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螺栓过屈服拧紧,再受到很大拉力会断吗?

浏览次数:389 发布时间:2023-11-23

螺栓拧紧包括扭矩法,扭矩转角法(弹性区域),扭矩转角法(塑性区域),屈服点法,张拉法等。


由于过屈服拧紧能够产生足够大的预紧力,且拧紧后的预紧力与螺栓的摩擦系数影响很少,能够保证预紧力非常稳定,所以,当前很多在不需要重复拆装的场合下,过屈服拧紧非常普遍。


目前很多螺栓采用扭矩转角法拧紧到过屈服段的塑性区域,例如发动机的缸盖螺栓,这是非常常见的拧紧方式。

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VDI 2230扭矩法拧紧采用90%利用率:

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在 VDI 2230 中,螺栓在装配期间的利用率为 90%,目的是确保螺栓仍有10%的螺栓利用率储备,以应对额外的外部载荷。同样,还有一个考虑,就是VDI 2230计算中采用螺纹的公称直径,但是,实际螺栓往往螺纹都有一定的公差,特别对于小螺钉来说,这个螺纹公差可能会严重影响螺纹的应力截面积,如果用100%的利用率,就有可能在装配中出现拧断的风险。


然而,最新的研究和多年的实践经验表明,装配后螺栓的总应力往往会立即降低。这个减少的应力就为螺栓受到外载荷时候产生的额外工作应力释放了储备。

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过屈服拧紧预紧力变化分析:

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即使螺栓在装配过程中已完全达到屈服点(ν = 1.0),也可以在受到外力时候承受额外的应力,而不会危及连接的操作安全。下面以 M16-12.9 螺栓连接为例进行说明。


螺栓按照选定的预紧力为 FM= 0.8 F0,2进行拧紧,计算出的等效应力 σred约为 0.93 Rp0,2,因此会出现以下情况:


• 去除外部拧紧扭矩(拧紧扭矩 MA,也就是拧紧时候拧紧套筒从螺栓头脱开后)后,螺栓的扭转剪切应力减小,因此整个螺栓连接系统的等效应力(拉应力和扭转剪切应力合应力)也随之减小。


• 在拧紧扭矩去除后,拉伸应力和施加的预紧力几乎保持不变(实际装配完成后会因为嵌入损失造成一定的预紧力衰减,从而拉伸应力和施加预紧力会稍有下降)。


• 在工作载荷下,拉伸应力会因外部轴向拉力载荷而导致螺栓的附加应力,螺栓的总拉应力会增加,这样等效应力就会增加了。这个时候可以认为扭转剪切应力几乎保持不变。


• 即使施加 100 kN 的轴向拉力(相当于 M16-12.9 螺栓屈服点拉力的约 60%),也无法达到装配过程结束时的总应力状态。 

装配过程后螺栓的松弛量尤其取决于螺栓连接的几何设计和摩擦条件,表面状态。因此,无法提供普遍有效的信息。试验证明等效应力最多可能降低 10%。

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系统的这种缓解是即使在过弹性预应力螺栓连接的情况下也不必担心影响使用寿命的主要原因之一:


当扭转应力下降到原始值的 50%时--这种数量级的下降可以被多次发现(甚至在横向剪切力载荷下这种下降可能会达到更大)。因此,由于扭转剪切应力的下降,此时即使螺栓附加拉力 FSA相对较高,螺栓的屈服强度一般也不会再次达到。


根据相关的研究,即使最大螺栓预紧力 FS也能达到拉伸试验中确定的屈服强度,此时也仅仅是达到螺栓的这种屈服,而且在本图分析中还没有把前面嵌入损失考虑进去。

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由此可见,螺栓即使拧紧到超弹性(过屈服),再受到较大外拉力,螺栓一般也不会继续产生屈服。从另外一个方面来说,即使受到外力产生屈服,那么,只要后续的外力不会比第一次大,再往后也就不会让螺栓继续产生屈服了。


佑工紧固件经验与总结

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1、 螺栓装配后,在拆卸套筒后,螺栓连接系统就会发生嵌入损失,造成螺栓的应力下降。


2、 螺栓装配后,在承受外载荷,特别是横向剪切载荷作用后,螺栓连接的扭转剪切应力会下降,按照VDI 2230标准要求会下降50%以上。


3、 由于螺栓连接系统相对刚度的影响(例如VDI 2230计算时候,FSA=Φen*FA,由于Φen非常小,按照VDI 2230例题1中数据可达0.056,因此即使非常大的外载荷,螺栓实际增加的预紧力非常小),即使承受比较大的外部拉力,螺栓增加的载荷不会太大。


4、 退一步,万一超过了螺栓的屈服,只要后续载荷比第一次载荷,螺栓也不会继续发生屈服。


综上所述,螺栓即使过屈服拧紧,完全可以继续承受比较大的外部拉力。