螺栓组件位置对螺栓连接性能的影响单螺栓组件位置的影响 上海能祥机械设备有限公司2020-04-20 17:18:01
在现代机械工业中，螺栓连接形式被广泛使用，特别是在压力容器工业中。它的优点是连接可靠，易于拆卸和维护等。螺栓上的初始预紧力不仅保证了连接的密封性能[1]，而且使连接的零件在外部载荷的作用下不会发生相对运动[2]。螺栓的常见失效方式包括疲劳，螺栓的剪切和松动等。[3]
]，螺栓的失效不仅会增加工业机器的维护成本和不必要的停机时间，而且还会引起严重的工业事故。 [4]。
良好的螺栓连接性能不仅取决于初始预紧力[5G7]，接触表面摩擦系数[8G9]和材料[10]，还取决于螺栓直径[ [图11]以及螺栓和螺栓孔之间的组装位置。
许多学者对螺栓组装问题进行了大量研究。
Lawlor和McCarthy等。 [12G13]研究了螺栓孔间隙对螺栓连接的影响。研究表明，螺栓和螺栓孔的装配间隙不仅会影响载荷分布，还会影响螺栓的疲劳寿命。
马传宝等。 [14]研究了轴线与孔中心的偏移，考虑了成功组装螺栓和螺栓孔的可能性，并考虑了位置对双孔螺栓连接的影响。
Mccarthy和Egan等。 [15G16]研究了装配间隙对螺栓连接的影响。研究表明，装配间隙会影响螺栓连接的强度，刚度和疲劳寿命，但研究中并未考虑位置的影响。
目前，关于螺栓装配位置对连接性能影响的研究尚不完善，没有关于装配位置对螺栓连接性能影响的理论或实验定量研究。
作者研究了螺栓装配位置对螺栓连接性能的影响，并确定了螺栓和螺栓孔的相对位置对螺栓可靠性和连接寿命的影响。
1经验经验
可以简化螺栓连接，如图1所示，假设外部载荷为横向剪切载荷，该载荷可应用于任何连接。 ##为了研究螺栓和螺栓孔之间的组装位置对螺栓连接的影响，设计了一种实验装置，如图2所示。 3.
在实验中，使用M12螺栓和螺母，螺距为1.75mm，材料为304不锈钢。连接材料为304不锈钢，厚度为18mm，螺栓孔直径为12.7mm，螺栓与螺栓孔之间的最大间隙为0.7mm。
为了保护连接器的接触面，在连接器之间以及螺母和连接器之间放置了铜带和垫片。
其中，铜带上涂有润滑油。
垫片的材料是304不锈钢。
实验之前，应使用无水乙醇擦洗所有接触表面，以去除表面的油渍和杂质。
在实验中，螺栓夹紧力的变化由负载传感器收集，最大范围为50kN。实验装置放在Instron 8872上，其最大拉伸载荷为25kN，可以满足实验需求。实验是在室温下进行的。
连接件的一端固定，一端施加周期性的动态载荷。
螺栓连接通过螺母的相对旋转
旋转以产生预应力以实现连接。
为了便于拆卸和组装以及部件更换，在螺栓和螺栓孔之间使用了间隙配合。
在实际组装中，螺栓孔之间的最小配合间隙无法控制为某个值，具体取决于加工方法和组装技术。从理论上讲，螺栓和螺栓孔组件的最合理位置是确保两者的轴线重合，以便螺栓和螺栓孔之间有良好的对齐。
在实际的组装过程中，由于组装工具，工艺和方法的不确定性，螺栓的组装位置不能完全处于理论上合理的位置，两轴之间存在一定的相对距离。
将螺栓组装在靠近螺栓孔壁表面的位置时，一个远离侧向载荷，另一个靠近侧向载荷。
在实验中，外部载荷控制模式使用位移控制。外部负载位移以正弦曲线加载，频率为1 Hz，位移与时间之间的关系为
δ\\ u003d0.45sin2πt1
其中：δ是拉伸位移，mm； t是加载时间s。
在实验中，用扭矩扳手预紧螺栓。施加到载荷传感器的扭矩值为7.5kN，则螺栓的初始预载荷为7.5kN。在此实验中，螺栓的夹紧力由负载传感器收集，以避免扭矩扳手
读数引起的误差。
夹紧连接器时，请检查螺栓孔之间的对准情况。
