文献综述

1.1 引言

虽然世界上第一个螺纹标准诞生已有150年，但是由于螺纹联接的应用十分普遍，而且螺纹紧固件的形状，以及构成联接后载荷与变形均很复杂，所以，它依然是一个值得认真对待的问题。现代化的设备中，螺栓更多地是在变载荷下工作，例如某种内燃机缸盖螺栓，工作在反复受拉的恶劣环境中，且结构上不允许加大螺栓尺寸，这就必须提高它的强度和抗拉疲劳性能，也就是说，对这类螺栓的抗拉疲劳寿命有更高的要求。在动载荷作用下的螺纹连接件，常常会出现疲劳破坏。由于螺栓在疲劳断裂前，不产生明显的塑性变形，而是突然发生断裂。因此，与其它类型的破坏相比造成，后果更加的严重。例如，1998年，一辆从慕尼黑开往汉堡的德国城际特快列车(ICE)的双毂钢轮发生疲劳断裂，造成101人死亡，88人重伤。由此可知，提高螺纹连接件在动载荷作用下的抗疲劳性能，延长其疲劳寿命，显得非常迫切。到目前为止，国内外在这方面也有了一些研究，并且，结合实际提出了一些非常有效的方法，如在材料的选择和材料的热处理，加工工艺的方法以及结构的设计等。

在采用上述方法之后，螺栓的抗疲劳性能有了很大的提高。然而，在有些场合下采用上述方法之后，螺栓的疲劳性能仍然不能满足使用的要求。所以，本课题的主要任务是，在前人研究的基础上进一步研究改善螺栓抗疲劳性能的方法，使其更好的满足生产和生活的需求。

1.2 螺栓抗疲劳寿命的研究

国内外螺栓疲劳寿命的研究主要集中在螺栓所受应力，工作环境，材料和螺栓外形等因素对螺栓疲劳寿命的影响。

1.2.1疲劳机理的研究

一般来说，影响螺纹紧固件疲劳寿命的因素有很多，如几何形状，预紧力，材料性能，表面粗糙度，坏境因数和热处理等。然而，在设计时并不把这些参量作为变量来处理，因为，材料的性能越好，其疲劳强度越高。换言之，优化结果总是将这些因素放在上限，采用较好的改进措施可以有效的提高其疲劳寿命（勒飞弗尔等，2002）。在这些所有的因素中，几何形状和预紧力被看着可以进一步被优化的因素[1]。目前对于疲劳机理的研究主要是针对螺栓的结构，受载情况，预紧力大小等几个方面[2]。

在机械工程中，机械构件的各组成部分，通常采用不同类型的方式进行连接如桥梁结构中，钢板之间常用铆钉连接传动轴和齿轮之间常用键连接、螺栓、销钉的连接等。这些起连接作用的铆钉、螺栓、销钉、键等统称为连接件。螺栓连接件广泛应用在日常生活和机械工程中，而且螺栓连接在工作过程经常出现变形、甚至丧失工作能力，其主要原因是由于切应力和挤压应力的作用[3]。

预紧力对螺栓疲劳寿命的影响。预紧力是螺纹联接中最被关注的一个问题。理论和实践证明，螺栓和被联接件的刚度不变，只恰当地增大预紧力，对抗拉疲劳性能有明显提高[4]。这就是螺栓预紧应力高达(0.7～0.8)的一个原因。为此，准确控制预紧力并保持其不减退是很重要的。预紧应力大小由定力扳手或预应力指示垫圈控制。螺纹紧固件是很普通的零件，但它的形状复杂，而且螺旋副的接触和润滑状态更是难以预测和控制，由于其几何参数、表面质量、润滑状态等的可变性，导致了预紧力的离散性。即使在同一天，由同一操作者，用同一工具，以同样的扳拧力矩去拧同样材料、经同样处理、同一批生产的紧固件，每个紧固件的预紧力却是不一样的。由于螺栓预紧力的离散性，导致了螺栓疲劳寿命的离散性，用户的生产实际也证明了这一点，有的螺栓寿命只有15天，有的螺栓寿命可达半年。对一般机械预紧应力：；对高强度联接：(为屈服极限) ，对重要预紧应力抗疲劳联接，应作不同预紧应力的疲劳寿命试验，才能确定正确可用的预紧力。