螺钉连接结构中的强度与承载设计矛盾

Sweetney

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？

wtangzz147

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）。

逆转的月亮

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？

Sweetney

wtangzz147 发表于 2024-2-8 14:35
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？
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？
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

Sweetney

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 ...

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
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

HYFJY

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。

Sweetney

HYFJY 发表于 2024-2-13 20:35
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 ...

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

Lean_2017.feng

感觉是对于部分名词、内容的理解有点偏差：

( 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。


+ 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）

, 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
                                        （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）
                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
以上供参考和理解相关知识。



3 N& O3 n% e2 s! W. \  U

Sweetney

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 ^
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

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。

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？
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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：第 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。