热-力耦合作用下螺栓连接松动行为研究

为研究高温环境下螺栓连接结构松动行为,开展温度和横向振动载荷耦合作用下螺栓连接结构的松动行为及防护方法研究。利用光学显微镜、白光干涉三维形貌仪、扫描电子显微镜分析螺纹表面的损伤形貌,揭示其磨损机制;结合动力学响应分析,研究螺栓连接结构的松动行为。试验结果表明：随着温度的升高,螺栓连接结构因变形不一致导致构件之间的相对运动加剧,在相同横向交变位移载荷下,螺栓表面的磨损更加严重,螺栓连接结构松动程度增大;在室温条件下,DLC涂层螺栓/螺母和CrAlN涂层螺栓/螺母连接结构具有良好的防松性能。     

紧固件防松性能定量评价方法

工程领域一直都缺少对紧固件防松性能进行定量评价的方法,针对该问题,基于现有的横向振动试验方法,改进了横向振动试验设备,提出以导致旋转松动的临界横向力作为评价防松性能的定量指标,并给出了具体的试验方法和数据获取方法.基于所提的方法,对弹簧垫圈、楔形螺母和偏心双螺母的防松性能进行了定量测试与对比,在本研究试验条件下,得出以下结论:①弹簧垫圈没有防松性能;②相同预紧力下,相比普通螺纹连接,使用楔形螺母后防松性能最多提升了117％;③相同预紧力下,相比普通螺纹连接,使用偏心双螺母后防松性能最多提升了125％;④在高预紧力条件下,使用楔形螺母和偏心双螺母后防松性能和普通螺纹连接的防松性能相差不大.     

汽车高强度螺栓的防松性能的影响因素研究

建立了螺纹联接拧紧力矩与松脱力矩的计算模型,得出拧紧力矩与松脱力矩计算的规律,粗牙螺栓的松脱力矩为拧紧力矩的80%,细牙螺栓的松脱力矩为拧紧力矩的85%。对螺栓防松性能的影响因素进行了理论分析,并通过横向振动试验验证了不同头部结构、弹簧垫圈、预紧力、表面处理等对螺栓防松性能的影响,结果表明:六角法兰螺栓的防松性能较好,弹簧垫圈在预紧力较小时具有一定的防松作用;在一定范围内,随着预紧力、摩擦系数增大,防松性能越好;粗牙螺栓的防松性能较细牙螺栓好。并且提出了部分高强度螺栓的使用建议。     

剪切激励下盲孔螺栓连接结构的松动行为研究

为研究盲孔螺纹连接的松动机制及螺纹表面的磨损机制,选取高速列车转向架轴端盖7050铝合金与45钢螺栓连接为研究对象,开展剪切激励下螺栓连接结构的松动行为研究。分析预紧力、剪切位移幅值及重复利用次数对螺栓连接结构松动行为的影响规律,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)对试验后7050铝合金内螺纹表面进行损伤形貌及化学成分分析。结果显示:随着初始预紧力的减小、剪切位移幅值和重复使用次数的增大,螺纹表面损伤加剧,螺栓连接结构松动程度增大;螺纹接触表面的主要磨损机制为疲劳磨损和黏着磨损。     

国内外螺纹联接防松技术进展

重点分析螺纹联接的松动机理,把松动过程分为两个阶段,第一阶段是因螺纹根部材料的局部塑性变型造成预紧力下降的过程,第二阶段是由啮合螺纹间的微滑移和接触压力的变化引起螺母旋转后退的过程。为了更好地设计和选择防松方法,分析预紧力和预紧力矩之间的关系,探讨预紧力、摩擦力、螺纹磨损等因素对防松性能的影响。从抑制螺纹副的相对运动出发,分析国内外先进的防松方法。以横向振动试验结果为依据评估一些防松方法的性能优劣。该文为螺纹联接防松方法的设计与选用提供指导。     

