专利名称：提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法
技术领域：
本发明属于机械零件技术领域，特别涉及一种提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法。
背景技术：
螺栓在各种机械设备、铁桥、建筑物、建设器械、各种运送机械、电器、眼镜等可活动 部位或承受外部振动的构件结合处被大量使用，但是螺栓在长期使用过程中大都会有破损， 螺杆和螺栓头的连接处由于应力集中或者表面处理不够使硬度过高、内部组织粗大而容易断 裂，这样导致螺栓的实用性能降低。
发明内容
为了解决以上存在的螺栓容易断裂的问题，本发明提出一种提高螺栓疲劳强度和防止螺 栓破损的方法。
本发明的技术方案是这样实现的利用由螺栓头、圆柱部、不完全螺纹部、螺纹牙除去 部和完全螺纹部组成的螺栓进行塑性加工，增大螺栓的圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面半径 R，可以减小应力集中，并用冲击力对圆柱部和螺栓头部连接处的圆弧面进行局部塑性加工， 使组织更细微化，产生压縮残余应力，使硬度硬化，提高疲劳强度，防止螺栓破损，延长了 螺栓的使用寿命。
增大螺栓的圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面半径R是在圆柱部直径相同的情况下，螺栓
的圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面半径R是工业规格ISO中规定的圆弧半径的1.5~3倍。
所述的用冲击力对圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面进行局部塑性加工，是采用钢球对圆 弧面进行冲击处理，钢球的射出速度为50~200m/s，冲击受处理面积为150%~400%。
不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部构成螺纹部，螺纹部从螺纹根部开始螺纹被 斜向除去一部分，这部分形成锥台形的螺纹牙除去部，由锥台形螺纹部的最小径处向圆柱部 缓慢呈圆弧状扩径而形成不完全螺纹部，螺栓与其连接件螺母的螺合位置，满足下式时获得 良好的螺合状态，不完全螺纹部与螺栓连接件螺母的螺合长度Lt与螺母长度Ln的关系为Lt= (0.5~0.8) Ln。
通过螺母以全长的50%~80%与螺栓锥台形部相螺合，从而在作为危险断面的、位于母螺 纹内侧端面的螺栓锥台形部的螺纹牙根，不仅能够切实高效地实现负荷均一化、缓和张力及 曲力的集中和不完全接触状态，而且，可以获得更牢固的连接力，起到防松动的效果，还提高了疲劳强度。
本发明的有益效果是增大螺栓头与圆柱部连接处的圆弧半径R，可以减小应力集中， 用钢球冲击进行塑性加工，组织更微细化，产生压縮残余应力，使得螺栓的使用寿命提高 20%—50%，同时提高疲劳强度，防止螺栓破损，确保螺栓能长期使用，两种方法先后作用 在圆弧面上，效果更佳。
图l螺栓结构示意图； 图2为图1的A部放大图； 图3为图1的B部放大图中l螺栓头，2螺栓圆柱部，4螺纹部，4a螺纹牙顶部，4b螺纹牙根部，4c螺纹 侧面，5螺纹牙除去部，6不完全螺纹部。
具体实施例方式
实施例l:如图所示，图l为螺栓结构示意图，螺栓包括螺栓头l、螺栓圆柱部2和螺
纹部4，螺纹部4由不完全螺纹部6、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成，由锥台形螺纹部的 最小径处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成螺纹牙除去部5，螺栓头1和螺栓圆柱部2靠半 径为R的过渡圆弧面连接，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，根据被连接 体的厚度来选择螺栓圆柱部2的长度，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这 时螺母通常以全长Ln的50%—80%与螺栓的锥台形部相螺合。
增大螺栓的圆柱部2和螺栓头1连接处的圆弧面半径R，选用M22的螺栓，根据工业规 格ISO的标准，螺栓圆柱部2和螺栓头1连接处的圆弧面的半径R为0.7 mm，现在经过处理 后圆弧面半径R增大为1.5 nim，经过实验结果明显减小应力集中，疲劳强度增加到250%， 螺栓的使用寿命提高了 30%。
除去M22的螺栓根部螺纹的一部分后，螺纹外径减小形成锥台形的螺纹牙除去部5，在 螺合螺母时，与螺母相螺合的螺栓的锥台形部各螺纹的高度，与分摊的表面压力成反比递减， 从而使锥台形部各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺母的内侧端面区域的锥台形部 螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度，根据被连接体的厚度来选择螺 栓的螺杆的长度，并在必要时使用垫片，从而能够将螺母调节到最佳位置，获得良好的螺合 状态，此时螺母以全长Ln的70%与螺栓的锥台形螺纹牙除去部5相螺合，形成锥台形螺纹牙 除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为6%±1%，使锥台形螺纹牙除去部5的螺纹 牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减少接触面积，缓和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形螺纹牙除去部5螺纹牙根处的应力，具有可靠的疲劳强 度和有效的防松性能。
例2:如图所示，图1为螺栓结构示意图，螺栓包括螺栓头1、螺栓圆柱部2和螺纹部4， 螺纹部4由不完全螺纹部6、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成，由锥台形螺纹部的最小径 处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成螺纹牙除去部5，螺栓头1和螺栓圆柱部2靠半径为R 的过渡圆弧面连接，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，根据被连接体的厚 度来选择螺栓圆柱部2的长度，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这时螺母 通常以全长"的50°/^80%与螺栓的锥台形部相螺合。
