横向激励下螺栓特殊连接形式对其松动的影响研究

摘要

螺栓连接在机械、航空航天、土木工程等领域应用极为广泛，其看似渺小却事关重大。螺栓作为普遍应用的重要的连接件，其连接可靠性对整个结构的安全有着至关重要的作用，尤其在振动的条件下，松动是导致螺栓失效的最主要的原因之一。而随着科学的发展，时代的进步，螺栓连接形式及被连接件也呈现出多样化的趋势，而对经典螺栓连接松动的研究无法完全解释新出现的问题。因此，本文结合工程实际，探究了现实存在的3种螺栓特殊连接形式，结合试验数据及现象分析得到了一些非常具有指导意义的结论。文章主要研究内容及结论如下:
　　(1)详细介绍了螺纹及螺栓相关理论的发展过程，从理论层面对螺栓的紧固及松动原理进行了阐述，并对螺栓的紧固方法及防松措施进行了说明。借助有限元仿真方法，对螺栓的张紧状态进行了分析，得到螺栓张紧时真实的应力分布情况，发现螺栓按照计算预紧力张紧后，其前3圈工作螺纹承受了绝大部分荷载，导致其应力较大。
　　(2)由于试验数量庞大，试验条件繁杂，试验变量多，因此研制了适用于横向激励的可拆换式的工装夹具，方便了试验过程中变量的变换，对试验进行的加速及成本的降低起到了重要的作用。
　　(3)在非金属垫片厚度及硬度对螺栓松动的影响研究试验中发现，较厚的非金属垫片相对于较薄的垫片能够提高螺栓连接的松动寿命;在较厚非金属垫片硬度试验中发现，硬度较大的垫片对螺栓连接松动寿命提高的贡献度更大;在较薄非金属垫片硬度试验中发现，由于软垫片在预紧力的作用下易被压实而在振动载荷下发生破损，因此建议选用强度更大的硬而结实的垫片。
　　(4)在卡式螺母最佳拧紧力矩的探究试验中发现，应以符合扭矩规范的螺栓拧紧计算力矩进行紧固，由于卡式螺母的弹簧卡片强度有限，过大的力矩会导致螺母歪斜，而过小的力矩则可能无法正常拧紧螺栓，导致螺栓连接迅速松动。
　　(5)在被连接件表面涂层形式对螺栓松动的影响研究试验中发现，单层环氧底漆不耐磨，在振动环境下极易被磨掉甚至使金属部件裸露，对部件的防腐蚀极为不利，环氧底漆+2层聚氨酯面漆的涂层较厚且漆层接合界面较多，导致整个涂层在振动环境下稳定性较低，不利于螺栓连接的预紧力的保持，而环氧底漆+聚氨酯面漆的涂层组合既能保护底漆不被磨掉又不至于太厚，在试验中的效果最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 螺纹与螺栓

1．2．1 螺纹概述

1．2．2 螺栓概述

1．3 螺栓松动相关问题国内外研究现状

1．3．1 国内研究

1．3．2 国外研究

1．4 选题意义及研究内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 研究内容

第二章 螺栓的紧固及仿真分析

2．1 普通高强度螺栓紧固原理

2．1．1 螺纹斜面原理

2．1．2 紧固力矩及理论预紧力的计算

2．1．3 螺栓紧固能量的转化

2．2 普通高强度螺栓紧固方法

2．2．1 扭矩法

2．2．2 塑性区域螺母转角法

2．2．3 弹性区域螺母转角法

2．2．4 拉伸控制法

2．3 普通高强度螺栓连接结构的精确仿真

2．3．1 有限元模型简介

2．3．2 无横向位移的螺栓连接仿真

2．1 存在横向位移条件螺栓连接仿真

2．4 本章小结

第三章 螺栓的松动

3．1 螺栓松动原理

3．2 非旋转松动

3．3 旋转松动

3．4 小结

3．5 螺栓连接防松方法

3．5．1 保持预紧力

3．5．2 防止接触面间的相对滑移

3．5．3 抗松退扭矩

3．5．4 摩擦防松

3．5．5 机械固定

3．5．6 破坏螺纹副运动关系防松

3．6 本章小结

第四章 特殊螺栓连接形式松动试验

4．1 非金属垫片厚度及硬度对螺栓松动的影响

4．1．1 总体路线

4．1．2 试验材料及设备仪器

4．1．3 垫片硬度的测定

4．1．4 试验相关参数的确定

4．1．5 试验

4．1．6 总结

4．2 卡式螺母最佳拧紧力矩的探究

4．2．1 总体路线

4．2．2 试验材料及设备仪器

4．2．3 试验相关参数的确定

4．2．4 试验

4．2．5 总结

4．3 被连接件表面涂层形式对螺栓松动的影响

4．3．1 总体路线

4．3．2 试验材料及设备仪器

4．3．3 试验相关参数的确定

4．3．4 试验

4．3．5 总结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果