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别让小螺栓出大问题!解密螺栓疲劳寿命背后的技术密码

别让小螺栓出大问题!解密螺栓疲劳寿命背后的技术密码
2025.07.14
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作者:中钢国检
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问题回复:

疲劳是指材料在循环载荷作用下逐渐累积损伤直至失效的过程,就螺栓而言,疲劳寿命即指在特定的循环载荷条件下,螺栓能够承受的最大循环次数,而不会因疲劳而失效(即不出现断裂或强度退化)。

 

螺栓封面

 

螺栓的疲劳破坏可能会产生严重的后果,例如在风力发电场中,很多风力发电机运行环境较为恶劣,常受到强风、温度变化等因素影响,加之风机叶片转动产生的交变载荷,易使得螺栓连接处产生相对滑移,连接螺栓逐渐,发展为疲劳断裂,不仅严重影响经济效益,还可能造成严重的安全事故。

 

影响因素

螺栓的疲劳寿命受多种因素影响,主要包括螺纹根部的应力集中、被紧固工件的刚度、接触面状况、预紧力等等。

 

螺纹根部作为截面突变处,受力状况较为严峻,螺纹处缺口及截面变化会导致应力集中,应力集中的地方往往会成为疲劳裂纹的起源点,产生疲劳裂纹并导致疲劳破坏,从而对疲劳寿命产生影响‌。

 

螺栓3

 

螺栓装配后的疲劳强度和预紧力,即在装配时螺栓被拧紧所产生的拉力之间也存在一定的联系。当预紧力合理施加时,可以使螺栓和被连接件之间保持紧密的贴合,有效减少连接部件在承受外部交变载荷时的相对滑移,从而在很大程度上提高螺栓连接的疲劳强度。

 

如果预紧力不足,连接部件在外部交变荷载作用下就容易产生微小滑移,这种滑移会在螺栓的螺纹根部等应力集中区域产生额外的应力波动,从而加速螺栓疲劳裂纹的萌生与扩展。但这并不是说预紧力越大就越好,若预紧力过大,又会使螺栓承受过高的初始拉应力,导致螺栓发生塑性变形,其内部组织结构发生改变,导致疲劳强度急剧下降,甚至可能导致螺栓在装配过程中就发生破坏或断裂。

 

此外,螺栓的疲劳强度与其自身强度、尺寸等因素也有一定关系,因此在评价螺栓的疲劳性能时,应综合考量其他相关因素,并在设计、装配和使用过程中严格把控,才能减少因螺栓疲劳性能不足而产生的各种问题。

 

螺栓2

 

轴向疲劳性能检测

螺栓接头通过轴向载荷疲劳试验进行评估,以了解使接头失效所需的循环载荷程度。轴向载荷疲劳试验通过对预加载螺栓接头施加循环载荷来进行。

 

试验所用试件应从尺寸和机械性能合格的产品中随机抽取,不进行任何机械加工,但应将试件清理干净,防止磕碰和损伤其表面,在各配合表面涂以润滑油。将螺栓试件安装于试验螺母或螺纹衬套上,使试件螺纹收尾至夹具支撑面距离、末端露出试验螺母或螺纹衬套部分长度均满足要求。

 

根据相关标准规范规定的不对称拉伸循环应力型式施加载荷,在恒定平均应力或恒定应力比下持续进行试验,直至试件失效或超过规定的应力循环次数为止。试验应力循环次数通常根据试件材料的耐疲劳性能来确定,对于钢制螺纹紧固件,一般循环500万次。

 

螺栓1

 

除轴向疲劳外,螺栓的弯曲疲劳、扭转疲劳,以及因承受多种载荷导致的复合疲劳等疲劳类型同样应引起重视,采用科学方法进行评价,以采取对应措施,确保螺栓疲劳性能满足实际需求,有效预防螺栓疲劳断裂等问题。

 

总结

螺栓作为在工业领域具有广泛应用的连接件,其使用过程中的安全性和可靠性具有重要的现实意义。准确评估螺栓的疲劳性能,不仅能够在一定程度上确保螺栓的安全使用,还能够为螺栓的生产和研发提供有力支持。在使用时也应通过采取适当增加夹紧力,确保螺栓与被紧固件之间的接触面平整、光滑等措施来提高螺栓的疲劳寿命,以确保机械连接的长久安全与可靠。

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