如下图示,纵轴表示螺栓或基材受到的力,对于螺栓表示承受的拉伸载荷的大小,对于基材表示承受的压缩载荷的大小;横轴表示螺栓或基材的应变(变形程度),向右表示拉伸,向左表示压缩;
基材由于受到螺栓的'压力(来自螺栓的预紧力)'出现'压缩',而螺栓相当于受到'拉力(来自基材的反作用力)'出现'拉长',这里的'拉长'也是弹性形变;
当采用合适的扭矩拧紧螺栓时,其稳定状态就在'螺栓直线与基材直线的交点'位置,交点处达到力平衡,螺栓承受的拉力就是被连接件承受的压力。根据虎克定律,会有以下关系:
其中KB为螺栓弹簧系常数,KC为被连接件弹簧系常数,其物理意义为产生一个单位弹性变形所需要的力。在施加外力后,基材受到的'压力'会减少,而螺栓受到的'拉力'会增加;
综合以上计算公式:
其中φ称为刚度比,其物理学含义就是,外载荷分配到螺栓上载荷的比例系数,通过该公式,我们了解到,外载不会完全加载到螺栓上,而通常会以一个小于1的比例分配到螺栓上。
如何估计φ最大值呢?
如下图所示,当被连接件最弱时,φ最大。假设被连接件的最小外径是2d,d是螺栓的直径。
通过上式可以得出,减小螺栓弹簧系数KB和增加被连接件的弹簧系数KC都会减小φ的数值,φ的减小会减小外载荷分配到螺栓上的载荷比例。反之增加螺栓弹簧系数和减小被连接件的弹簧系数都会增加φ的数值,φ的增加会增加外载荷分配到螺栓上的载荷比例。因此,回到前言中的问题,因为通常状态下,φmax=0.5,因此分配到螺栓上的最大载荷只有一半的外载荷即10 kN *0.5=5 kN,因此,施加在螺栓上的载荷最高为25 kN,即通常情况下,螺栓的载荷为(d)20-25
kN。外力越大基材上受到的'压力' 越小,螺栓受到的 '拉力' 越大;当基材受到的压力为0时螺栓就会承受所有的外力;因为前面案例中外载荷较小,仅10 kN,低于预紧载荷20 kN,因此还不会出现被连接分离的情况,当载荷近一步增大,被连接分离时,那么此时螺栓的载荷就是外载荷。第一,螺栓预紧后,施加的轴向外载荷会以一定的比例分配到螺栓上,分配的比例称为(刚度比),通常情况下max为0.5。减小螺栓弹簧系数KB和增加被连接件的弹簧系数KC都会减小的数值,的减小会减小外载荷分配到螺栓上的载荷比例。反之增加螺栓弹簧系数和减小被连接件的弹簧系数都会增加的数值,的增加会增加外载荷分配到螺栓上的载荷比例。第二,外载荷继续增大时,会出现被连接件分离,此时螺栓完全承受外载荷,受力大小即为外载荷W,被连接件承受的载荷为零。今天的话题,就分享到这里,您有任何疑问或建议,或需要源文件,或需要进群交流的老铁,可联系下方螺丝君: