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螺钉连接结构中的强度与承载设计矛盾

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发表于 2024-2-8 02:55:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
请教一下各位,8.8级或以上性能等级的螺钉(屈服强度≥640MPa)拧入基体b的螺纹孔中,压紧中间的被连接件a(即螺钉连接的基本形式,见附图),螺钉受到自身预紧力和来自于件a的轴向载荷Q的双重作用,试问如果基体b材料的屈服强度达不到螺栓的屈服强度,是否就代表该结构的承载能力取决于基体b的屈服强度,而螺钉的高性能等级并不能起到作用?如果是这样的话,那么如何理解有些常用的机械结构在设计原理上与之相悖呢?举个例子,液压领域中有一种阀的结构称为叠加阀,其与电磁换向阀通过4个螺钉安装在基体阀块上。为了确保阀组能承受高达30MPa左右的油液压力,通常使用10.9级以上的螺钉(低于此的一般都禁止使用),螺钉的屈服强度至少在900MPa以上,但基体阀块的材质一般使用的是类似QT400-15, QT400-10这些等,其屈服强度一般不超过300MPa,即便是45钢,其调质后的屈服强度也不过300多MPa,最多也就是等同于4.8级螺栓的屈服强度,而除此之外一般不会使用其它材质,那么在这种情况下,如何保证10.9级的螺栓真正发挥效用呢,或者说保证阀组承载不出问题呢?5 E% }$ u8 e) \, _+ O7 R; Q

5 x) Q) ?' |- q; q
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8 X2 Q2 b" ?5 u& C4 u* b! p! P/ S

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发表于 2024-2-8 14:35:27 | 显示全部楼层
力(牛)=压强(帕)*受力面积(平方米),力可以直接传递,压强并不能在受力物体间直接传递,受力分析要算力(牛)。
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发表于 2024-2-8 14:48:36 | 显示全部楼层
咱就说这螺栓在装配拧紧过程中的变形状况你是一无所知啊,你就是一无所知,你怎么好意思提出什么可以推翻装机械基本原理的?
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 楼主| 发表于 2024-2-8 17:13:23 | 显示全部楼层
wtangzz147 发表于 2024-2-8 14:35$ y/ k# C1 _# H# |; i
力(牛)=压强(帕)*受力面积(平方米),力可以直接传递,压强并不能在受力物体间直接传递,受力分析要 ...

3 I3 g( t- f' `/ q, J8 i  ?# w你讲的哪个没算力不对?8 i, n4 a( Q- c8 o& m
液压油作用在被连接件上,有个接触面积,再乘以压强不就是力吗?) s! W( D7 x0 N7 m, V
如果你说的是螺纹,内外螺纹配合在一起,结果两者间屈强差很多,难道说这样设计没问题?1 o# c, \9 y7 A; u# Z* }
所以你如果不了解就直接说,不要不懂装懂,把人怼一番
9 `; G! H# F/ X; O+ t

点评

大哥,你搞错人了吧,我哪里怼你了,你吃炸药了吧,神经病  发表于 2024-2-18 10:31
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 楼主| 发表于 2024-2-8 17:14:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 Sweetney 于 2024-2-8 17:24 编辑 ' N0 }$ B6 k$ d* c. I4 V
逆转的月亮 发表于 2024-2-8 14:48
+ o$ ?" h& C3 R7 z: p& t; [咱就说这螺栓在装配拧紧过程中的变形状况你是一无所知啊,你就是一无所知,你怎么好意思提出什么可以推翻装 ...