轴向振动工况下切槽式螺母的防松性能研究

针对全扭矩工况(螺栓预紧力矩均为设计值)、欠扭矩工况(螺栓预紧力矩均为设计值的20%)和部分欠扭矩工况(其中一组对角螺栓预紧力矩为设计值,另一组对角螺栓预紧力矩为设计值的20%),系统开展了轴向振动载荷作用下切槽式螺母的防松性能研究;全扭矩工况下研究了切槽处裂纹对切槽式螺母防松性能的影响,利用体式显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等微观分析设备分析裂纹的扩展情况。结果表明:在三种预紧工况下,全扭矩时螺母具有良好的防松性能,但在欠扭矩和部分欠扭矩工况下螺母的防松性能降低,且后者更为严重;螺栓的松动过程可分为两个阶段:第一阶段是螺栓轴向力快速下降,原因是材料发生塑性变形和螺纹接触面应力重新分布;第二阶段是螺栓残余预紧力缓慢下降,原因是螺纹接触面发生微动磨损。此外,切槽处裂纹会降低螺母防松性能,通过微观分析表明裂纹试验后出现明显扩展。     

螺纹紧固件防松性能影响因素分析

螺纹连接应用广泛,但其普遍存在松脱失效问题.本文构建了螺纹连接的力学模型,验证了螺纹的自锁效应同时分析了螺纹松脱的原因.对影响螺纹防松脱性能的表面处理、预紧力及防松形式等因素进行了理论分析,并在此基础上进行了横向振动试验,数据表明:合理范围内,提高摩擦系数或者预紧力均可提高螺纹紧固件防松性能;不同防松形式效果不同应用环...     

法兰螺栓横向微动磨损试验研究

为了研究法兰联接螺栓在横向振动的松动机理,借助于横向振动疲劳试验机进行模拟紧固件横向微动磨损试验,进而观察螺栓联接在不同的横向载荷与频率作用下预紧力与预紧力矩衰退过程,并测量其磨损量和表面损伤情况。实验结果表明:螺栓预紧力下降分为两个阶段;实验初期预紧力下降迅速的塑性形变阶段和预紧力下降缓慢的微动磨损阶段。预紧力矩下降分为三个阶段:第一阶段由于较高的局部接触应力,预紧力矩下降不明显;第二阶段由于塑性形变扩大,预紧力矩迅速下降;第三阶段螺栓进入微动磨损阶段,预紧力矩开始缓慢下降。螺栓在低频振动下,质量变化量对于频率微小的变化不敏感。螺栓与夹具接触的表面磨损情况随着交变幅值载荷增加而增加;随着频率的增加而减小。     

偏心载荷作用下螺栓连接结构的松动行为研究

在不同试验参数下,采用自主设计的螺栓加载装置,系统地开展偏心载荷作用下螺栓连接结构的松动试验。通过获取螺栓轴向力时变曲线,研究偏心载荷作用下螺栓连接结构的松动行为;运用三维显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)以及X射线电子能谱仪(Energy dispersive X-ray,EDX)等分析方法对试验后的螺纹接触表面进行损伤形貌分析,深入讨论螺纹接触界面的微动运行行为(微观滑移和微动磨损)对螺栓松动的影响规律,进一步揭示螺栓连接结构的松动机理。结果表明:在偏心载荷作用下,螺栓轴向力表现出明显的下降趋势,但拧松力矩变化较小。螺栓轴向力的下降过程可以分为两个阶段:(1)由于螺纹接触表面粗糙峰被去除和连接结构的塑性变形,轴向力迅速下降;(2)由于材料的棘轮效应,塑性变形趋于安定极限,螺纹接触面之间的微动磨损导致螺栓轴向力缓慢下降。螺纹接触面之间的损伤机制主要表现为疲劳磨损,并伴随磨粒磨损和黏着磨损。此外,运用ABAQUS对试验过程进行数值模拟,其计算结果与试验结果相互吻合。     

