(经典)螺栓疲劳强度计算方法的对比与选择.pdf

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1、螺栓疲劳强度计算方法的对比与选择周志鸿!李静"北京科技大学土木与环境工程学院设备工程系!北京%)))+$(摘要!介绍了承受交变载荷的螺栓联接进行疲劳强度计算的几种方法$按照最小应力保持不变计算%按照应力幅计算%按照应力比保持不变计算%用疲劳损伤累积假说计算和有限元法计算&并用前四种方法对两个实例进行了计算比较!得出各计算方法的选择依据&关键词!螺栓联接’疲劳强度’计算方法中图分类号!!"#$%&’文献标识码!#承受交变载荷作用的螺栓联接!其失一介绍!并加以比较&效形式主要为疲劳破坏!此时进行螺栓强#螺栓的受力分析度计算除了用最大载荷进行静强度计算外!还须进行疲劳强

2、度的计算!以保证该零绝大多数螺栓联接都是紧联接!在承部件既不会在最大载荷下发生静强度断受预紧力!(作用的同时!还承受由)到!*裂!也不会在循环载荷下发生疲劳破坏&本循环变化的脉动工作载荷!典型脉动工作文将对现有的螺栓疲劳强度的计算方法作载荷变化图参见图%&力拉作!*工)时间图!螺栓工作拉力!"变化示意图螺栓在承受工作载荷后!根据螺栓和*所示&被联接件的变化情况!螺栓的预紧力!)会螺栓受到的总拉力!$等于残余预紧力减少至残余预紧力!%!其变化示意图如图!%与工作拉力!*之和&总拉力!$的计算公#凿岩机械气动工具!!""!""#力紧预余残!#!&&时间图"螺栓内部残余

3、预紧力!#变化示意图式为$"#称为螺栓的相对刚度!其取值"#$"%"#!!"!#$!%"!&$%!%"#&由垫片材料决定)一般推荐下列数据$金属"#$"%垫片或无垫片&’%(&)!!皮革垫片&)*!铜皮式中!!(’(螺栓的总拉力石棉垫片&)+!橡胶垫片&),-#.)!&((螺栓的预紧力!%((螺栓的工作拉力由式*##可以看到!总拉力!!由!&到"#((螺栓的刚度!!%&’变化!总拉力!!的变化示意图如图!所示)"%((被联接件的刚度力拉总!!!!04!&&时间图!螺栓受到的总拉力!!变化示意图%螺栓疲劳强度计算与校核的即!012""对螺栓进行疲劳强度计算)其疲劳强

4、度计算的强度公式为方法简介)"%!3#$*+!3"!#!012!-).*%#*&"$#按照最小应力保持不变计算疲劳强度*+!$"!#*%!&$!012#由图!可以看出!螺栓承受拉力最小值式中)*&((计算安全系数保持不变!由!"!/(可知!螺栓的最小应力!3#((材料对称循环拉压疲劳极限!值保持不变!因此可按照最小应力保持不变!具体值可由下式计算得出凿岩机械气动工具!!""!""##!!!!!!"$$许用安全系数!对螺栓联接#!!!"$$许用应力幅!!!"-8,33!!"$%&’(’)*!!3"’$!!+,-*)’."!"/!#%见文献!’"!!3"$$按应力幅计

5、算时的许用安全!0$$材料的抗拉强度极限!具体值系数!对螺栓联接!!!3"-可查机械设计手册,&:!’&:!1$$材料的屈服强度极限!具体值其他参数意义同上&可查机械设计手册满足式(.#条件即为满足疲劳强度要求&"!$$应力折算系数另外!还有一种按照应力幅进行计算的"-!+,公式!;"!!#!3!!!3"(;#$!$$疲劳极限的综合影响系数式中!3$$循环拉应力的应力幅%!,,$!-"/+,%!-!4358!467#!$!$23’其中%!$$有效应力集中系数!具体值可!!3"$$许用应力幅!同上查文献!%"满足式(;#条件即为满足疲劳强度要求&#$$尺寸系数!具体

6、值可查文献!%"!!"#按照应力比保持不变计算疲劳强度$!$$表面质量系数!具体值可查文还有一种螺栓疲劳强度计算的方法!即献!%"按照应力比%-!)8!’保持不变进行计算$$$强化系数!具体值可查文献!%"!/!2)’!3$$循环拉应力的应力幅!-!8,!!!""’(:#!435+!467$!!’/"!!)!3-’式中各参数意义同上!435$$最大应力值满足式(:#条件即为满足疲劳强度要求&!467$$最小应力值!"$用疲劳损伤累积假说计算疲劳强度满足式"’%条件即为满足疲劳强度要求&前面介绍的几种计算螺栓疲劳强度的!"!按照应力幅计算疲劳强度方法!都是对于规律性

7、的交变应力!而对于拉力幅&’是影响螺栓疲劳强度的最大非规律性的变应力!计算时!可以先简化为因素&分级稳定交变应力(如图;所示#!按照疲&3-"&.4358&*%9’劳损伤累积假说!即米奈(<67=>#法则!进式中&3$$螺栓的拉力幅行计算&疲劳强度计算公式为!,"&.435$$螺栓的总拉力最大值&*$$螺栓的预紧力!13-!+,!!!"(@#拉力幅是影响螺栓疲劳强度的主要因!?3&式中!13$$计算安全系数素!由!-可知!可按照应力幅进行螺栓(!+,$$材料对称循环拉压疲劳极限!疲劳强度的计算!其计算公式为!."具体值可由下式计算得出!!3"!+,-*&’.(!1

8、/!0#!