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螺栓斷裂的原因探析
各種機(jī)器及部件在連接裝配中離不開緊固件,。緊固件給機(jī)械工業(yè)帶來(lái)了方便,,但是,它有一個(gè)不可避免的弱點(diǎn),,即在劇烈震動(dòng)中會(huì)自行松脫,,致使部件或一臺(tái)完整的設(shè)備損壞、解體,,甚致釀成事故,。
為解決緊固件的松脫問題,從螺紋緊固件誕生開始,,世界上許多國(guó)家的科學(xué)家和工程師作了大量的試驗(yàn)和研究,,他們采用鎖片、銷釘,、尼龍嵌入,、變形螺紋、化學(xué)涂膠等方法,,在一定程度上延緩了緊固件自行松脫的時(shí)間,,但是,沒有根本解決問題,。
所謂螺栓連接是由頭部和螺桿(帶有外螺紋的圓柱體)兩部分組成的一類緊固件,,常與螺母配合,,用于緊固連接兩個(gè)帶有通孔的零件。這種連接形式稱為螺栓連接,。
螺栓連接廣泛存在于機(jī)械裝配結(jié)構(gòu)中,。螺栓連接較其他聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)之一是可拆卸、易維修,,但同時(shí)這也是它的弱點(diǎn),,特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)、振動(dòng)強(qiáng)烈的火車,、汽車,、飛機(jī)、坦克等大型機(jī)械設(shè)備中,,已數(shù)不勝數(shù),。隨著機(jī)械向高速、精密化發(fā)展,,工業(yè)規(guī)模向大規(guī)模,、自動(dòng)化發(fā)展以及航空航天技術(shù)的發(fā)展等,人們也將更多的目光轉(zhuǎn)向了螺栓連接的安全性考量,,其中螺栓連接zui明顯也是zui可怕的故障莫過于——螺栓斷裂,。
一般情況下,我們對(duì)于螺栓斷裂從以下四個(gè)方面來(lái)分析:
1.螺栓的質(zhì)量,;
2.螺栓的預(yù)緊力矩,;
3.螺栓的強(qiáng)度;
4.螺栓的疲勞強(qiáng)度,。
一,、螺栓的質(zhì)量
螺栓的質(zhì)量有螺栓的長(zhǎng)度、規(guī)格,、類別,、連接形式等條件決定。
二,、螺栓的預(yù)緊力矩
螺栓的預(yù)緊力矩使得螺栓受到拉應(yīng)力,、剪應(yīng)力兩種力,而預(yù)緊力的控制是為了保證法蘭連接系統(tǒng)緊密不漏,、安全可靠地長(zhǎng)周期運(yùn)行,,墊片表面必須有足夠的密封比壓,特別在高溫工況下墊片會(huì)產(chǎn)生老化,、蠕變松弛,,法蘭和螺栓產(chǎn)生熱變形,因此高溫連接系統(tǒng)的密封比常溫困難得多,,此時(shí)螺栓預(yù)緊力的施加與控制就顯得十分重要,,過大或過小的預(yù)緊力都會(huì)對(duì)密封產(chǎn)生不利影響,。螺栓預(yù)緊力過大,密封墊片會(huì)被壓死而失去彈性,,甚至?xí)⒙菟〝Q斷,;過小的螺栓預(yù)緊力又使受壓后墊片表面的殘余壓緊應(yīng)力達(dá)不到工作密封比壓,從而導(dǎo)致連接系統(tǒng)泄漏,。因此如何控制螺栓預(yù)緊力是生產(chǎn)實(shí)際中必須重視的問題,。
由于螺栓預(yù)緊的彈性區(qū)連接強(qiáng)度有限。為了提高連接的可靠性,,增加螺栓壽命與連接強(qiáng)度,實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)出現(xiàn)將螺栓從彈性變形段擰入塑性變形段的情況,。
三,、螺栓的強(qiáng)度
螺栓的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度決定了螺栓的強(qiáng)度,強(qiáng)度越大,,通常壽命越大,。
四、螺栓的疲勞強(qiáng)度
螺栓的疲勞強(qiáng)度,。與危險(xiǎn)剖面積,、螺栓所受的zui大zui小應(yīng)力、螺栓應(yīng)力幅,、螺栓平均應(yīng)力有關(guān),,前人已有相關(guān)計(jì)算方法,此處不再贅述,。
在實(shí)際使用中螺栓斷裂絕大多數(shù)情況都是因?yàn)樗蓜?dòng)而斷裂的,,是由于松動(dòng)而被打壞的。
松動(dòng)的原因之一是預(yù)緊力不足,,另外一個(gè)主要原因是防松結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),,關(guān)于防松結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),從緊固件誕生之日起,,世界各國(guó)的工程師就在研究各種不同的防松結(jié)構(gòu),,他們采用鎖片、銷釘,、尼龍嵌入,、變形螺紋、化學(xué)涂膠等各種方法,,根據(jù)不同的使用場(chǎng)合,,其防松效果*不同,為了檢測(cè),、對(duì)比,,就需要采用一定的方法去研究檢測(cè),。
為了驗(yàn)證不同的防松措施,可以使用上海百若試驗(yàn)儀器有限公司的緊固件橫向振動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),。
螺栓還有一個(gè)斷裂的主要原因是斷裂疲勞,。螺栓軸向疲勞極限是螺栓受周期變化的軸向應(yīng)力,影響螺栓的性能導(dǎo)致螺栓松動(dòng)的,,您可以使用上海百若試驗(yàn)儀器有限公司的疲勞試驗(yàn)機(jī)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),。
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