提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法
2023-08-09 01:01:26
專利名稱：提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法
技術領域：
本發明屬於機械零件技術領域，特別涉及一種提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法。
背景技術：
螺栓在各種機械設備、鐵橋、建築物、建設器械、各種運送機械、電器、眼鏡等可活動 部位或承受外部振動的構件結合處被大量使用，但是螺栓在長期使用過程中大都會有破損， 螺杆和螺栓頭的連接處由於應力集中或者表面處理不夠使硬度過高、內部組織粗大而容易斷 裂，這樣導致螺栓的實用性能降低。
發明內容
為了解決以上存在的螺栓容易斷裂的問題，本發明提出一種提高螺栓疲勞強度和防止螺 栓破損的方法。
本發明的技術方案是這樣實現的利用由螺栓頭、圓柱部、不完全螺紋部、螺紋牙除去 部和完全螺紋部組成的螺栓進行塑性加工，增大螺栓的圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面半徑 R，可以減小應力集中，並用衝擊力對圓柱部和螺栓頭部連接處的圓弧面進行局部塑性加工， 使組織更細微化，產生壓縮殘餘應力，使硬度硬化，提高疲勞強度，防止螺栓破損，延長了 螺栓的使用壽命。
增大螺栓的圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面半徑R是在圓柱部直徑相同的情況下，螺栓
的圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面半徑R是工業規格ISO中規定的圓弧半徑的1.5~3倍。
所述的用衝擊力對圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面進行局部塑性加工，是採用鋼球對圓 弧面進行衝擊處理，鋼球的射出速度為50~200m/s，衝擊受處理面積為150%~400%。
不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部構成螺紋部，螺紋部從螺紋根部開始螺紋被 斜向除去一部分，這部分形成錐臺形的螺紋牙除去部，由錐臺形螺紋部的最小徑處向圓柱部 緩慢呈圓弧狀擴徑而形成不完全螺紋部，螺栓與其連接件螺母的螺合位置，滿足下式時獲得 良好的螺合狀態，不完全螺紋部與螺栓連接件螺母的螺合長度Lt與螺母長度Ln的關係為Lt= (0.5~0.8) Ln。
通過螺母以全長的50%~80%與螺栓錐臺形部相螺合，從而在作為危險斷面的、位於母螺 紋內側端面的螺栓錐臺形部的螺紋牙根，不僅能夠切實高效地實現負荷均一化、緩和張力及 曲力的集中和不完全接觸狀態，而且，可以獲得更牢固的連接力，起到防鬆動的效果，還提高了疲勞強度。
本發明的有益效果是增大螺栓頭與圓柱部連接處的圓弧半徑R，可以減小應力集中， 用鋼球衝擊進行塑性加工，組織更微細化，產生壓縮殘餘應力，使得螺栓的使用壽命提高 20%—50%，同時提高疲勞強度，防止螺栓破損，確保螺栓能長期使用，兩種方法先後作用 在圓弧面上，效果更佳。
圖l螺栓結構示意圖； 圖2為圖1的A部放大圖； 圖3為圖1的B部放大圖中l螺栓頭，2螺栓圓柱部，4螺紋部，4a螺紋牙頂部，4b螺紋牙根部，4c螺紋 側面，5螺紋牙除去部，6不完全螺紋部。
具體實施例方式
實施例l:如圖所示，圖l為螺栓結構示意圖，螺栓包括螺栓頭l、螺栓圓柱部2和螺
紋部4，螺紋部4由不完全螺紋部6、螺紋牙除去部5和完全螺紋部組成，由錐臺形螺紋部的 最小徑處向圓柱部緩慢呈圓弧狀擴徑而形成螺紋牙除去部5，螺栓頭1和螺栓圓柱部2靠半 徑為R的過渡圓弧面連接，螺栓在與螺母螺合時，為了將螺母調節到最佳位置，根據被連接 體的厚度來選擇螺栓圓柱部2的長度，必要時可以使用墊片，從而獲得良好的螺合狀態，這 時螺母通常以全長Ln的50%—80%與螺栓的錐臺形部相螺合。
