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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?; l7 h6 _& f. m; E
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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& B6 m/ `( P) g1 O5 @+ b+ c
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 ...

: k9 m, P0 E  T2 ]! Y! c你讲的哪个没算力不对?# v& N2 ]% f6 m# u+ d
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?# ]3 x+ A2 y5 M% m* m
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 W6 o7 O8 ?( @所以你如果不了解就直接说,不要不懂装懂,把人怼一番# x" }' t8 @2 }$ q3 O, m, k4 ~7 H

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 ' D! l+ W  t3 v8 g/ B7 v# m+ M) k
逆转的月亮 发表于 2024-2-8 14:48
* z, L4 J. H1 D7 e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 ...
, @" `( v* U4 X9 Y2 }9 l
我怎么推翻了?就是因为有问题才会提出问题
3 N" E7 U' l1 j5 B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?
4 `" b9 p+ u6 [5 `6 u5 X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* z7 D5 E0 |- F9 U6 v
好像自己多牛b似的,别人都是lj是吧,就你最牛b.
: r: O! W+ r. Q9 V败类
, z  @8 o7 F  ?  A
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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+ k! C, a  P: ^% H% m$ T
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 ...
* v- ]$ S/ D' @: }3 i, l+ [
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。
# N9 W" M" Y6 x; C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$ {( l$ {. x& i, S3 e3 P; i
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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:) d9 C. Q/ x( r, I. ^

( Z% {2 o2 ?- `3 c0 Q! q1. 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。
/ [. @+ r2 p- ^; g8 V" ^5 E% j% i3 R% Y3 j
0 K+ K7 W" Y$ \5 I2. 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。1 u" B" \/ e6 s+ u: O: a* e
6 K, R  C5 i+ n  }7 }

+ s. D5 P+ V: E$ v$ C* B9 X现在分析楼主所提事例:
) O2 n% l6 M/ ?$ Y* A
/ ]' f- }. _+ A- [7 F1. 阀块受力
. Z+ E; }2 \1 c4 n5 [    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
% d5 E  k$ Z* m0 j2 e                                                                                                                     (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)
) S7 V; V, u5 g6 {0 W# d6 H+ y                                      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
* g+ A& J  f1 R/ Z+ g                                                                                                                      (简单理解的话,相当于受载腔的肉厚,提供的截面积)$ J4 N: N* f  }. r

, d( X! H, V/ Z4 X0 ?) X2. 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
0 k7 P3 P4 r2 n2 O' G% u- A! D
- F  l: Y! C+ u. |. s0 B                                      (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)
+ N( @" M: J5 J+ P, }6 K                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% [7 l. f; i1 G! [
                                        (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)0 {% S' n7 G4 t: t# {: r" h, @
                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。
# ]0 r; v* m* S: i
* q0 U3 w& U& @: P, |7 H9 A- C- F. ^) O* G: o; ~5 T4 l
以上供参考和理解相关知识。3 p; z6 W, m; k5 N  j! L  m
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) D2 V0 ]8 d* |' m

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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
5 X; I3 s& _- P% O感觉是对于部分名词、内容的理解有点偏差:
1 D2 L9 U- D# }1 ^; J. C( m8 z" F
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 ...

* q& R- ~7 y2 @$ ?! l完全是牛头不对马嘴,什么事都没搞清楚就在这胡口乱喷0 Q' l+ O, S' |. F1 z% P4 i8 F2 e

6 n8 {" o2 J1 _/ C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。# x. n! P- d& I$ b% P8 ]# ?4 s; k
+ r+ Z/ S) j* \* l
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?
; ?0 D  z* C/ t" R+ Z5 ~6 _
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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。
' w) B! U) d, [+ f% g
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