螺釘連接結構中的強度與承載設計矛盾

Sweetney

請教一下各位，8.8級或以上性能等級的螺釘(屈服強度≥640MPa)擰入基體b的螺紋孔中，壓緊中間的被連接件a(即螺釘連接的基本形式，見附圖)，螺釘受到自身預緊力和來自于件a的軸向載荷Q的雙重作用，試問如果基體b材料的屈服強度達不到螺栓的屈服強度，是否就代表該結構的承載能力取決于基體b的屈服強度，而螺釘的高性能等級并不能起到作用？如果是這樣的話，那么如何理解有些常用的機械結構在設計原理上與之相悖呢？舉個例子，液壓領域中有一種閥的結構稱為疊加閥，其與電磁換向閥通過4個螺釘安裝在基體閥塊上。為了確保閥組能承受高達30MPa左右的油液壓力，通常使用10.9級以上的螺釘(低于此的一般都禁止使用)，螺釘的屈服強度至少在900MPa以上，但基體閥塊的材質一般使用的是類似QT400-15, QT400-10這些等，其屈服強度一般不超過300MPa，即便是45鋼，其調質后的屈服強度也不過300多MPa，最多也就是等同于4.8級螺栓的屈服強度，而除此之外一般不會使用其它材質，那么在這種情況下，如何保證10.9級的螺栓真正發(fā)揮效用呢，或者說保證閥組承載不出問題呢？
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wtangzz147

力（牛）＝壓強（帕）*受力面積（平方米），力可以直接傳遞，壓強并不能在受力物體間直接傳遞，受力分析要算力（牛）。

逆轉的月亮

咱就說這螺栓在裝配擰緊過程中的變形狀況你是一無所知啊，你就是一無所知，你怎么好意思提出什么可以推翻裝機械基本原理的？

Sweetney

wtangzz147 發(fā)表于 2024-2-8 14:35
) T( w8 u2 A% K4 l7 w  f力（牛）＝壓強（帕）*受力面積（平方米），力可以直接傳遞，壓強并不能在受力物體間直接傳遞，受力分析要 ...

& S: F% P8 t1 e6 R1 ^$ s. G  c你講的哪個沒算力不對？
- O3 O! G2 r3 U9 p9 b0 m液壓油作用在被連接件上，有個接觸面積，再乘以壓強不就是力嗎？
如果你說的是螺紋，內外螺紋配合在一起，結果兩者間屈強差很多，難道說這樣設計沒問題？
$ [+ ]8 f8 A' p5 z6 b所以你如果不了解就直接說，不要不懂裝懂，把人懟一番
! U$ m0 L4 g: w/ W! Y4 Y

Sweetney

逆轉的月亮 發(fā)表于 2024-2-8 14:48
咱就說這螺栓在裝配擰緊過程中的變形狀況你是一無所知啊，你就是一無所知，你怎么好意思提出什么可以推翻裝 ...

我怎么推翻了？就是因為有問題才會提出問題
如果內外螺紋配合在一起，結果兩者間屈強差很多，難道說這樣設計沒問題？
) Y5 m) {, n8 a, b$ Y4 K+ L6 i如果你知道問題出在哪就說，不要陰陽怪氣的還把人懟一番，心里舒服是吧
" r- O( R& x& [1 L2 H1 y* b好像自己多牛b似的，別人都是lj是吧，就你最牛b.
敗類

HYFJY

材料的最終強度與體積有關，屈服是在產生應力的情況下發(fā)生的，而應力是受力和受力時的接觸面積有關，接觸面積大了，應力就會減少。

Sweetney

HYFJY 發(fā)表于 2024-2-13 20:35
( p: ?- [- h2 v2 f材料的最終強度與體積有關，屈服是在產生應力的情況下發(fā)生的，而應力是受力和受力時的接觸面積有關，接觸面 ...