增大螺栓的圓柱部2和螺栓頭1連接處的圓弧面半徑R，選用M22的螺栓，根據工業規 格ISO的標準，螺栓圓柱部2和螺栓頭1連接處的圓弧面的半徑R為0.7 mm，現在經過處理 後圓弧面半徑R增大為1.5 nim，經過實驗結果明顯減小應力集中，疲勞強度增加到250%， 螺栓的使用壽命提高了 30%。
除去M22的螺栓根部螺紋的一部分後，螺紋外徑減小形成錐臺形的螺紋牙除去部5，在 螺合螺母時，與螺母相螺合的螺栓的錐臺形部各螺紋的高度，與分攤的表面壓力成反比遞減， 從而使錐臺形部各螺紋所承受的負荷均一化，可緩和集中在螺母的內側端面區域的錐臺形部 螺紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲勞強度，根據被連接體的厚度來選擇螺 栓的螺杆的長度，並在必要時使用墊片，從而能夠將螺母調節到最佳位置，獲得良好的螺合 狀態，此時螺母以全長Ln的70%與螺栓的錐臺形螺紋牙除去部5相螺合，形成錐臺形螺紋牙 除去部5的各螺紋牙頂的連線與螺栓軸線的夾角為6%±1%，使錐臺形螺紋牙除去部5的螺紋 牙僅接觸易彎曲螺母的螺紋牙的前端，從而能夠減少接觸面積，緩和不完全接觸狀態，大幅度減少距離危險斷面近的、在錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的應力，具有可靠的疲勞強 度和有效的防松性能。
例2:如圖所示，圖1為螺栓結構示意圖，螺栓包括螺栓頭1、螺栓圓柱部2和螺紋部4， 螺紋部4由不完全螺紋部6、螺紋牙除去部5和完全螺紋部組成，由錐臺形螺紋部的最小徑 處向圓柱部緩慢呈圓弧狀擴徑而形成螺紋牙除去部5，螺栓頭1和螺栓圓柱部2靠半徑為R 的過渡圓弧面連接，螺栓在與螺母螺合時，為了將螺母調節到最佳位置，根據被連接體的厚 度來選擇螺栓圓柱部2的長度，必要時可以使用墊片，從而獲得良好的螺合狀態，這時螺母 通常以全長"的50°/^80%與螺栓的錐臺形部相螺合。
選用M25的螺栓，螺栓圓柱部2和螺栓頭l連接處的圓弧面的半徑R為0.8mm，對螺栓 圓柱部2和螺栓頭1連接處的圓弧面採用用鋼球衝擊處理的方法，鋼球的直徑為1 mm,維氏 硬度HV為850，鋼球的射出速度為100m/s,衝擊受處理面積為250%，使組織細化，產生壓 縮殘餘應力，使螺栓硬度硬化，從而強化了螺栓根部，延長使用壽命。
除去M25的螺栓根部螺紋的一部分後，螺紋外徑減小形成錐臺形的螺紋牙除去部5,在 螺合螺母時，與螺母相螺合的螺栓的錐臺形部各螺紋的高度，與分攤的表面壓力成反比遞減， 從而使錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋所承受的負荷均一化，可緩和集中在螺母的內側端面區 域的錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲勞強度，根 據被連接體的厚度來選擇螺栓的螺杆的長度，並在必要時使用墊片，從而能夠將螺母調節到 最佳位置，獲得良好的螺合狀態，此時螺母以全長U的80。/。與螺栓的錐臺形螺紋牙除去部5 相螺合，形成錐臺形螺紋牙除去部5的各螺紋牙頂的連線與螺栓軸線的夾角為5%±1%，使錐 臺形螺紋牙除去部5螺紋牙僅接觸易彎曲螺母的螺紋牙的前端，從而能夠減少接觸面積，緩 和不完全接觸狀態，大幅度減少距離危險斷面近的、在錐臺形部螺紋牙根處的應力，具有可 靠的疲勞強度和有效的防松性能。
例3:如圖所示，圖1為螺栓結構示意圖，螺栓包括螺栓頭1、螺栓圓柱部2和螺紋部4， 螺紋部4由不完全螺紋部6、螺紋牙除去部5和完全螺紋部組成，由錐臺形螺紋部的最小徑 處向圓柱部緩慢呈圓弧狀擴徑而形成螺紋牙除去部5，螺栓頭1和螺栓圓柱部2靠半徑為R 的過渡圓弧面連接，螺栓在與螺母螺合時，為了將螺母調節到最佳位置，根據被連接體的厚 度來選擇螺栓圓柱部2的長度，必要時可以使用墊片，從而獲得良好的螺合狀態，這時螺母 通常以全長U的50%—80%與螺栓的錐臺形部相螺合。
選用M16的螺栓，根據工業規格ISO的標準，螺栓圓柱部2和螺栓頭1連接處的圓弧面 的半徑R為0.5咖，先增大圓弧面的半徑R，使R增大到1.0mm，然後對螺栓圓柱部2和螺 栓頭1連接處的圓弧面採用用鋼球衝擊處理的方法，鋼球的直徑為1 ，維氏硬度HV為850，鋼球的射出速度為200m/s，衝擊受處理面積為350%，使組織細化，產生壓縮殘餘應力，使 螺栓硬度硬化，從而強化了螺栓根部，螺栓的使用壽命提高了 50%。