选用M25的螺栓，螺栓圆柱部2和螺栓头l连接处的圆弧面的半径R为0.8mm，对螺栓 圆柱部2和螺栓头1连接处的圆弧面采用用钢球冲击处理的方法，钢球的直径为1 mm,维氏 硬度HV为850，钢球的射出速度为100m/s,冲击受处理面积为250%，使组织细化，产生压 縮残余应力，使螺栓硬度硬化，从而强化了螺栓根部，延长使用寿命。
除去M25的螺栓根部螺纹的一部分后，螺纹外径减小形成锥台形的螺纹牙除去部5,在 螺合螺母时，与螺母相螺合的螺栓的锥台形部各螺纹的高度，与分摊的表面压力成反比递减， 从而使锥台形螺纹牙除去部5各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺母的内侧端面区 域的锥台形螺纹牙除去部5螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度，根 据被连接体的厚度来选择螺栓的螺杆的长度，并在必要时使用垫片，从而能够将螺母调节到 最佳位置，获得良好的螺合状态，此时螺母以全长U的80。/。与螺栓的锥台形螺纹牙除去部5 相螺合，形成锥台形螺纹牙除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为5%±1%，使锥 台形螺纹牙除去部5螺纹牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减少接触面积，缓 和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形部螺纹牙根处的应力，具有可 靠的疲劳强度和有效的防松性能。
例3:如图所示，图1为螺栓结构示意图，螺栓包括螺栓头1、螺栓圆柱部2和螺纹部4， 螺纹部4由不完全螺纹部6、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成，由锥台形螺纹部的最小径 处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成螺纹牙除去部5，螺栓头1和螺栓圆柱部2靠半径为R 的过渡圆弧面连接，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，根据被连接体的厚 度来选择螺栓圆柱部2的长度，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这时螺母 通常以全长U的50%—80%与螺栓的锥台形部相螺合。
选用M16的螺栓，根据工业规格ISO的标准，螺栓圆柱部2和螺栓头1连接处的圆弧面 的半径R为0.5咖，先增大圆弧面的半径R，使R增大到1.0mm，然后对螺栓圆柱部2和螺 栓头1连接处的圆弧面采用用钢球冲击处理的方法，钢球的直径为1 ，维氏硬度HV为850，钢球的射出速度为200m/s，冲击受处理面积为350%，使组织细化，产生压縮残余应力，使 螺栓硬度硬化，从而强化了螺栓根部，螺栓的使用寿命提高了 50%。
除去M16的螺栓根部螺纹的一部分后，螺纹外径减小形成锥台形的螺纹牙除去部5，在 螺合螺母时，与螺母相螺合的螺栓的锥台形螺纹牙除去部5各螺纹的高度，与分摊的表面压 力成反比递减，从而使锥台形螺纹牙除去部5各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺 母的内侧端面区域的锥台形螺纹牙除去部5螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓 的疲劳强度，根据被连接体的厚度来选择螺栓的螺杆的长度，并在必要时使用垫片，从而能 够将螺母调节到最佳位置，获得良好的螺合状态，此时螺母以全长Ln的60M与螺栓的锥台形 螺纹牙除去部5相螺合，形成锥台形螺纹牙除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角 为6%±1%，使锥台形螺纹牙除去部5螺纹牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减 少接触面积，缓和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形螺纹牙除去部 5的螺纹牙根处的应力，具有可靠的疲劳强度和有效的防松性能。
权利要求
1、一种提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法，利用由螺栓头、螺栓圆柱部、不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成的螺栓进行塑性加工，其特征在于增大螺栓圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面半径R，并用冲击力对圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面进行局部塑性加工。
2、 根据权利要求l所述的提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法，其特征在于圆弧面半径 R是工业规格ISO中规定的圆弧面半径的1.5~3倍。
3、 根据权利要求l所述的提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法，其特征在于所述的用冲 击力对螺栓圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面进行局部塑性加工，是采用钢球对圆弧面进行 冲击处理，钢球的射出速度为50~200m/s，冲击受处理面积为150%~400%。
4、 根据权利要求l所述的提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法，其特征在于所述的螺栓 与其连接件螺母的螺合位置，满足下式时获得良好的螺合状态，不完全螺纹部与螺栓连接 件螺母的螺合长度Lt与螺母长度U的关系为L产(0.5 0.8) Ln。
全文摘要
提高螺栓疲劳强度和防止螺栓破损的方法，属于机械零件技术领域，利用由螺栓头、螺栓圆柱部、不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成的螺栓进行塑性加工，增大螺栓的圆柱部和螺栓头连接处的圆弧面半径R，并用冲击力对螺栓圆柱部和螺栓头部连接处的圆弧面进行局部塑性加工。本发明中增大螺栓头与螺栓圆柱部连接处的圆弧半径R，可以减小应力集中，用钢球冲击进行塑性加工，组织更微细化，产生压缩残余应力，使得螺栓的使用寿命提高20％-50％，同时提高疲劳强度，防止螺栓破损，确保螺栓能长期使用，两种方法先后作用在圆弧面上，效果更佳。
文档编号F16B35/04GK101576111SQ20091001103
公开日2009年11月11日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者孙中强, 西田新一 申请人:孙中强