4 o% t% X; H+ }) q* p/ q你說的這個與實際所問問題之間有什么直接的聯(lián)系嗎？螺孔螺栓具有共同的接觸面積，不存在說一個接觸得很多而另一個很少。頂多是螺孔牙根稍微牢靠一點，但這不足以解釋可以在幾倍的強度差異下相互配合不出問題。
如果你了解就請直接針對問題說，不要說一些似是而非泛泛而談的話不懂裝懂，還覺得別人比你更傻

Lean_2017.feng

感覺是對于部分名詞、內容的理解有點偏差：
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/ E1 h7 z$ E8 _1. 首先，如各位壇友所說強度單位是Pa(即N/m2，單位面積承受的力)，承載則可能是力或者壓力。

4 r4 z7 `/ l/ Q/ y- O& ?. s8 \2. 如上所述，強度設計中的兩個關鍵內容就出現了，即材料本身的強度，以及承受載荷的面積。
% \, _! g5 E9 k3 T2 [6 I6 A5 h4 w& B

現在分析樓主所提事例：

1. 閥塊受力
1 ~! y! x6 `3 m6 W1 o- @    液壓油壓力30Mpa   -  作用到閥塊上的，需要螺栓拉住的力為 F = 30Mpa * 螺栓作用方向上的受油壓作用的凈投影面積
                                                                                                                     （簡單計算時，可等效為壓力通道的截面積，即進油通道截面積）
                                      作用到閥塊上的，由閥塊本體承受的壓力是均勻作用到內腔各接觸面上，此時閥塊的強度由壓力管道強度公式計算
# P6 I, g5 B* e, }2 U                                                                                                                      （簡單理解的話，相當于受載腔的肉厚，提供的截面積）

' k, U1 U3 {/ Y4 K  p) H- I2. 試算： 假定閥塊的通徑為20，那么所有螺栓承受的力為 30 Mpa * pi*10*10 * 4（四個通道） = 約 28274.3 N

1 f8 m; _9 u; `: R                                      （注意，內腔T、P、A、B的實際壓力油的通道是環(huán)形的，部分被遮擋，直徑通常大于流通直徑的，此處取值僅為了做說明）
4 {; t# L, k+ |  T1 y1 b                假定使用4顆M8，10.9級螺栓，那么按照90%保證應力計算， 所有螺栓能提供的極限靜載荷為 30.97 kN * 4 = 123.88kN
                                        （簡單計算靜安全系數4.38，需要注意的是按照液壓系統(tǒng)的運行看，螺栓的載荷是脈動的，所以螺栓提供的保證應力需要進行折抵的，所以實際安全系數是要變小的）
                閥門壁厚測算，假定內腔最大直徑50mm，按樓主所說抗拉強度400、屈服強度300，按壓力管道計算最小壁厚約9mm。
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/ Q  z5 D* {$ E6 h4 D
以上供參考和理解相關知識。

) q6 S. ?3 k$ }: N; A3 p

Sweetney

Lean_2017.feng 發(fā)表于 2024-2-16 14:36
感覺是對于部分名詞、內容的理解有點偏差：

8 b! l; N1 ]& f; Y/ d1. 首先，如各位壇友所說強度單位是Pa(即N/m2，單位面積承受 ...

+ p" Y, G2 K/ p9 y) G5 O完全是牛頭不對馬嘴，什么事都沒搞清楚就在這胡口亂噴

9 z! m+ I0 b* Z* x要你來計算嗎，你當別人都沒算過是吧？要算的不是內孔的壁厚，是油壓作用于閥的密封面孔道而產生的載荷。你知道這個作用面積有多大嗎？！你知道這個力傳遞到螺栓上相當于螺栓承受了多大的應力嗎？我說油壓有30MPa只是為了說明這個使用壓力很大，不是說一看到這個數值就拿它跟300MPa作比較，好像完全不值一提似的，這種啥都不懂的lj就不要在我這亂噴。
9 V) M. W" p; p
你自己基本的計算都出錯還好意思發(fā)出來給人看，至少10.9級是行業(yè)內的基本規(guī)范，人家早就算得清清楚楚了，假設10.9級相當于有900MPa，那么實際螺栓所承受的應力一定至少750MPa以上，接近900，而不是說一個有900另一個只有300，那如果實際使用到上限高壓時早就爆了，是有生命危險的，懂嗎？
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基體b材料的屈服強度達不到螺栓的屈服強度，是否就代表該結構的承載能力取決于基體b的屈服強度）——基體b材料的屈服強度不同，螺栓最小擰緊深度也不同，目的就是保證牙齒能承受的力大于螺桿的拉力，并且留有安全系數。

對于圖示鋼件連接有測試實例：第 1 牙承載的軸向力的比例最高，達到34%，第二牙23%；第三牙16%；前三牙達到負荷的73%。

產生牙齒受力逐漸減小的原因是前幾顆牙齒產生了變形。