基礎(chǔ) 控制預(yù)緊力在屈服強度的70%-80%，采用轉(zhuǎn)角法或超聲波檢測
剛度比 決定軸向載荷分配比例，剛度比越低，螺栓承載越高 調(diào)整被連接件剛度（如增加厚度）或螺栓剛度（如腰桿狀設(shè)計）
表面處理 噴丸、氮化提升疲勞強度，降低應(yīng)力集中 滾壓螺紋（強度高20%-30%），涂布螺紋膠（如樂泰243）防松
動態(tài)載荷 振動導(dǎo)致滑移，熱應(yīng)力引起附加變形 采用自鎖螺母，分階段擰緊，熱車后補擰
材料選擇 gaoqiang度材料（10.9級）提升抗拉與疲勞性能 滲碳淬火（表面硬度750HV0.3），合金鋼（如SCM435）抵抗高溫與腐蝕


通過綜合優(yōu)化上述因素，螺栓連接的載荷承受能力可明顯提升，滿足高負(fù)荷、高振動、高腐蝕等惡劣環(huán)境下的使用需求。

公司信息

聯(lián) 系 人：

手機號：

電話：

郵箱：

網(wǎng)址：

地址：

本日新聞 本周新聞 本月新聞
返回頂部