為什麼螺栓擰緊後能提高螺栓的疲勞壽命

06-23

為什麼螺栓擰緊後能提高螺栓的疲勞壽命

來自專欄機械液壓

我們都知道重要螺栓連接處，螺栓是需要擰緊的，並且這種擰緊是有量化評價指標的，即擰緊扭矩（或者轉角等），不同螺栓在不同應用場合，擰緊扭矩是不一樣的，即使是同一規格的螺栓，不同的廠家、精度、潤滑塗層，需要施加的螺栓擰緊扭矩也是不一樣的，因為在螺栓設計時，我們想得到的是螺栓的預緊力，擰緊螺栓只是實現螺栓預緊的方法之一，施加預緊力一個重要的目的就是提高螺栓的疲勞壽命。為什麼加了預緊力之後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、螺栓受的交變應力幅值、平均應力、應力循環的頻率。對於相同的特定的應用場合，在不改變螺栓規格的情況下，要想延長螺栓的疲勞壽命，只能是降低交變應力幅值或者降低平均應力。

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. 當螺栓沒有施加預緊力時（僅僅各連接面貼實）

這種工況下，由於螺栓預緊力很小，當工件受拉力時，工件連接面相互分離，拉力、螺栓力、撬力形成槓桿平衡力系，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關係如圖2-曲線2.

螺栓力隨著外力的增加而上升明顯。

1. 當螺栓施加預緊力時

這種工況下，由於螺栓預緊力足夠大，當連接面間承受壓力，當工件受拉力時，工件連接面間的壓力開始減小，當拉力達到一定程度時，連接面間壓力為零，並開始相互分離，在此之前螺栓力變化緩慢，此後拉力、螺栓力、撬力形成槓桿平衡力系，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關係如圖2-曲線1.

從圖上可以看出，當螺栓連接承受0到T的交變載荷時，如果螺栓沒有擰緊，螺栓力變化範圍會很大，而當螺栓按照設計扭矩擰緊後，螺栓連接在同樣的0到T交變載荷作用下時，螺栓力變化範圍相對要小很多，螺栓力變化範圍對螺栓的疲勞壽命影響很大，螺栓應力變化範圍越小，疲勞壽命越長，而為了很好地減低螺栓力變化範圍，在設計中經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，螺栓不至於被拉斷，螺栓預緊力不能大於某一特定值，合理的設計螺栓的預緊力，可以使螺栓的材料可利用率最大化。