螺纹紧固件防松性能影响因素研究

主要分析了螺纹联接防松机理,建立了螺纹联接拧紧扭矩和拧松扭矩的计算模型,针对有效力矩型锁紧螺母对计算模型进行了修正,并对修正模型计算的可靠性进行了试验验证。同时研究了初始预紧力、摩擦因数、螺纹旋合长度以及防松方式等因素对螺纹紧固件防松性能的影响,并通过横向振动试验验证了各因素对防松性能的影响程度,为防松螺母的合理选用提供指导。     

影响螺栓预紧力因素的工艺研究

为增强螺纹连接的防松能力以及防止横向载荷螺栓连接的滑动,介绍了4种螺纹拧紧力矩的选择标准依据,通过实例计算对比提出了螺纹预紧力矩的选择方法,提出了螺纹拧紧理想预紧力的关键在于选择符合实际的摩擦因数和降低摩擦因数的离散度。利用各种标准依据螺纹预紧力数学模型,对比了4种标准依据的选择特点,验证了实际工作中对于螺纹连接质量反映为拧紧力矩与轴向预紧力的关系。为以后螺栓拧紧力矩的选择提供了理论依据。     

安装螺栓激光强化及火焰喷涂CuNiIn工艺研究

研究激光强化及超音速火焰喷涂CuNiIn涂层对阻尼器安装螺栓疲劳性能的影响。结果表明,采用激光强化工艺可提升阻尼器安装螺栓的疲劳性能,超音速火焰喷涂制备的CuNiIn涂层致密均匀,与螺栓基体结合良好,且对基体的疲劳极限影响不大;涂层防护后,为粘着磨损和磨粒磨损,CuNiIn涂层可以有效改善抗微动磨损性能。在试验条件下,涂层使用后磨损体积减少了41%～55%,采用激光强化及超音速火焰喷涂CuNiIn涂层在设计给出的五级疲劳载荷的试验条件下没有发生断裂。     

表面处理对螺栓连接防松性能影响

螺纹连接由于其连接可靠,装配方便简单且易于拆卸从而被广泛应用于基础装配制造业中。螺纹连接松动作为螺纹连接的主要失效形式,其失效标志是螺栓张紧力的降低。本文从螺纹结构的力学性能入手,采用紧固件横向振动试验方法,对不同表面处理的螺栓进行横向振动试验,研究不同表面处理工艺对螺纹紧固件装配性能的影响。研究表明,采用先进的表面处理技术可以有效的提高螺栓摩擦系数,摩擦系数越高,螺纹防松性能越好。同一种处理工艺得到的摩擦系数也有所差别,需要根据产品类型、使用场合等因素综合考虑。     

基于贝叶斯优化神经网络的螺栓松动特性预测

针对螺纹松动过程影响因子多且具有典型非线性特征,预紧力衰减难以准确预测的问题,提出了一种基于贝叶斯优化神经网络的螺栓防松性能预测方法。首先建立了螺纹松动的动力学模型,并采用响应曲面法定量分析了各因子对残余预紧力的影响,确定了初始预紧力和振幅为影响松脱最敏感的两个因子;进一步采用贝叶斯优化算法,建立基于神经网络的螺栓残余预紧力预测模型,实现螺栓残余预紧力的精准预测,并对该模型进行了验证。结果表明：相对于三层神经网络、高斯过程回归以及支持向量机模型等,基于贝叶斯优化的神经网络预测模型的均方误差最小,且R2系数最接近1,通过试验验证,螺栓残余预紧力预测值与实际测试值误差在7%之内,验证了模型的有效性及可靠性,为螺栓可靠性防松设计奠定基础。     

高速列车关键部位螺栓连接重复利用可行性研究

选取已服役240万公里的某动车车下halfen螺栓进行损伤分析和螺栓连接振动试验,研究螺纹表面试验前后的损伤程度及损伤机制.利用光学显微镜和扫描电子显微镜进一步探讨螺栓工作螺纹的损伤机理,并分析其机械性能.结果表明,螺栓第一圈工作螺纹表面微动磨损最为严重,主要磨损机制为疲劳磨损,并伴随粘着磨损;随着螺纹圈数的增加,表面损伤呈减轻趋势;振动试验后,螺纹表面损伤程度加剧,螺纹的剖面存在微裂纹,并沿次表面方向扩展,未发现沿内部扩展的微裂纹.     

