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连接螺纹在塑性变形下的受力分析

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-2-13 16:35:50 | 显示全部楼层 |阅读模式


螺纹紧固件8.8、9.8、10.9、12.9和12.9等级别,材质为低合金钢或低、中碳钢并经热处理(淬火、回火),通称为高强度螺栓,螺纹连接是机械连接中的重要方式。

目前,由于高强度或超高强度钢制造的螺纹紧固件在实际工程中存在结构强度不确定的问题,其主要原因是标准配合螺纹在发生塑性变形后,其配合螺纹之间的应力分布及由塑性变形带来的局部高应力转移不确定性,这就导致配合的螺纹紧固件的某些螺纹根部应力非常大,从而带来结构强度破环和早期疲劳失效。

螺纹紧固件的疲劳和一般疲劳一样,存在着5个必要条件:①交变工作载荷;②高于疲劳极限的应力副;③疲劳源;④环境介质;⑤材料的敏感性。螺栓连接疲劳失效可从这5个方面着手,进行设计时的疲劳失效预防和疲劳失效分析。

螺纹紧固件的疲劳失效可以在设计中避免的。螺纹紧固件的疲劳失效,大多数都不是因为螺纹紧固件的质量问题引起的,而是设计的不合理。因此,设计初期,就应对工作载荷进行计算,可以通过合理的紧固点布置和螺栓结构尺寸设计优化,并施加足够的夹紧力,使螺栓在工作中,应力幅控制在设计的范围内,必将大幅地降低螺栓疲劳失效的概率,从而为客户提供高品质的产品。

经查阅相关文献资料,目前对塑性变形下的螺纹受力特性研究甚少,从而根本上严重制约了螺栓高强度结构或超高强度方向的应用与发展。

如30CrMnSiA钢螺栓最低屈服强度975Mpa,抗拉强度1080Mpa。通过对螺纹三维有限元分析表明,从计算结果来看,配合螺纹最大应力为946Mpa,位于外螺纹的最后一螺纹处。

通过高强度螺栓螺纹最大应力曲线图读取螺纹的塑性变形值,其外螺纹第1牙螺纹塑性变形最大;外螺纹中,从第7牙螺纹开始,应力明显降低。可以看出,在发生塑性变形下的配合螺纹中,由于前面螺纹牙型发生塑性变形,最大应力不再是第1牙螺纹最大,而是转移到第3牙螺纹和第4牙螺纹,这在最大应力曲线图中也能够得到很明显的体现,在螺纹根部存在高应力区,其高应力分布方向基本与牙侧垂直。

用螺纹三维有限元设计,牙高优化设计结果表明,在发生塑性变形下的螺纹配合,要获得其螺纹根部最大应力最小且前端3螺纹应力水平相当,则须使前端3螺纹牙高相等且牙高约为原牙高的2/3,才能在连接螺纹塑性变形不一致的情况下,使应力与牙高对载荷分配之间达到等强度匹配。随着牙高的增加,牙高最大应力以及相互牙根应力差也随之增大。为此,设计时需以牙高为优化对象,达到对螺纹等强度的目的,为塑性变形下配合螺纹的应力分布特性及牙高等应力优化提供参考。

此帖出自信息发布论坛
上海天乘实业有限公司  联系人:孙经理   手机:15821239223   官网:www.tchsyj.com

螺纹摩擦系数试验机 紧固件横向振动试验机 生产 研发 销售

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-2-28 16:29:04 | 显示全部楼层

紧固件摩擦系数试验机
产品描述:采用最先进“夹紧力---螺纹扭矩”复合传感器,其符合标准参考:ISO16047,GB/T 3098.9-2010、GB/T16823.3-2010、ISO 2320等,测试参数:轴力(夹紧力)、总扭矩、螺纹扭矩、支撑面扭矩、总摩擦系数、支撑面摩擦系数、螺纹摩擦系数、K系数、屈服极限扭矩和轴力、破坏扭矩轴力、拧紧角度等的测试试验。

功能简介
名称:紧固件摩擦系数试验机
型号:TCH-10000、TCH-20000
?采用最先进“夹紧力---螺纹扭矩”复合传感器
?与德国设备同款、数据完全同步
?测试样件长度≥2.5D即可,解决短样件不能测试(需要做替代件)的问题,
可以满足客户任意的异形样件测试, 丰富的工装设计测试经验。
功能模块
有效力矩测试----ISO2320-2008,锁紧螺母的紧固特性
摩擦系数测试----ISO16047-2005、GB/T16823
模拟工况试验----根据顾客不同装配工艺编程来验证装配有效性
衰减检测-------延时检测轴力的衰减曲线
屈服拧紧试验----检测屈服点需要的装配扭矩、轴力
拧紧破坏试验----检测紧固件破坏的轴力、扭矩
其符合标准参考:ISO16047,GB/T 3098.9-2010、GB/T16823.3-2010、ISO 2320
同时满足不同车厂标准:DIN946、JISB1084、WZ100、101、GMW3359、SAE USCAR10、11,VW01131等
测试参数:轴力(夹紧力)、总扭矩、螺纹扭矩、支撑面扭矩、总摩擦系数、支撑面摩擦系数、
螺纹摩擦系数、K系数、屈服极限扭矩和轴力、 破坏扭矩轴力、拧紧角度等的测试试验
?主要技术参数:
1.紧固总扭矩测量范围:10000NM、20000NM
2.轴力夹紧力:1500KN、2000KN
3.螺纹扭矩:5000NM、10000NM
4.扭矩测量精度:±1%
5.扭角测量分辨率:0.001°
6.扭角测量精度: ±0.5%
7.加载转速: 0~15r/min (可以按用户要求确定范围 )
8.夹紧载荷精度:±1%
9.扭转方向: 正、反两个方向
10.电源功率:20KW,三相 AC 380V
11、测试规格范围:M5—M64



