緊固件螺栓斷裂的原因有多種多樣,歸納來說,一般螺栓的損壞由應(yīng)力因數(shù)、疲勞、腐蝕和氫脆等原因形成。
螺栓斷裂
1、應(yīng)力因數(shù)
超過常規(guī)應(yīng)力(超應(yīng)力)由剪切、拉伸、彎曲和壓縮中的任一個或其組合而產(chǎn)生。
大多數(shù)設(shè)計人員首先考慮的是拉伸負(fù)荷、預(yù)緊力和附加實用載荷的組合。預(yù)緊力基本是內(nèi)部的和靜態(tài)的,它使接合組件受壓。實用載荷是外部的,--般是施加在緊固件上的循環(huán)(往復(fù))力。
拉伸負(fù)荷試圖將接合組件抗開。當(dāng)這些負(fù)荷超過螺栓的屈服極限時,螺栓從彈性變形變?yōu)樗苄詤^(qū),導(dǎo)致螺栓永久變形,因此在外部負(fù)荷除去時不能再恢復(fù)原先的狀態(tài)。類似原因,如果螺栓上的外負(fù)荷超過其極限抗拉強(qiáng)度,螺栓將斷裂。
螺栓擰緊是靠預(yù)緊力扭轉(zhuǎn)得來的。在安裝時,過量的扭矩導(dǎo)致超扭矩,同時也使緊固件受到了超應(yīng)力而降低了緊固件的軸向抗拉強(qiáng)度,即在連續(xù)扭轉(zhuǎn)的螺栓與直接受張力拉伸的相同螺栓相比,屈服值比較低。這樣,螺栓有可能在不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的小抗拉強(qiáng)度時就出現(xiàn)屈服。扭轉(zhuǎn)力矩大可以使螺栓預(yù)緊力增大.使接合松弛相應(yīng)減少。為了增加鎖緊力,預(yù)緊力一般采取上限。這樣,除非屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度之間差異數(shù)目很小,一般螺栓不會因扭轉(zhuǎn)而出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。
剪切負(fù)荷對螺栓縱軸方向施加一個垂直的力。剪切應(yīng)力分為單剪應(yīng)力和雙剪應(yīng)力。從經(jīng)驗數(shù)據(jù)來講,極限單剪應(yīng)力大約是極限抗拉應(yīng)力的65%。許多設(shè)計人員優(yōu)選剪切負(fù)荷,因為它利用了螺栓的抗拉和抗剪強(qiáng)度,它主要起類似銷釘?shù)淖饔?使受剪切的緊固件形成相對簡單的聯(lián)接.缺點(diǎn)是剪切聯(lián)接使用范圍小而且剪切聯(lián)接不能經(jīng)常使用,因其要求更多的材料和空間。我們]知道,材料的組成成分和精度也起一定的決定性。但是,將抗拉應(yīng)力轉(zhuǎn)換成剪切負(fù)荷的材料數(shù)據(jù)往往卻是得不到的。
緊固件預(yù)緊力影響剪切聯(lián)接的整體性。預(yù)緊力越低,在與螺栓接觸時接合層越易滑動。剪切負(fù)荷能力通過乘以橫平面數(shù)計算(一個剪切平面通稱單剪,兩個剪切平面通稱雙剪),這些平面應(yīng)該是無螺紋螺栓的橫截面。我們不提倡設(shè)計通過螺紋的剪切,因為緊固件的剪切強(qiáng)度可在橫截面變化時被應(yīng)力集中克服。在核定緊固件剪切強(qiáng)度時,有些設(shè)計人員采用抗拉應(yīng)力面積,而另一些設(shè)計人員優(yōu)選小直徑截面。如果剪切聯(lián)接中螺栓扭轉(zhuǎn)到規(guī)定值,接觸層的配合面在外未超過摩擦阻力前,不能開始滑動。增加配合面之間的摩擦可提高聯(lián)接的整體性,有時候由于零件的大小及設(shè)計的需要,會限制必須使用螺栓的數(shù)目。
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