拧紧微课堂｜螺栓连接受力分析—横向外力

| 螺栓连接受力分析 — 横向外力

摘要

在本节「拧紧微课堂」中，我们将为您介绍螺栓连接受到横向外力时会产生何种变化，连接件受到交变载荷时螺栓和连接件受力变化，温度变化对连接件受力的影响

残余夹紧力要求

在上一节课的例子里，考虑到嵌入，受到轴向外力后，连接件上剩余的夹紧力是9kN，而设计要求我们至少预留1kN的残余夹紧力以保证连接不失效。

有剪切载荷的螺栓连接

· 多数螺孔与螺杆之间都有间隙。

· 螺栓的预紧力会使连接件的接触面间产生摩擦力用于抵抗剪切载荷。

防止滑动所需的夹紧力 = Fq / μ

o Fq表示剪切力

o μ为连接件之间的摩擦系数

有剪切载荷的螺栓连接-示例

在上图的连接中，有5kN的剪切力作用在连接件上，两块铁板间的摩擦系数为0.1

那么为了防止滑动需要多大的夹紧力？

计算结果：

防滑夹紧力 = Fq / μ = 5 / 0.1 = 50 kN

需要特别注意

连接件接触面摩擦系数的微小变化会对克服连接件滑动所需的夹紧力产生很大的影响。

考虑到剪切载荷的完整螺栓连接图

如果考虑到剪切载荷，我们在设计螺栓连接的时候，除了考虑最小残余夹紧力需求，防止横滑所需的夹紧力也是一个重要的因素。

有横向载荷的螺栓连接图示例

在前面完成的例子中，改变设计加入剪切载荷。如果板间摩擦系数为0.2，连接能够承受最大剪切力是多少？

（作用在连接件上的残余夹紧力是9kN，设计要求最少预留1kN夹紧力以确保连接不失效）

计算结果：

能承受的最大剪切力Fq = (9-1) x 0.2 = 1.6 kN

交变载荷的影响

受到交变载荷时，轴向力会在0到最大值之间变化，比如发动机的连杆，或者汽车在行驶中受到的震动载荷。

有交变载荷的螺栓连接图

温度变化对夹紧力的影响：

o 如果连接件和螺栓材料相同，则预紧力不会受温度变化的影响。

o 然而，如果连接件和螺栓是不同的材料，如铁螺栓、铝连接件，那么预紧力将会发生变化（不同材料的热膨胀系数不同）。

铝的热胀冷缩比铁快2倍（热膨胀系数更大）

温度变化对预紧力的影响：

o 在上一个的例子里，铝连接件和钢螺栓在温度升高的时候其预紧力会增大，因为铝的热膨胀系数更大，所以同样的温度，铝的形变更大，会额外拉伸螺栓产生夹紧力。

o 而温度降低时，系统的预紧力会下降，经过一个温度升高到温度下降到原始温度的过程后，系统的预紧力会下降。

来自热胀冷缩产生的循环载荷：

o 温度周期性变化产生的循环载荷有可能使连接件的预紧力产生显著的变化。

完整的螺栓连接图应考虑到轴向外力和横向外力

o 设计螺栓连接时剪切载荷是一个重要因素。

o 交变载荷作用时螺栓和连接件上受到的轴向外力是不恒定的，交变载荷是螺栓发生疲劳失效的原因。

o 温度变化会带来连接件预紧力的改变，周期性的温度变化可能使连接件的预紧力发生显著变化。