螺栓连接是否应该刨去预紧力？

无能 · 发表于 2011-7-19 22:38:49

有人说，螺栓连接，要刨去预紧力。我查阅手册后，发现没有这方面的要求。
另外，平常总是看到“预应力拉杆”这个词，比如德国某公司的铝型材挤压机，就采用了预应力拉杆方案。
我研究了一下，得出一个结论，就是“在被连接的刚度远远大于螺栓刚度的前提下”，螺栓连接是不需要刨去预紧力的，并且，也只有在这个前提下，“预应力拉杆”方案才能发挥它的优势，既它的“疲劳应力幅”才能降低。

设定符号如下：
K1：设螺栓刚度
K2：被连接刚度
L：被连接件自然厚度
△1：预紧时拉杆伸长量
△2：预紧时被连接件压缩量
△1'：加载后拉杆伸长量，△1'=△1＋△2
F：预紧时拉杆受力
F'：加载时拉杆受力
则拉杆预紧时：
F=K1×△1
F=K2×△2
假设被连接件受载时，界面处于刚分离状态（△2=0），则：
F'=K1×△1'=K1×(△1＋△2)
则：
F'/F=[K1×(△1＋△2)]/(K1×△1) = 1+K1/K2
可见，只有当K1远小于K2，亦即“拉杆刚度”远小于“被连接件刚度”时，拉杆最大力与预紧力的比值才会小，应力幅值才会小。比如说，当K1/K2＝0.1时，拉杆的应力幅只有预紧力的0.1倍，应力幅越小，疲劳强度就越高。也就是说，拉杆受载时的应力与预紧时相差不大，也就不用刨去预紧力了！
手册上说，在被连接件之间，不要使用低刚度的垫片，我想很可能也是因为这个道理。

我们反过来考察一种情况，假设被连接件是弹簧，那么其刚度非常低，假设是拉杆的一半，那么K1/K2＝2，则拉杆的应力幅是预紧力的2倍。这个时候，对拉杆的损害是非常大的，因为当拉杆的变形达到极值时，整个作用链的变形还小，这时被连接件也就是弹簧，还仍然出力，并且作用在拉杆上，对拉杆是个大损害。而反观上例，被连接件刚度大时，拉杆的变形还没达到极值，被连接件之间就已经脱离了，就没有力作用到拉杆上。

jh20081223 · 发表于 2011-7-20 08:31:31

不研究原子弹不研究这些

chntod · 发表于 2011-7-20 09:19:44

“螺栓连接，要刨去预紧力”是什么意思？

这张图有一些内容

steven8888 · 发表于 2011-7-20 11:51:17

我也想知道，顶一个，希望来个高手指点一下。

包工头 · 发表于 2011-7-21 15:33:33

无能大侠分析得很有道理，看了大侠的帖子真是收获不少啊……
我觉得螺纹（紧）联接中肯定是要算上预紧力的，手册上的计算例子中也是这样的，螺纹联接往往以疲劳破坏最常见，要减小这种疲劳破坏，除了有螺栓（柱、钉）和螺母的材料、热处理以及结构因素外，预紧力也是重要原因，要尽量降低应力幅，如果预紧力不足，虽然能使螺栓上循环变化的总载荷的平均值减小，但却使载荷的应力幅增大，因此总的效果是使螺栓的疲劳寿命下降了。
如果如果预紧力不足，当被联接件有工作载荷时（比如内燃机的气缸盖），被联接件间隙就可能≥0，出现漏气，但是预紧力也不能太大，太大可能拧断螺栓或者是滑丝。
从大侠推导的公式来看，如果被联接件刚度K2是定了的，要降低螺栓的刚度K1，可以使用柔性螺栓（柔度是刚度的倒数，柔度越大，刚度越小）。

kedon20111 · 发表于 2011-7-21 15:51:36

通过楼主的帖子，我知道楼主应该是做路桥工程或者钢结构工程的

古城浪子 · 发表于 2011-7-22 21:53:42

不要小看螺栓，其实螺栓很深奥。
螺栓的问题分为两大类，一类是计算方面，最基本的就是三楼提及的刚度变形曲线，再深的计算还有很多。
另一类就是工程施工上问题，如使用什么方式预紧，扭矩法、拉伸法、等等，扭矩法使用何种工具，角度控制还是扭矩控制、还是扭矩变化率控制等。

辉MVP哥 · 发表于 2011-7-22 22:02:35

原来这么复杂啊机械就是深奥啊

小马过河 · 发表于 2011-7-23 20:50:58

记得早些时候有帖子讨论国外设备重要连接处专门用加长套管做垫圈从而用更长的螺栓连接，降低其本身刚度，是否也是这个原理呢？

tools1127 · 发表于 2011-7-23 21:06:02

围观，长见识了，经济性、可靠性如何统一！

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