通过螺栓及连接件材质组合提高螺栓疲劳强度的方法

摘要

通过螺栓及连接件材质组合提高螺栓疲劳强度的方法，属于机械零件技术领域，利用由螺栓头、螺栓圆柱部、不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成的螺栓及连接件，螺栓材料硬度为H

说明书

技术领域

本发明属于机械零件技术领域，特别涉及一种通过螺栓及连接件材质组合提高螺栓疲劳强度的方法。

背景技术

目前，螺栓在各种机械设备、铁桥、建筑物、建设器械、各种运送机械、电器、眼镜等可活动部位或承受外部振动的构件结合处被大量使用，这些螺栓及连接件(螺母)大都采用硬度相同的材料，在螺栓和螺母配合使用过程中，内部只有1％的比例相接触，导致张力应力和抗拉应力集中，螺栓的螺纹向两边拉，而螺母的螺纹向内挤压，螺栓和螺母承受的压力增加，容易损坏，尺寸越大不完全接触程度越严重，疲劳强度下降，越容易损坏螺栓和螺母，如何改变这一情况是必要的。

发明内容

为了解决以上问题，使得螺栓和螺母的接触面积增大，应力分散，本发明提供一种通过螺栓及连接件材质组合提高螺栓疲劳强度的方法。

本发明的技术方案是这样的：一种通过螺栓及连接件材质组合提高螺栓疲劳强度的方法，利用由螺栓头、圆柱部、不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成的螺栓及连接件，螺栓材料硬度为H_b，则连接件螺母的材料硬度H_n＝(0.4～0.9)H_b。

所述的螺栓与其连接件螺母的螺合位置，满足下式时获得良好的螺合状态，不完全螺纹部与螺栓连接件螺母的螺合长度a与螺母长度H的关系为a＝(0.5～0.8)H。

通过螺母以全长的50％～80％与螺栓锥台形螺纹牙除去部相螺合，从而在作为危险断面的、位于母螺纹内侧端面的螺栓锥台形螺纹牙除去部的螺纹牙根，不仅能够切实高效地实现负荷均一化、缓和张力及曲力的集中和不完全接触状态，而且，可以获得更牢固的连接力，起到防松的效果，还增加了疲劳强度。

本发明的有益效果是：螺栓和螺母选用不同的材质组合，使得螺母的硬度小于螺栓的硬度，在其配合的过程中使得接触面增大，减小应力集中，螺栓螺纹承受应力的能力增强，不容易损坏，连接更牢固，还提高了疲劳强度。

附图说明

图1为螺栓结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为螺栓结合体中螺母具有不同的材料组合对其疲劳强度的影响；

图4为螺栓结合体中螺栓具有不同的材料组合对其疲劳强度的影响；

图中：1螺栓头，2螺栓圆柱部，3不完全螺纹部4螺纹部，5螺纹牙除去部。

具体实施方式

实施例1：如图1、2所示，

螺栓包括螺栓头1、螺栓圆柱部2和螺纹部4，螺纹部4由不完全螺纹部3、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成，螺纹部从螺纹根部开始螺纹被斜向除去一部分，这部分形成锥台形的螺纹牙除去部5，由锥台形螺纹部的最小径处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成不完全螺纹部3，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部的长度，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这时螺母通常以全长的50％-80％与螺栓的锥台形的螺纹牙除去部5相螺合。

螺栓和螺母材料硬度对比结果，见下表

通过两组的对比，在相同应力作用下，第2组比第1组中的螺栓和螺母连接能够承受的反复振动的次数高7倍以上，证明抗疲劳性明显增强。

选用M16的螺栓和螺母，螺栓在螺合螺母时，与螺母相螺合的螺栓锥台形的螺纹牙除去部5各螺纹的高度，与分摊的表面压力成反比递减，从而使锥台形螺纹牙除去部5各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺母的内侧端面区域的锥台形螺纹牙除去部5的螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部2的长度，并在必要时使用垫片，从而能够将螺母调节到最佳位置，获得良好的螺合状态，此时螺母以全长的50％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部5相螺合，螺纹牙除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为7％±1％，使锥台形螺纹牙除去部5的螺纹牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减少接触面积，缓和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形螺纹牙除去部5螺纹牙根处的应力，具有可靠的疲劳强度和有效的防松性能。

例2：螺栓包括螺栓头1、螺栓圆柱部2和螺纹部4，螺纹部4由不完全螺纹部3、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成，螺纹部从螺纹根部开始螺纹被斜向除去一部分，这部分形成锥台形的螺纹牙除去部5，由锥台形螺纹部的最小径处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成不完全螺纹部3，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部的长度，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这时螺母通常以全长的50％-80％与螺栓的锥台形的螺纹牙除去部5相螺合。

螺栓和螺母材料硬度对比结果，见下表

通过两组的对比，在相同应力作用下，第2组比第1组中的螺栓和螺母连接能够承受的反复振动的次数高3倍以上，证明抗疲劳性明显增强。

选用M22的螺栓和螺母，螺栓在螺合螺母时，与螺母相螺合的螺栓锥台形的螺纹牙除去部5各螺纹的高度，与分摊的表面压力成反比递减，从而使锥台形螺纹牙除去部5各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺母的内侧端面区域的锥台形螺纹牙除去部5的螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部2的长度，并在必要时使用垫片，从而能够将螺母调节到最佳位置，获得良好的螺合状态，此时螺母以全长的80％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部5相螺合，螺纹牙除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为6％±1％，使锥台形螺纹牙除去部5的螺纹牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减少接触面积，缓和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形螺纹牙除去部5螺纹牙根处的应力，具有可靠的疲劳强度和有效的防松性能。