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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-1 10:45:35 | 显示全部楼层
紧固件横向振动实验是用来对紧固件在承受横向交变载荷的防松性能进行研究、分析、测试的重要实验。由于各类交通运输工具常可能承受横向交变载荷。如汽车的气功、制动、加速、减速的等,因此对这类设备中的关键的紧固件进行横向振动实验,以确保交通运输的安全是十分必要的。
我们的防松垫圈、锁紧垫圈就是通过了专业的横向振动测试。其中DIN25201的锁紧靠斜面滑动防松,更有利于通过横向振动。由两片相同的垫圈组成一套,每片的上、下面带有不同锯齿。一面为凸轮状大齿,其斜坡角度α大于螺栓螺纹角β,另一面为较密小齿。垫圈安装时,要大齿面相对,成对安装。小齿面分别与螺母和被紧固件接触。拧紧螺栓连接紧固件后,振动发生时,大齿面会错动抬升,并由α角大于β角的原理来锁住螺栓,使之不能松动。
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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-5-16 13:31:55 | 显示全部楼层
浅析紧固件横向振动试验机振动方式的正确性

一、结构原理正确性:

根据国家标准GB/T10431,德国工业标准:DIN65151的技术规范要求,ISO16130标准、DIN25210标准,同时参考G.H.Junker  (1969年容克振动防松原理研究发现者),提出水平横向振动界面滑移理论,造成用于防松的摩擦分力下降,

规定水平横向振动才是正确的振动方式和防松检测设备。

标准规定水平横向振动结构原理图图↑

水平横向振动的确定,保证了试验样件装夹正确性:

1、 测试样件完全自由状态,不受任何方向剪切力,保证了试验完全的正确性和准确性

2、 水平推拉滑移板完全自由状态,不会因为推拉板自重的外力干扰影响试验数据

3、 凸轮机构调节振幅大小非常方便和直观,

其他方式的振动方式错误原因:如“垂直方式振动”:

1、 样件不能自由状态装夹,由于样件和工装的自重原因,样件在装夹测试时和工装一起倾斜下坠,不能保证样件在测试前在中心位置,会产生剪切力。测试样件不能自由状态,满足不了标准规定自由状态要求,这样测试的数据不是真实的防松性能数据。

2、 推拉滑移板因为垂直自动的原因,在推和拉的往复运动中,推的力会加上自重,拉的力会减去自重,所以测试中不是真实的数据反应。会影响测试结果的准确性。

3、 调节振幅很不方便,需要人蹲下到机器柜子里伸进去调节,

二:测试样件疲劳断裂的正确性

1、水平横向振动方式:

正常测试情况下,测试样件不会断裂,按照德国和机械工业零部件检测中心防松性能测试规定,测试时设定振动次数是1500次,正常的测试样件在1500次是不会断裂的,除非下列情况,就会产生摩擦疲劳断裂:

A、振动次数在3000-5000次以上,并且样件防松性能很好,几乎衰减10%左右,这样在振动滑移摩擦过程中,因为样件一直在受到较大的夹紧力和滑移摩擦力的情况下断裂,

B、 振幅没有按照标准规定设定,设定的振幅较大,导致滑移量太大,剪切断裂

正确的滑移摩擦疲劳断裂部位图↑

2、其他振动方式:如垂直振动

由于垂直振动方式不正确性,测试样件受到剪切力和滑移推拉板的自重力情况下,样件在振动测试中,不是完全的滑移摩擦力变化引起松动,而是和工装共同的外力作用下使样件发生变形,甚至烂牙,很容易使样件非正常断裂,即使夹紧力衰减很多,也会断裂,完全是外力剪断,不是疲劳断裂,在1500次内振动的情况下基本上断得满地都是螺栓头,即使不断,也不容易把螺母松脱旋出,因为螺栓变形和烂牙了。所以测试结果是不合理的,

1、 样件不能自由状态,不能完全在中心位置,

2、 夹具工装和推拉滑移板自重影响

3、 垂直方式振动会导致整个设备安装试样的一端来回上下跳动。

错误断裂方式图↑

按照螺栓设计本身的尺寸和强度特点,由于六方头部是螺杆和圆弧R角过度,其强度比螺纹部分大,不应该断裂,其原因是工装和振动方式不合理,螺栓在里面摆动断裂。

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