我們都知道重要螺栓連接處,螺栓是需要擰緊的,并且這種擰緊是有量化評價指標(biāo)的,即擰緊扭矩(或者轉(zhuǎn)角等),不同螺栓在不同應(yīng)用場合,擰緊扭矩是不一樣的,即使是同一規(guī)格的螺栓,不同的廠家、精度、潤滑涂層,需要施加的螺栓擰緊扭矩也是不一樣的,因為在螺栓設(shè)計時,我們想得到的是螺栓的預(yù)緊力,擰緊螺栓只是實現(xiàn)螺栓預(yù)緊的方法之一,施加預(yù)緊力一個重要的目的就是提高螺栓的疲勞壽命。為什么加了預(yù)緊力之后就會提高螺栓的疲勞壽命呢?

首先了解一下影響螺栓疲勞壽命的因素有哪些?材料疲勞強度、螺栓受的交變應(yīng)力幅值、平均應(yīng)力、應(yīng)力循環(huán)的頻率。對于相同的特定的應(yīng)用場合,在不改變螺栓規(guī)格的情況下,要想延長螺栓的疲勞壽命,只能是降低交變應(yīng)力幅值或者降低平均應(yīng)力。

再看看螺栓分別在擰緊和非擰緊情況下,承受相同的外載荷時,螺栓力分別是多少。

1. 當(dāng)螺栓沒有施加預(yù)緊力時(僅僅各連接面貼實)

這種工況下,由于螺栓預(yù)緊力很小,當(dāng)工件受拉力時,工件連接面相互分離,拉力、螺栓力、撬力形成杠桿平衡力系,螺栓力隨著外力的增加而成比例的增加。這種情況下拉力和螺栓力的對應(yīng)關(guān)系如圖2-曲線2.

螺栓力隨著外力的增加而上升明顯。

1. 當(dāng)螺栓施加預(yù)緊力時

這種工況下,由于螺栓預(yù)緊力足夠大,當(dāng)連接面間承受壓力,當(dāng)工件受拉力時,工件連接面間的壓力開始減小,當(dāng)拉力達到一定程度時,連接面間壓力為零,并開始相互分離,在此之前螺栓力變化緩慢,此后拉力、螺栓力、撬力形成杠桿平衡力系,螺栓力隨著外力的增加而成比例的增加。這種情況下拉力和螺栓力的對應(yīng)關(guān)系如圖2-曲線1.

從圖上可以看出,當(dāng)螺栓連接承受0到T的交變載荷時,如果螺栓沒有擰緊,螺栓力變化范圍會很大,而當(dāng)螺栓按照設(shè)計扭矩擰緊后,螺栓連接在同樣的0到T交變載荷作用下時,螺栓力變化范圍相對要小很多,螺栓力變化范圍對螺栓的疲勞壽命影響很大,螺栓應(yīng)力變化范圍越小,疲勞壽命越長,而為了很好地減低螺栓力變化范圍,在設(shè)計中經(jīng)常要保證螺栓連接處在承受外載荷時不會分離。同時為了保證螺栓在極限載荷情況下,螺栓不至于被拉斷,螺栓預(yù)緊力不能大于某一特定值,合理的設(shè)計螺栓的預(yù)緊力,可以使螺栓的材料可利用率最大化。