螺纹连接件应力分析

螺纹联接件应力分析

美国ANSYS股份有限公司

上海代表处

•在工程、机械结构中螺栓--螺母联接是一种常用的紧固方式。零件很小，但受力情况比较复杂。为了能得到比较实用的结果，先按如下过程分二步进行应力分析。

•一、整体分析

•包含对螺栓、螺母、夹板及相互之间的接触分析。模型规模较大，为了减少计算工作量，不考虑工件各处的圆角，另外略去螺母两端的过度圈，加载时先让其产生预紧拉力，再拧动螺栓，使其与实际受力，相对位移情况相同。

•具体计算条件如下：

• 1. 螺纹直径5mm,螺距0.5mm，三角形螺纹。

• 2. 紧固板厚4mm。

• 3. 有效接触圈数7圈。

• 4. 紧固扭距720N-mm。

• 5. 所有接触面间摩擦系数0.15.

•具体模型的螺栓应力\位移,接触面间的压力,螺母,中间板的应力见图2～图6.

•由于单元划分较粗,螺纹底部的应力集中没有反映出来,因此应力数值偏低

•二、细节分析

–取出螺栓的一个径向切面进行细节分析，根据整体分析得到的螺栓中的拉应力和接触面压力来确定径向切片点上的压力。在螺纹底部

，若不考虑圆角，则在相同的载荷情况下，应力与单元划分的大小

密切相关。从弹性力学的观点看，该点是一个应力奇点。理论应力

无限大，实际情况并否如此。因总有刀具圆角存在，圆角的大小决

定了该点的应力集中系数。先取刀具圆角为0.01mm 进行计算，为了得到比较可靠的结果，对圆角圆弧线分别以２,4,6,8,10,12等分，

再划分单元，图７，图８表示单元划分情况，图９表示圆弧中点应

力随等分数的变化，可看到在１０等分、１２等分时最大应力结果

以基本不变，最后以１２等分时的结果为准。

•具体计算时再分二种情况

–１. 螺母厚度４mm、有效螺牙７圈，

–计算结果见图１０,１１,１２；

– 2. 螺母厚度３mm。有效螺牙５圈，

–计算结果见图１３，１４。

图1 螺栓几何模型

图 2 螺栓中的应力图 3 螺栓位移

图 4 接触面上的压力图 5 中间夹板应力

图 6 螺母中应力图7 单元及载荷

图8 逐步细分单元图

图9 圆角中点应力与等分数的关系

图10 轴向应力(t=4)

图11 轴向应力径向分布曲线(t = 4)

图12 Mises 应力分布(t = 4)

图13 轴向应力径向分布曲线(t = 3)

图14 Mises 应力分布(t = 3)