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【机械设计】如何提高螺栓联接的强度？

科技 2024-12-23 20:00 湖北

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文章背景

大多数情况下，受拉螺栓联接的强度决定于螺栓的强度。影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等等。

今天，螺丝君跟大家一起探讨一下提高螺栓强度的措施。

01

改善螺纹牙间的载荷分布

采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的，如图1(a)所示，从螺母支承面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减。

理论分析和试验证明，旋合圈数越多，载荷分布不均的程度也越显著，到第 8～10 圈以后，螺纹几乎不受载荷。所以，采用圈数多的厚螺母，并不能提高联接强度。

若采用图1(b) 的悬置（受拉）螺母，则螺母锥形悬置段与螺栓杆均为拉伸变形，有助于减少螺母与栓杆的螺矩变化差，从而使载荷分布比较均匀。

图1(c)为环槽螺母，其作用和悬置螺母相似。

图 1

02

避免或减小附加应力

由于设计、制造或安装上的疏忽，有可能使螺栓受到附加弯曲应力（图 2），这对螺栓疲劳强度的影响很大，应设法避免。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

例如，在铸件或锻件等未加工表面上安装螺栓时，常采用凸台或沉头座等结构，经切削加工后可获得平整的支承面（图 3）。

图 2

图 3

03

减小应力集中

螺纹的牙根、螺栓头部与栓杆交接处，都有应力集中，是产生断裂的危险部位。其中螺纹牙根的应力集中对螺栓的疲劳强度影响很大。

可采取增大螺纹牙根的圆角半径、在螺栓头过渡部分加大圆角（图 4(a)）或切制卸载槽（图 4(b)、4(c)）等措施来减小应力集中。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

图 4

04

减小应力幅

螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度越高。在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件的刚度都能达到减小应力幅的目的（见图 5），但预紧力则应增大。

图 5

减小螺栓刚度的措施有：适当增大螺栓的长度；部分减小栓杆直径或作成中空的结构即柔性螺栓。在螺母下面安装弹性元件（图 6），也能起到柔性螺栓的效果。柔性螺栓受力时变形量大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动。

图 6

为了增大被联接系统的刚度，不宜用刚度小的垫片。图7 所示的密封连接以用密封圈为佳。

图 7

05

改善制造工艺

制造工艺对螺栓的疲劳强度有很大影响。对于高强度钢制螺栓，更为显著。采用輾制螺纹时，由于冷作硬化的作用，表层有残余压应力，金属流线合理，螺栓疲劳强度比车削的高。碳氮共渗、氮化、喷丸处理都能提高螺栓疲劳强度。

机械设计的内容讲解到此结束，留言功能已开通，欢迎各位进行补充。

-End-

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