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紧固件的疲劳紧固件的疲劳2目录目录目录目录 一、疲劳的简介二、疲劳的特征三、提高紧固件疲劳的途径3一、疲劳的简介一、疲劳的简介一、疲劳的简介一、疲劳的简介 疲劳是指材料，零件和构件在循环加载下，在某点或者某些点产生永久的局部性损伤，并在一定的循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。疲劳的特点疲劳的特点1、只有在交变应力作用下，疲劳才会发生。2、破坏起源于高应力，高应变的局部。3、疲劳损伤的结果是形成裂纹4一、疲劳的简介一、疲劳的简介一、疲劳的简介一、疲劳的简介 疲劳失效是疲劳损伤积累的结果，经历了三个阶段裂纹形成裂纹扩展瞬时断裂疲劳断口分为两个区疲劳区（光滑区）脆断区（粗糙区）5 疲劳断裂具有以下特征：1、疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低2、疲劳断口均为无明显塑性形变的脆断性突然断裂3、疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果二、疲劳的特征二、疲劳的特征二、疲劳的特征二、疲劳的特征6 对于螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性形变和螺杆的疲劳断裂其中：65%的破坏发生在与螺母联接的第一个螺牙；20%的破坏发生在螺纹与光杆的转变处；15%的破坏发生在螺栓头与螺杆过渡圆角处。二、疲劳的特征二、疲劳的特征二、疲劳的特征二、疲劳的特征7提高紧固件疲劳强度主要方法有以下三种：1、通过优化设计减小应力集中2、改善制造工艺3、设置适当的预紧力三、提高紧固件疲劳强度的方法三、提高紧固件疲劳强度的方法三、提高紧固件疲劳强度的方法三、提高紧固件疲劳强度的方法8严格控制螺栓的收尾尺寸消除应力集中，如下图所示：a、采用较大的过渡圆角b、切制卸荷槽c、螺纹收尾处切制退刀槽3.1 3.1 3.1 3.1 优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二9可编辑10优化螺栓的头下倾角也可以有效减少应力集中3.1 3.1 3.1 3.1 优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中11采用加强型的螺纹加强型螺纹与普通螺纹的主要区别在外螺纹的小径d1和牙根过渡圆角R,加强型螺纹的主要特点是小径d1较普通螺纹大些,牙根过渡圆角半径增R大,减小螺栓的应力集中，且对R有具体要求Rmax=0.18042P，Rmin=0.15011P，其中P为螺距而普通螺纹无此要求,甚至可以为平直段。加强型螺纹普通螺纹3.1 3.1 3.1 3.1 优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中优化设计减小应力集中12紧固件的制造过程原材料 退火拉丝 冷镦 热处理 磷化 滚丝 表面处理其中对以下工艺加强控制可以有效提高螺栓的疲劳冷镦 热处理 磷化 滚丝3.2 3.2 3.2 3.2 改善制造工艺改善制造工艺改善制造工艺改善制造工艺13热处理 螺栓先热处理后滚丝成型，这样在螺栓的内部产生较大的残余压应力，从而减缓裂纹的形成及发展，因而提高螺栓的疲劳强度 其中热处理时还应防止脱碳现象的发生，对比无表面脱碳和有表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度。脱碳层由于碳被氧化，金相组织其渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少，因此在力学性能上其强度或硬度较正常组织低。通常存在表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度下降19.8%。3.2 3.2 3.2 3.2 改善制造工艺改善制造工艺改善制造工艺改善制造工艺14磷化 螺栓表面磷化处理是为了防锈及稳定装配时的摩擦。但是磷化处理同时也可起到减磨作用。在滚丝过程中降低滚丝轮螺纹和螺丝螺纹之间的摩擦力，这对滚丝后螺栓螺纹上的应力分布及降低螺纹表面粗糙度都将产生积极作用。3.2 3.2 3.2 3.2 改善制造工艺改善制造工艺改善制造工艺改善制造工艺15 普通螺栓联接的螺杆拉力主要被最前面的三牙受力螺纹承受当初始预紧力足够大时会使部分螺纹根部局部进入塑性变形，同时在这些螺纹根部产生残余应力。螺纹根部产生的残余压应力，能提高螺纹的疲劳强度。3.3 3.3 3.3 3.3 设置适当的预紧力设置适当的预紧力设置适当的预紧力设置适当的预紧力16 同时塑性变形后的螺纹还能改善螺纹受力分布，使螺纹牙上的接触压力变小由此也提高了螺纹的疲劳强度。如此的改变，还可能会使螺栓联接中强度最弱的部位被转移到那些强度相对更大的部位上去了。另外在材料的屈服之后，螺栓联接的预紧力的进一步增加也会受到限制。3.3 3.3 3.3 3.3 设置适当的预紧力设置适当的预紧力设置适当的预紧力设置适当的预紧力17因此，如果螺栓联接的疲劳强度安全系数能满足预先的设计要求，此时应该是预紧力越大螺栓联接抵抗联接分离的能力越大，抵抗预紧力松弛的能力越强同时螺栓联接的实际有效疲劳强度也越大。因此，增大螺栓联接的预紧力总体来说有利于提高螺栓联接抵抗循环外载作用下疲劳失效的能力使螺栓联接在振动冲击力与有限超载作用下产生疲劳失效的风险变得更小。3.3 3.3 3.3 3.3 设置适当的预紧力设置适当的预紧力设置适当的预紧力设置适当的预紧力THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二18可编辑