3 Z' _( ]* O: ~. f* f# {我怎么推翻了?就是因为有问题才会提出问题
3 ]5 k* _1 J2 f如果内外螺纹配合在一起,结果两者间屈强差很多,难道说这样设计没问题?
' H9 |/ ?. K; A0 p  ^如果你知道问题出在哪就说,不要阴阳怪气的还把人怼一番,心里舒服是吧/ e- C9 a6 A1 [  g& S! y8 Q
好像自己多牛b似的,别人都是lj是吧,就你最牛b.
" D* D  _0 R( d2 o% E: c败类& o8 P, M2 [3 }' V" i# [
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发表于 2024-2-13 20:35:31 | 显示全部楼层
材料的最终强度与体积有关,屈服是在产生应力的情况下发生的,而应力是受力和受力时的接触面积有关,接触面积大了,应力就会减少。
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 楼主| 发表于 2024-2-14 13:16:43 | 显示全部楼层
HYFJY 发表于 2024-2-13 20:35
* e9 G' u% _" h+ g' [材料的最终强度与体积有关,屈服是在产生应力的情况下发生的,而应力是受力和受力时的接触面积有关,接触面 ...
0 `5 a* }$ L: F, Z! k
你说的这个与实际所问问题之间有什么直接的联系吗?螺孔螺栓具有共同的接触面积,不存在说一个接触得很多而另一个很少。顶多是螺孔牙根稍微牢靠一点,但这不足以解释可以在几倍的强度差异下相互配合不出问题。
' l4 R; u. ~0 p2 p' ^' |如果你了解就请直接针对问题说,不要说一些似是而非泛泛而谈的话不懂装懂,还觉得别人比你更傻
0 F3 n% N- M: D4 r5 U
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发表于 2024-2-16 14:36:58 | 显示全部楼层
感觉是对于部分名词、内容的理解有点偏差:
+ ?, Y0 l5 S1 p. H6 M7 Z* @
' ]# p$ r! V8 F# i6 g1. 首先,如各位坛友所说强度单位是Pa(即N/m2,单位面积承受的力),承载则可能是力或者压力。. {" M$ K& k' o7 [
+ B0 T5 @7 ?7 {9 G8 L4 m' t7 {
2. 如上所述,强度设计中的两个关键内容就出现了,即材料本身的强度,以及承受载荷的面积。+ h5 G/ F$ B/ N% b& b. A; _
7 I2 x8 v2 o2 \
' v3 w! Q8 J3 G+ o9 q1 p
现在分析楼主所提事例:' W5 W  |  [1 j
) C3 o1 F$ q1 [
1. 阀块受力, Z2 K9 {2 M# I' R, E
    液压油压力30Mpa   -  作用到阀块上的,需要螺栓拉住的力为 F = 30Mpa * 螺栓作用方向上的受油压作用的净投影面积
' Z5 R" {' z6 y+ O                                                                                                                     (简单计算时,可等效为压力通道的截面积,即进油通道截面积)" J1 t* g! d5 ^( l7 Q
                                      作用到阀块上的,由阀块本体承受的压力是均匀作用到内腔各接触面上,此时阀块的强度由压力管道强度公式计算. Y' L& [7 Q- R$ N. c+ B$ Z
                                                                                                                      (简单理解的话,相当于受载腔的肉厚,提供的截面积)
: q/ a* i) h% O& ]- ~8 J7 _
+ x8 M5 e1 m& S2. 试算: 假定阀块的通径为20,那么所有螺栓承受的力为 30 Mpa * pi*10*10 * 4(四个通道) = 约 28274.3 N
$ {4 i% f/ T, l  r5 \6 l* R- m0 k7 N( v' D6 I* E' I
                                      (注意,内腔T、P、A、B的实际压力油的通道是环形的,部分被遮挡,直径通常大于流通直径的,此处取值仅为了做说明)
  C2 v3 X# h- @' U0 A3 f                假定使用4颗M8,10.9级螺栓,那么按照90%保证应力计算, 所有螺栓能提供的极限静载荷为 30.97 kN * 4 = 123.88kN" r" r, Q  o' z, ?/ L3 ]
                                        (简单计算静安全系数4.38,需要注意的是按照液压系统的运行看,螺栓的载荷是脉动的,所以螺栓提供的保证应力需要进行折抵的,所以实际安全系数是要变小的)6 h7 F- F1 h/ [' i( z0 S
                阀门壁厚测算,假定内腔最大直径50mm,按楼主所说抗拉强度400、屈服强度300,按压力管道计算最小壁厚约9mm。
5 q0 r# N8 l, V: V
3 ^: M% D& a# W1 J0 w* B
  E2 ?% n- l+ ]  A; x( k: b9 u以上供参考和理解相关知识。& o  R# _" j- |/ R* d% }) A
- }( z" H9 A* _& x4 w
, r, D5 A$ q- O9 I5 ~: }
- X& @6 d# X0 t% Z0 b8 h
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 楼主| 发表于 2024-2-16 18:45:08 | 显示全部楼层
Lean_2017.feng 发表于 2024-2-16 14:36# K. j- K; S( a4 @7 {
感觉是对于部分名词、内容的理解有点偏差:
; [% ]2 x$ d9 P' Q4 N# q% Q  k9 V) n# [* e
1. 首先,如各位坛友所说强度单位是Pa(即N/m2,单位面积承受 ...

2 T- T; d% p- }- M' e" e- K, E& ^1 v完全是牛头不对马嘴,什么事都没搞清楚就在这胡口乱喷
! n* n/ [8 E- m6 S+ n
0 X1 ]. j" h$ f; d0 ?5 h! p' d要你来计算吗,你当别人都没算过是吧?要算的不是内孔的壁厚,是油压作用于阀的密封面孔道而产生的载荷。你知道这个作用面积有多大吗?!你知道这个力传递到螺栓上相当于螺栓承受了多大的应力吗?我说油压有30MPa只是为了说明这个使用压力很大,不是说一看到这个数值就拿它跟300MPa作比较,好像完全不值一提似的,这种啥都不懂的lj就不要在我这乱喷。
& [0 [7 ?$ m$ C. ?6 T
& F$ M* {: a7 v2 V你自己基本的计算都出错还好意思发出来给人看,至少10.9级是行业内的基本规范,人家早就算得清清楚楚了,假设10.9级相当于有900MPa,那么实际螺栓所承受的应力一定至少750MPa以上,接近900,而不是说一个有900另一个只有300,那如果实际使用到上限高压时早就爆了,是有生命危险的,懂吗?
. V- T  |! b! [' R' g: Q1 z# f
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发表于 2024-3-1 09:05:21 | 显示全部楼层
基体b材料的屈服强度达不到螺栓的屈服强度,是否就代表该结构的承载能力取决于基体b的屈服强度)——基体b材料的屈服强度不同,螺栓最小拧紧深度也不同,目的就是保证牙齿能承受的力大于螺杆的拉力,并且留有安全系数。
对于图示钢件连接有测试实例:1 牙承载的轴向力的比例最高,达到34%,第二牙23%;第三牙16%;前三牙达到负荷的73%。
产生牙齿受力逐渐减小的原因是前几颗牙齿产生了变形。

! R0 E; w2 X, O1 @
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