横向振动下的螺栓连接松动分析

针对螺栓连接结构受横向载荷时的松动问题,建立横向载荷作用下的螺栓连接平板结构有限元模型,并考虑螺栓材料塑性影响,分别探究平板在横向载荷作用下螺栓的初始预紧力、载荷的幅值及频率对螺栓松动的影响。结果表明：初始螺栓预紧力增大,则振动过程中螺栓预紧力下降速度降低,对螺栓防松有利;载荷振幅是影响螺栓松动的主要因素,载荷振幅由0.2 mm增大至0.3 mm时,螺栓预紧力减小了40%;载荷频率对预紧力下降影响不明显。仿真结论与实验结果规律具有较好的一致性,从而验证了分析模型的有效性。     

轴向交变载荷对螺栓预紧力、变形及磨损的影响

为明确螺栓预紧力衰退机理,进而开展了不同频率和幅值的轴向交变载荷对于螺栓预紧力衰退、螺栓变形以及螺纹磨损情况影响的研究.研究表明,轴向交变载荷的幅值和频率是影响上述问题的主要因素;螺栓预紧力衰退趋势呈现两个不同阶段,即急速衰退阶段和缓慢下降阶段;螺栓产生的变形是预紧力急速衰退阶段的主要原因,而由于螺纹面之间的微动磨损是预紧力缓慢下降阶段的主要原因;螺栓的变形会随着载荷幅值增大而增大,螺纹表面磨痕宽度会随着载荷幅值增大而增大,但却随着频率的增加磨痕宽度略有减小.     

控制螺纹联接预紧力的方法

工业生产中,螺纹联接质量的重要性已引起广泛的重视.螺纹联接的质量是保证设备质量及设备正常运转的基础.绝大多数螺纹在联接时都要预紧,目的在于增强联接的刚性、紧密性、防松及防滑.预紧力的适当控制又是确保螺纹联接质量的关键.因为螺纹联接的预紧力将对螺纹的总载荷、联接的临界载荷、抵抗横向载荷的能力和接合面密封能力等产生影响.过大或过小的预紧力均是有害的,所以预紧力的大小、准确度都十分重要.从而使预紧力的控制成为螺纹联接的重要问题之一.常用的方法有力矩法、螺母转角法、螺栓预伸长法、特殊垫圈法等,这四种控制预紧力的方法,都是施加力矩拧紧螺栓联接的,所以始终会遇到一个或几个难以（有的几乎不可能）预知的控制因素.如果改变拧紧方法,给螺栓施加拉力,使之伸长,然后轻轻旋紧螺母,待撤去拉力后,由于螺栓收缩就可在联接中产生和拉力相等的预紧力.     

螺栓摩擦系数对连接松动性能影响的实验研究

松动是螺纹连接最常见的失效形式之一。论文从理论上分析了摩擦系数对螺栓连接松动性能的影响,并进行试验验证。利用螺栓摩擦性能试验机,测量了不同润滑条件下螺纹摩擦系数和螺母支承面摩擦系数;利用紧固件横向振动试验机,测试了横向循环载荷条件下,不同润滑状态的螺栓连接松动情况。经验证,螺栓摩擦系数越大越有利于防松。     

由振动引起的螺栓连接预紧力松脱的数学模型

引入一种数学模型以研究螺纹连接在横向振动作用下引起的松脱.此横向振动激励会引起螺纹接触面间的滑动以及螺栓头与支撑表面之间的滑动.式中包括剪切力、支撑力以及螺纹摩擦阻力矩,它们均与振动速度相关,当所施加横向振动激励足够大时,螺纹连接会出现松脱现象.本文研究了螺栓预紧力、支撑力及螺纹摩擦系数、横向振动激励以及螺栓头下部弯矩...