为什么螺栓拧紧后能提高螺栓的疲劳寿命

电动升降机我们都知道重要螺栓连接处,螺栓是需要拧紧的,并且这种拧紧是有量化评价指标的,即拧紧扭矩(或者转角等),不同螺栓在不同应用场合,拧紧扭矩是不一样的,即使是同一规格的螺栓,不同的厂家、精度、润滑涂层,需要施加的螺栓拧紧扭矩也是不一样的,因为在螺栓设计时,我们想得到的是螺栓的预紧力,拧紧螺栓只是实现螺栓预紧的方法之一,施加预紧力一个重要的目的就是提高螺栓的疲劳寿命。为什么加了预紧力之后就会提高螺栓的疲劳寿命呢?

首先了解一下影响螺栓疲劳寿命的因素有哪些?材料疲劳强度、螺栓受的交变应力幅值、平均应力、应力循环的频率。对于相同的特定的应用场合,在不改变螺栓规格的情况下,要想延长螺栓的疲劳寿命,只能是降低交变应力幅值或者降低平均应力。

再看看螺栓分别在拧紧和非拧紧情况下,承受相同的外载荷时,螺栓力分别是多少。

1. 当螺栓没有施加预紧力时(仅仅各连接面贴实)

这种工况下,由于螺栓预紧力很小,当工件受拉力时,工件连接面相互分离,拉力、螺栓力、撬力形成杠杆平衡力系,螺栓力随着外力的增加而成比例的增加。这种情况下拉力和螺栓力的对应关系如图2-曲线2.

螺栓力随着外力的增加而上升明显。

1. 当螺栓施加预紧力时

这种工况下,由于螺栓预紧力足够大,当连接面间承受压力,当工件受拉力时,工件连接面间的压力开始减小,当拉力达到一定程度时,连接面间压力为零,并开始相互分离,在此之前螺栓力变化缓慢,此后拉力、螺栓力、撬力形成杠杆平衡力系,螺栓力随着外力的增加而成比例的增加。这种情况下拉力和螺栓力的对应关系如图2-曲线1.

 

从图上可以看出,当螺栓连接承受0到T的交变载荷时,如果螺栓没有拧紧,螺栓力变化范围会很大,而当螺栓按照设计扭矩拧紧后,螺栓连接在同样的0到T交变载荷作用下时,螺栓力变化范围相对要小很多,螺栓力变化范围对螺栓的疲劳寿命影响很大,螺栓应力变化范围越小,疲劳寿命越长,而为了很好地减低螺栓力变化范围,在设计中经常要保证螺栓连接处在承受外载荷时不会分离。同时为了保证螺栓在极限载荷情况下,螺栓不至于被拉断,螺栓预紧力不能大于某一特定值,合理的设计螺栓的预紧力,可以使螺栓的材料可利用率最大化。