提高螺栓连接强度的措施

螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度。影响螺栓连接强度的因素很多，有结构、尺寸参数、装配工艺、材料、制造精度等级等。提高螺栓连接强度的途径主要有以下几条。

1.提高螺栓的疲劳强度

理论和实践证明，变载荷工作时，在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被连接件刚度都能达到提高螺栓疲劳强度的目的，但应适当增大预紧力，以保证连接的密封性。

减小螺栓刚度的常用措施有：适当增加螺栓的长度、减小螺栓杆直径，也可做成腰状杆或中空的结构，即采用柔性螺栓，如图10－19所示。柔性螺栓受力时变形大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动。在螺母下面安装弹性元件，当工作载荷由被连接件传来时，由于弹性元件的较大变形，也能起到柔性螺栓的效果，如图10－20所示。为了增大被连接件的刚度，不宜采用刚度小的垫片。图10－21所示的紧密连接就以采用密封环为佳。

图10－19 腰状杆螺栓与空心螺栓

图10－20 安装弹性元件

图10－21 用密封环密封

2.改善螺纹牙间的载荷分布

采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈之间的分布是不均匀的，从螺母支承面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减。理论分析和实验证明，旋合圈数越多，载荷分布不均的程度就越显著，第8～10圈以后的螺纹几乎不受载荷，如图10－22所示，所以采用圈数多的厚螺母，并不能提高连接强度。普通螺母和加高螺母的载荷分布如图10－23所示。可采用均载螺母结构，如悬置（受拉）螺母（见图10－24a，螺母锥形悬置段与螺栓杆均为拉伸变形，有助于减少螺母和螺栓杆的螺距变化差，从而使载荷分布比较均匀）、环槽螺母（见图10－24b）、内斜螺母（见图10－24c）、内斜与环槽螺母（见图10－24d，其作用与悬置螺母类似）。

图10－22 旋合螺纹变形示意

图10－23 旋合螺纹间的载荷分布

图10－24 均载螺母结构

3.减轻应力集中

螺纹的牙根和收尾、螺栓头部与栓杆交接处都有应力集中，是产生断裂的危险部位，特别是在旋合螺纹的牙根处，由于栓杆拉伸，牙受弯剪，而且受力不均，情况更为严重。适当加大牙根圆角半径以减轻应力集中，可提高螺栓疲劳强度达20％～40％。如图10－25所示，加大螺纹头过渡部分圆角（见图a）、在螺纹头过渡部分切制卸载槽（见图b）、采用卸载过渡结构（见图c）等都能减小应力集中。

图10－25 减轻应力集中的措施

图10－26 冷镦与滚压加工螺栓中的金属流线

4.采用合理的制造工艺

制造工艺对螺栓疲劳强度也有很大影响。采用碾制螺纹时，由于冷作硬化的作用，表层有残余压应力，金属流线合理，螺栓疲劳强度可比车制螺纹高30％～40％；热处理后再滚压的效果更好，如图10－26所示。另外，碳氮共渗、渗氮、喷丸等处理都能提高螺栓疲劳强度。