为了确保实验数据收集的可靠性，在实验之前对负载传感器进行校准，以确定负载传感器数据收集的相对误差是否满足实验要求。
在校准过程中，将压力负载施加到称重传感器上。校准数据如图4所示。
为了更好地比较负载传感器和测试机的测试数据，在数据处理过程中会获取测试数据的绝对值。
校准数据表明，传感器的最大相对误差为1.91，数据遵循良好，可以满足实验要求，可以保证所采集数据的可靠性和合理性。
2分析
2.1螺栓连接寿命分析
在周期性外部载荷的作用下，螺栓承受往复剪切载荷，这会削弱夹紧力并使螺栓自松。
在螺栓自松的过程中，螺栓和螺母之间会发生相对旋转，并且螺母会出现轴向松开[16]。预紧力P0和夹紧力P对于测量螺栓的自松性和连接寿命很重要
参数，三个组装位置的螺栓夹紧力的变化
与螺栓组装时的比较当靠近载荷而远离载荷时，螺栓的中间组装过程中的疲劳寿命更高，连接更可靠。
比较不同装配位置螺栓夹紧力的变化，可以得出结论，在外力作用下，当螺栓轴线偏离螺栓孔轴线组件时，螺栓连接的疲劳寿命小，并且螺栓连接更可能松动，这不利于结构紧密
solid。
2.2工作荷载分析
作为分析螺栓松动的重要参数，工作载荷可以反映克服连接面上的摩擦力的难度。较大的摩擦力需要较大的工作负荷才能克服。
同时，工作负载的方向会影响连接表面上的摩擦方向。
组装不同位置时的工作负荷
F，循环次数N与载荷位移δ
之间的关系在循环实验中，磁滞线的形状发生了显着变化：早期由磁滞线形成的包络面积显着滞后线的包络面积大于后期的滞后线的包络面积，并且随着循环次数的增加
减小。
解释说，随着循环的进行，夹紧力的减小使接触面之间的摩擦力
如果减小，则随着摩擦力的增加，摩擦功将减小。循环数。如果要获得实验中设置的外部载荷位移，则所需的外部载荷会变小。
3结果和讨论
由于由于螺栓装配的随机性，螺栓在螺栓孔中的位置也是随机分布的，因此不能保证两者的轴线完全重合。
理想的情况是，在组装螺栓时，螺栓的轴线和螺栓孔的轴线彼此重合，以确保螺栓孔和螺栓之间完全对齐。
螺栓和螺栓孔的完全对准，如图9a所示，偏移组件
db是螺栓的直径； dn是螺栓孔的直径； Cmin是组装的最小间隙； Cmax是组装的最大间隙； Cd是组装后螺栓轴线与螺栓孔轴线之间的距离； O1是螺栓的中心； O2是螺栓孔
圆心。
定义Ψ为定心度，以表征螺栓的装配位置，计算公式为
Ψ\\ u003d Cmin /Δ/ 2 2
在公式中：The的值为[0,1]； Δ是螺栓半径与螺栓孔半径之差。
当螺栓连接承受横向周期性外部载荷且载荷幅度较小时，Ψ越大，螺栓和螺栓孔之间就有足够的空间来满足螺栓在周期性拉伸过程中的相对运动。
会发生剪切接触；如果载荷幅度大且螺栓头与连接器之间的相对滑动明显，则在消耗Cmin后，螺栓会被连接器剪切，螺栓与螺栓孔接触。
smaller越小，螺栓和螺栓孔的对准越差。螺栓轴线与螺栓孔中心线之间的相对距离很小。较小的载荷幅度会使螺栓与螺栓孔发生剪切接触。
Cmin越小，螺栓和螺栓孔的对准越差。在相同载荷下，螺栓和螺栓孔更容易发生剪切接触，这不利于结构紧固。
在组装过程中控制Cmin的大小可以有效地延长螺栓连接的使用寿命并确保连接的可靠性。
4总结
＃ ##为了研究螺栓组件位置对螺栓连接松动的影响，进行了实验来设计螺栓连接。
实验结果表明：当螺栓与螺栓孔完全对中时，在侧向载荷的作用下，螺栓孔壁与螺栓之间不易发生剪切，连接寿命长，且连接可靠；螺栓未与螺栓孔对齐。
此时，螺栓与螺栓孔壁之间容易发生剪切接触，螺栓的夹紧力损失更大，容易产生松动，连接疲劳寿命低。
因此，在组装螺栓时，通过控制螺栓和螺栓之间的对准，可以有效地改善螺栓连接的抗松性和连接寿命，并可以确保螺栓连接的可靠性。 ##