横向振动下螺栓临界松动位移载荷的研究

针对螺栓在横向振动下易松动的问题,借助公式确定了临界松动位移值的理论范围,建立了具备本体结构特征及材料塑性的M10六角头法兰面螺栓有限元模型,研究了该模型在幅值为0.1 mm～0.4 mm的横向振动下的预紧力衰减曲线以及转角、应力变化情况,总结了螺栓的临界松动规律,确定了该螺栓的临界松动位移值,获取了临界松动载荷值,并通过横向振动试验验证了该方法的准确可靠性。研究表明:横向振动的位移幅值越大,螺栓松动越快,但存在临界松动位移载荷,低于该值时,夹紧力仅因塑性变形而少量衰减,不会松动失效;高于该值时,发生旋转松动,夹紧力大幅衰减至完全失效;M10螺栓临界松动位移量为0.2 mm,临界松动载荷值为2 448.5 N,该方法所得结果略保守,可直接用于指导螺栓防松选型设计。     

考虑螺纹柔性的螺栓连接临界松动载荷计算方法

螺栓连接松动是螺栓失效的一种重要形式。工程中,螺栓连接节点常常会受到交替变化的横向动态载荷作用,由于螺栓轴线与受力方向垂直,螺栓容易因预紧力降低而发生松动,从而改变螺栓连接节点乃至整个结构的固有力学特性。为研究横向载荷作用下螺栓连接的临界松动载荷,通过建立螺栓连接的力学模型对螺纹的受力情况进行分析,并在此基础上考虑螺纹柔性提出一种螺栓连接临界松动载荷的计算方法。设计并加工了螺栓连接横向振动试验装置,对螺栓连接的临界松动载荷进行了试验研究,通过对比理论计算结果和试验结果,验证了计算方法的准确性。基于提出的理论计算方法,给出了横向载荷作用下螺纹应力的分布规律,对比了刚性螺纹模型和柔性螺纹模型的应力分布特点,结果发现柔性螺纹模型可以很好地反映螺纹应力的整体变化情况。     

横向载荷作用下螺栓连接松动过程研究

针对横向载荷作用下的螺栓连接松动过程开展研究,给出了面向螺栓松动仿真的建模方法,分析了循环往复载荷作用下接触状态与残余预紧力的变化规律,并研究了载荷作用位置、幅值和频率对螺栓连接松动的影响。分析结果表明：在横向循环载荷作用下,残余预紧力出现交替的上升与下降;螺纹接触面先于螺头承压面进入滑移状态;横向载荷作用在上板或下板对松动没有影响;载荷幅值是影响松动的主要因素,载荷幅值越大松动越容易发生,而加载频率对松动影响较小。本研究分析结果与Junker试验结果一致性良好,可推广到复杂载荷条件下的应用。     

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。     

螺栓摩擦系数对连接防松影响的有限元分析

螺栓连接受横向振动载荷一段时间后,容易出现连接松动,夹紧力衰退,夹紧失效等现象.国内鲜见钎对螺纹连接松动现象的有限元仿真,文中利用ABAQUS有限元软件建立了螺栓连接模型,对连接松动过程进行仿真.以建立的松动模型为基础,通过对比几组螺栓连接的防松特性,得到了螺栓连接摩擦系数越大其防松性能越佳的结论,该结论与螺栓连接的摩擦力矩防松机理相吻合.     

