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【知识科普】关于螺钉/螺栓的5个小秘密
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嘉立创黎工
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电梯直达
相信大家都曾有过下面的一些疑问: ● 我需要选多大的螺钉/螺栓? ● 都有什么类型的螺钉/螺栓? ● 垫片是做什么用的? ● 螺栓要拧多紧,它是如何影响承载能力的? ● 粗牙螺纹 or 细牙螺纹? 一、认识一下常见的螺钉/螺栓: 螺钉与螺栓有什么区别?有些工具书上是这么说的: if you turn the head it's a screw, if you turn a nut it's a bolt. A hex head cap screw and hex bolt may look identical. 也就是说如果会用到螺母,那就称作螺栓,否则就叫螺钉吧。有时候它们是同一个东西,因此不用过分的纠结了…… 上图就是一些螺钉的照片,下图呢就是一些即可称之为螺钉,也可以称之为螺栓的照片。
二、粗牙螺纹 or 细牙螺纹? 一般来说,除非用在钣金件连接,能用粗牙螺纹就不用细牙螺纹。它们的区别如下: ● 相同长度下粗牙螺纹比细牙螺纹圈数要少 ● 粗牙螺纹更加普通,更容易买到 ● 粗牙螺纹升角大,不易堵塞,安装快 ● 细牙螺纹比粗牙螺纹能承受更大的抗拉强度,大约提升14% ● 粗牙螺纹比细牙螺纹的螺牙强度高,耐磨 ● 粗牙螺纹公差大,易受到轻微损坏和腐蚀 ● 细牙螺纹可用于精确调整 三、规格与强度-如何选择螺栓 你是否认为如果我们有1000N的载荷,我们就直接找一个能承受1000N而不屈服的螺栓?你是否认为螺栓受到的力直接等于预紧力+外界施加的载荷?
如上图所示,假定螺栓的预紧力为100N,这时我们以50N的力去提升红框脱离地面。螺栓受到的力是150N吗?如果我们把螺栓看成是一个弹簧,根据胡克定律F=kx,在位移没有发生变化的情况下,力是不会变化的。也就是说外力小于100N时,对于螺栓的受力而言似乎并没有任何变化,对吗? 实际中,图中的地面也可看做是一个弹簧。当我们实际50N的外力后,红框和地面间的预紧力发生了变化,地面会产生轻微的变形。螺栓相应的也会发生一些变化。实际中螺栓的受力同时取决于螺栓的刚度和结合面的刚度。 下面的表达式便是真实的螺栓受力计算公式。
如果不是追求特别准确,以下经验可用于快速的选择合适的螺栓: 一般的联接可认为螺栓除预紧力外只承受1/3的外部载荷,如果结合面刚性非常好,表面非常平,则只有1/7的力会由螺栓来承受。另外要确保螺栓的预紧力最小是外部载荷的2倍,以防止螺栓松脱。 四、多大的预紧力是合适的? 一般机械设计手册上会推荐螺栓抗拉强度极限的50%-80%,或者75%-90%的屈服强度作为预紧力(其中75%用于可拆卸联接,90%用于不拆卸联接)。甚至有时候螺栓的预紧力会使螺栓发生屈服。这样想想,留给用来克服外部载荷的力就寥寥无几了,为什么会这样呢? ● 螺栓预紧力越大,结合面的摩擦力越大,可以防止出现松动或联接面的相对滑动; ● 螺栓抗剪切的能力较差,较大的预紧力带来的摩擦力增大可以防止螺栓承受此类载荷; ● 疲劳载荷:正如前面所述,只要结合面不发生脱离,只有少部分比例的外部载荷会由螺栓承受。对于疲劳载荷来讲,这是非常有帮助的,因为寿命更多的取决于应力幅,而不是平均应力。而这是选用较大预紧力的主要原因。 ● 预紧力的增大可以一定程度上增加结合面的刚度。 五、垫片是干神马用的?
垫片一方面起到分散载荷的作用,防止螺栓拧紧时陷入被联接件中;另一方面垫片可以起到防松的作用。特别是连接面不是很光滑时,没有垫片很容易发生松动。 另外,如果联接面被压坏,以后将不能再次安装。垫片要足够硬。 特别是对于高强度螺栓(等级8及以上),必须用硬化的垫片。 |
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