除去M16的螺栓根部螺紋的一部分後，螺紋外徑減小形成錐臺形的螺紋牙除去部5，在 螺合螺母時，與螺母相螺合的螺栓的錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋的高度，與分攤的表面壓 力成反比遞減，從而使錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋所承受的負荷均一化，可緩和集中在螺 母的內側端面區域的錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓 的疲勞強度，根據被連接體的厚度來選擇螺栓的螺杆的長度，並在必要時使用墊片，從而能 夠將螺母調節到最佳位置，獲得良好的螺合狀態，此時螺母以全長Ln的60M與螺栓的錐臺形 螺紋牙除去部5相螺合，形成錐臺形螺紋牙除去部5的各螺紋牙頂的連線與螺栓軸線的夾角 為6%±1%，使錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙僅接觸易彎曲螺母的螺紋牙的前端，從而能夠減 少接觸面積，緩和不完全接觸狀態，大幅度減少距離危險斷面近的、在錐臺形螺紋牙除去部 5的螺紋牙根處的應力，具有可靠的疲勞強度和有效的防松性能。
權利要求
1、一種提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法，利用由螺栓頭、螺栓圓柱部、不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成的螺栓進行塑性加工，其特徵在於增大螺栓圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面半徑R，並用衝擊力對圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面進行局部塑性加工。
2、 根據權利要求l所述的提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法，其特徵在於圓弧面半徑 R是工業規格ISO中規定的圓弧面半徑的1.5~3倍。
3、 根據權利要求l所述的提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法，其特徵在於所述的用衝 擊力對螺栓圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面進行局部塑性加工，是採用鋼球對圓弧面進行 衝擊處理，鋼球的射出速度為50~200m/s，衝擊受處理面積為150%~400%。
4、 根據權利要求l所述的提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法，其特徵在於所述的螺栓 與其連接件螺母的螺合位置，滿足下式時獲得良好的螺合狀態，不完全螺紋部與螺栓連接 件螺母的螺合長度Lt與螺母長度U的關係為L產(0.5 0.8) Ln。
全文摘要
提高螺栓疲勞強度和防止螺栓破損的方法，屬於機械零件技術領域，利用由螺栓頭、螺栓圓柱部、不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成的螺栓進行塑性加工，增大螺栓的圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面半徑R，並用衝擊力對螺栓圓柱部和螺栓頭部連接處的圓弧面進行局部塑性加工。本發明中增大螺栓頭與螺栓圓柱部連接處的圓弧半徑R，可以減小應力集中，用鋼球衝擊進行塑性加工，組織更微細化，產生壓縮殘餘應力，使得螺栓的使用壽命提高20％-50％，同時提高疲勞強度，防止螺栓破損，確保螺栓能長期使用，兩種方法先後作用在圓弧面上，效果更佳。
文檔編號F16B35/04GK101576111SQ20091001103
公開日2009年11月11日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者孫中強, 西田新一 申請人:孫中強