交变横向载荷下螺栓联接自松弛有限元研究

针对承受交变横向载荷的螺栓,根据螺纹轮廓建立可实现理想六面体单元网格划分的螺栓联接有限元模型,并以此为平台研究了啮合螺纹之间的微量滑移,揭示了螺栓自松弛的微观机理,绘制了横向剪切力与横向位移载荷之间的迟滞回线,直观地描述了螺栓预紧力的变化过程,分析了螺栓预紧力和螺母旋转松动量随交变横向载荷变化的规律,分析结果同螺栓自松弛微观机理的解释和迟滞回线的描述是一致的,从而说明了自松弛微观机理分析的合理性。     

第5章预载荷和扭矩控制

螺纹紧固件的用途是将两个以上的部件夹紧或紧固的，为此，螺栓必须在联接处产生夹紧力，该夹紧力称谓预载荷。预载荷重要否?答日；非常重要。     

螺纹联接的松动问题及防松措施

本文讨论了螺纹联接的自动松动机理和防松方法。其自动松动的主要原因有三个方面:当螺栓受横向力反复作用后,螺栓体产生弹性扭转;当螺栓联接受到轴向变载荷或在冲击振动载荷作用下,也会使螺纹副和载荷支承面间产生较大的相对滑动速度,导致摩擦力逐渐减小,甚至瞬时消失,而引起螺纹联接的自动松脱;此外,螺纹联接体的初始变形对自动松动的影响也不可忽视。研究表明,当螺栓的紧固力矩T_f小于螺纹联接的临界反作用力矩T_(cr)时,螺纹就会发生自动松动。为了墙加螺纹联接工作的可靠性,必须考虑其防松方法,本文既评述了传统的防松方法,也介绍了一些新的防松措施。     

横向交变载荷作用下三种涂层螺栓的防松性能

选用二硫化钼涂层和碳化钨涂层对45钢螺栓进行表面处理,通过横向振动试验研究横向交变载荷作用下螺栓连接结构的松动行为,并与常用的电镀锌涂层螺栓进行对比分析,讨论3种涂层螺栓的防松性能。利用扫描电子显微镜和电子能谱仪分析试验后螺纹表面损伤形貌及化学成分,揭示螺纹表面的磨损机制。试验结果表明：二硫化钼涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损,碳化钨涂层和电镀锌涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损;相同预紧力或等效应力条件下,二硫化钼涂层螺栓因其界面摩擦因数低,防松性能较差,碳化钨涂层螺栓因其表面耐磨性能优异,防松性能最好;相同预紧力矩条件下,二硫化钼涂层螺栓因预紧力高,防松性能最好,碳化钨涂层螺栓次之,电镀锌涂层螺栓最差。     

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.     

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。     

预紧力对紧螺栓连接板位移载荷响应的影响

针对螺栓连接的可靠性和紧密性问题,研究切向载荷作用下预紧力对紧螺栓连接结合面微滑状态下等效刚度以及微滑移-宏观滑移临界响应幅值的影响。以单搭单螺栓连接板为对象,分析结合面接触压力和预紧力的关系,在研究连接板位移载荷特性的基础上,构建螺栓连接板的等效刚度模型;基于有限元法开发变预紧力的单搭螺栓连接板参数化模型,提出位移载荷响应计算方法;探讨预紧力对微滑阶段螺栓连接板的位移-载荷响应的影响,分析预紧力对微滑移-宏观滑移临界响应幅值和等效刚度的作用。结果表明,当连接板自由端位移响应幅值小于0.075 mm时,预紧力变化对位移载荷响应没有影响,螺栓连接板等效刚度渐硬;当位移响应幅值大于0.075 mm时,预紧力对等效刚度影响明显;微滑移-宏观滑移临界响应幅值与预紧力大小呈近似线性关系。当预紧力为[0.15~0.33]F_(0max)(F_(0max)为最大预紧力)或[0.45~0.70]F_(0max)时,预紧力变化对连接刚度影响很小,预紧力对等效连接刚度的影响可达到50%。研究表明,切向载荷作用下的摩擦式螺栓连接,改变预紧力可调节螺栓连接板的等效刚度和微滑移-宏观滑移临界响应幅值,综合考虑可为螺栓连接板的力学设计提供新思路。     

