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？
) T/ A+ q/ _: L

+ I/ g0 T& s! p

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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 ...

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？
/ U, J/ N* g. O' b8 c* y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？
所以你如果不了解就直接说，不要不懂装懂，把人怼一番
$ Q% f- e' s' E, l" u

Sweetney

逆转的月亮 发表于 2024-2-8 14:48
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 ...

' F' b/ d% c+ z3 Y2 G我怎么推翻了？就是因为有问题才会提出问题
8 C% D! D3 s4 {, X$ O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？
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
3 M0 D3 k% |6 T% y& g# Z0 C好像自己多牛b似的，别人都是lj是吧，就你最牛b.
% ?: s0 C+ `) s z! ]) A* l% ~败类

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。
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：

1. 首先，如各位坛友所说强度单位是Pa(即N/m2，单位面积承受的力)，承载则可能是力或者压力。
" I' y) W( K" y* H. U+ E
( G* b- `! i1 w3 @/ ?1 ^2. 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。
, @, M! B( [: N2 K

现在分析楼主所提事例：

1. 阀块受力
7 _3 s! b. Z$ F' ~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
（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）
1 Z. O5 Q* X* e4 k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
# P: q: o* Q8 D8 `7 H, ]2 q（简单理解的话，相当于受载腔的肉厚，提供的截面积）

5 G8 T9 F2 {2 l* f. _: `; T% H" y2. 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
5 ] X! U" ~( k* i+ K* F5 d
（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）
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
+ Z) Z- H7 w0 ~# }; Z- `（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）
4 P! ^# p0 z1 @: m! {/ N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。
, j) }4 P% r9 r/ u% S, o4 T
0 e& W0 \# S- T6 ?' c
8 i A9 J! }6 l4 x! ~以上供参考和理解相关知识。

* E$ b5 E, S e1 }# I2 y
$ m* y. s C- |8 U" E: h6 R
) S5 M" l- f( S

Sweetney

Lean_2017.feng 发表于 2024-2-16 14:36
1 a; O* i+ Y3 a z, b: z( z感觉是对于部分名词、内容的理解有点偏差：

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 ...

9 } O- l0 N/ n+ E完全是牛头不对马嘴，什么事都没搞清楚就在这胡口乱喷

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。

" r: ?: O% q A& y! p9 N% o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？
% n; ^7 M1 S- J$ T1 ]

642093071

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。