Page 111 - 《橡塑技术与装备》2022年7期

测试与分析 刘玉龙 等·基于多体动力学分析获载的某成型机输送装置轴承座紧固螺栓静强度校核与疲劳强度校核

方法有三种 ： 1. 按变应力的最小应力保持不变（即 σ 则疲劳极限的综合影响系数 ：
min=C）的应力变化规律计算 ； 2. 按应力幅计算 ； 3. kσ 1 1
K σ = ( εσ + − 1 = . 2 833
按变应力的循环特性保持不变（即 γ=C）的应力变化 βσ ( β q
（2）疲劳强度校核计算
规律计算。下面分别使用这三种方法计算转轴轴承座
a. 按照最小应力保持不变计算疲劳强度
紧固螺栓的疲劳强度。
（1）计算螺栓载荷及相关参数 2σ − 1 + (K σ − ψ σ ) σ min 2×331.2+(2.833-0.414)×448
σ n 1= =
螺栓最大工作载荷 ： F=F ta =2 919.67 N （K σ +ψ σ ）(2σa + σ min ） （ . 2 833+0.414 ）(2×5.195+448)
则螺栓工作载荷在 0~2 919.67 N 之间变化。 =1.173 <[n 1 ]=1.2
螺栓预紧力 F p =37 766 N 按照最小应力保持不变计算，不满足疲劳强度条
件。可以用过选用高一规格螺栓解决。
螺栓最大拉力 F o = Fp + C b × F = 37 766 + 3 . 0 × 2 919 . 67 = 3 8641 . 9 N
C b + C m b. 按照应力幅计算疲劳强度
[σa] σ 331.2
Fp + C b × F = 37 766 + 3 . 0 × 2 919 . n 3 8641 . = 9 N -1 = >[n 2 ]=1.5
67 = 2=
Fp + C b × F = 37 766 + 3 . 0 × 2 919 . 67 = 3 8641 . 9 N C + C 称 为螺栓的相 σ σa [na] kσ σa 2.5×2.833×5.195
C + C b m
b m
对刚度，其大小与螺栓和被连接件的结构尺寸、材料 按照应力幅计算，满足疲劳强度条件。
以及垫片、工作载荷的作用位置等因素有关。一般设 c. 按照应力比保持不变计算疲劳强度
计时，可根据垫片材料不同使用下列推荐数据 ：金属 σ-1
σ n 2= = 331.2 =1.64
垫片（或无垫片）0.2~0.3 ；皮革垫片 0.7 ；铜皮石棉 Kσ σa+ψσ×σm 2.833×5.195+0.414×453.195
垫片 0.8 ；橡胶垫片 0.9。 >[n 3 ]=1.2
按不控制预紧力取安全系数 [n]=12.5，查《机 按照应力比保持不变计算，满足疲劳强度条件。
械设计手册》知，8.8 级螺栓材料屈服极限 σs=640

σ s 640 5 结论
MPa，则许用应力 [σ]= = = 51 . 2 MPa
[n] 12 5 . 通过以上的仿真及计算分析，可得到如下结论。
螺栓受最大应力 （1）该输送装置完成动作，模板驱动气缸所受最

F o 38 641 . 9 大反力为 422 N，架体驱动气缸所受最大反力为 7 953
σ max = = = 458 . 39 MPa
A be 84 3 . N。可供气缸选型参考。
螺栓受最小应力 （2）机架与架体连接处转轴轴承座紧固螺栓满足
F p 37 766 静强度要求。
σ min = = = 448 MPa
A be 84 3 . （3）按照最小应力保持不变计算，机架与架体连
螺栓应力幅 接处转轴轴承座紧固螺栓不满足疲劳强度要求。其余
σ - σ 458 . 39 - 448
σ a = max 2 min = 2 = . 5 195 MPa 两种计算方式满足疲劳强度要求。为安全起见，可通
螺栓平均应力 过选择高一规格螺栓解决疲劳强度问题。
σ - σ 458 . 39 + 448
σ = max min = = 453.195 MPa
m 2 2 参考文献 ：
8.8 级 螺栓的屈服强度 σ s =640 Mpa，抗拉强度 [1] 马良清，王琰，孙宁，等 . 我国汽车轮胎行业现状及发展 [J].
轮胎工业，2009, 29(12):707-715.
σ b =800 MPa [2] 张超．网架结构中 M30 高强螺栓的疲劳分析与试验研究 [D]．
则其材料对称循环拉压疲劳极限 太原 : 太原理工大学，2016
[3] 邱斌，林健，杨旭，等 .M30 高强螺栓假拧疲劳性能的试验
σ -1 =0.23 （σ s +σ b ） =0.23×(640+800)=331.2 （MPa）
研究 [J]. 科学技术与工程，2017,17(7):20-25
331.2
平均应力折算系数 ψσ= σ -1 = =0.414 [4] 陈真，杜静，何玉林，等．采用 VDI2230 的风力发电机组
σ b 800 塔简法兰联接处螺栓强度分析 [J]. 现代制造工程，2011(5):
有效应力集中系数 k σ =2.55，尺寸系数 ε σ =1.0，表 125-129．
面质量系数 β σ =1.0，强化系数 β q =0.9

年
2022 第 48 卷 ·57·