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。     

涂层对自锁螺栓锁紧力矩影响仿真及试验研究

为了解决螺栓连接松动失效问题，基于自主研制的航空用自锁螺栓，开展锁紧涂层对自锁螺栓锁紧性能影响的研究，探究涂层材料为二硫化钼(MoS₂)、尼龙11(PA11)和聚氯乙烯(PVC)时螺栓的锁紧效果。在探究螺栓连接松动机理的基础上，引入螺纹表面涂层以增大螺纹副间的摩擦因数，提高锁紧性能。采用有限元方法，通过建立螺纹轮廓数学模型，精确网格划分和边界条件载荷设定等，对三种航空用锁紧涂层材料的自锁螺栓锁紧力矩进行了仿真分析，并选择其中的一种材料进行了台架试验验证。结果表明：有限元仿真时，锁紧涂层材料为MoS₂、PA11和PVC,锁紧力矩平均值分别为1.06 N·m、1.95 N·m和2.18 N·m, PA11材料作为涂层时，更接近美标IFI524中最大锁紧力矩小于等于2.05 N·m的要求；台架试验验证涂层材料为PA11的锁紧螺栓锁紧力矩平均值为1.82 N·m,与仿真分析值相比在合理的波动范围内，PA11作为涂层材料满足实际生产需求。     

螺纹连接松动测试平台设计与分析

倾覆力矩作用下的横向剪切力和轴向力易造成螺纹松动现象,为研究动态载荷下的螺纹连接松动机理,设计了1种螺纹松动测试平台。基于ADAMS、Workbench环境,对螺纹松动测试平台进行了运动学、有限元分析研究。研究结论表明,盆形连接件振幅大小满足螺纹松动实验运动学要求,通过分析偏心装置的应力分布为其材料选择提供理论基础。该装置可以对螺栓分布、预紧力的变化、连接件的刚度以及弹簧垫片等螺纹松动影响因素进行分析研究,利用数字化设计分析技术为螺纹松动测试装备开发提供了有益的探讨。     

新型的锁紧螺纹

Detroit“丝锥和工具”公司介绍了一种被称作Spiralock的新型螺纹(图2),它能防止螺纹零件在振动和冲击时发生的松动。该公司指出,这种螺纹可代替几乎任何紧固锁紧装置。具有Spiralock螺纹的盲孔能与具有普通螺纹的螺钉或双头螺栓相配合,而不需要锁紧螺母、塑料或化学垫片。这种新型螺纹经多次装拆仍能保证锁紧力。实验指出,锁紧力还可以有所增加。在螺钉或螺栓上,不需要增加扭矩就可以使其旋进螺纹孔中。当螺钉承受夹紧载荷时,便可锁紧。加上足够的反向扭矩后,螺钉又能自由地旋离工件。 在装配好的零件上,常常承受着振动和冲击。振动引起…     

实际工况下判定螺纹联接松动失效的FEM研究

针对螺纹联接结构在实际工况载荷下结合面相对滑动与螺栓（螺母）旋转松动失效预测精度较低的问题,通过研究结构参数、工况载荷与松动失效之间的内在关系和力学原理,建立松动失效判定准则;在此基础上建立实际螺纹联接结构的有限元模型,合理设置材料与接触属性,通过施加实际工况载荷进行有限元计算并提取被连接件结合面与螺纹面的摩擦应力与剪切应力,以此判定螺纹联接结构是否发生松动失效;最后,通过道路试验验证了所提方法的准确性与可靠性。     

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.     

基于拧紧工艺的发动机曲轴皮带轮螺栓连接优化分析

针对某型号发动机曲轴皮带轮螺栓连接失效问题,从螺栓断口分析其失效机理,并分别对曲轴皮带轮螺栓轴力及监控方式进行理论计算和验证,设计螺栓松动实验—横向振动实验,以验证螺栓在不同夹紧力下松动(轴力衰减)情况,寻求其衰减规律;进行实物装配实验,验证理论计算结果及装配方法,以此优化曲轴皮带轮螺栓拧紧工艺,保证其连接不再发生松动疲劳失效,为后续工艺协同发动机设计提供依据.