【原】【技貼】螺母松動(dòng)CAE分析的一般流程！

CAE之家 2021-01-28

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一、前言

螺栓作為機(jī)械工程中的一個(gè)重要部件，其不僅僅是各種板件之間的連接件，而且還起著預(yù)緊作用。在機(jī)械工程中，為了增強(qiáng)螺栓螺紋聯(lián)接的剛性、緊密性、防松能力以及防止受橫向載荷螺栓聯(lián)接的滑動(dòng)，多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都需要預(yù)緊，而預(yù)緊力的施加是通過(guò)一定的擰緊力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)的，合適的擰緊力矩對(duì)螺栓聯(lián)接件和被聯(lián)接件的壽命都是有益的。

二、相關(guān)理論

一般來(lái)說(shuō)，擰緊力矩是通過(guò)擰緊扳手來(lái)施加的，而擰緊扳手力矩是用于克服螺紋副的螺紋阻力矩及螺母和與被連接件(或墊圈)支承面間的端面摩擦力矩。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：M＝F*D*K（M為螺栓扭矩，F(xiàn)為螺栓載荷，D為螺栓公稱直徑，K為系數(shù)，一般為0.1-0.3，常取0.16，需根據(jù)實(shí)際進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整）。而扭矩系數(shù)K一般很難得到其準(zhǔn)確值，通常需要通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行修正。

三、螺母松動(dòng)原因分析

通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)，得出導(dǎo)致螺母松動(dòng)的原因主要有以下：

（1）一般情況下螺栓總成在一定的預(yù)緊力矩作用下，導(dǎo)致螺栓長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，從而引起預(yù)緊力矩下降，當(dāng)路面有一定的沖擊或時(shí)間較長(zhǎng)后，引起車輪螺母松動(dòng)；

（2）當(dāng)螺母施加的力矩過(guò)大，也可能導(dǎo)致螺母相接觸的輪輻出現(xiàn)過(guò)大的等效塑性應(yīng)變，且超過(guò)該材料的屈服強(qiáng)度，在道路試驗(yàn)承受動(dòng)載荷的情況下極有可能導(dǎo)致夾緊力下降，從而出現(xiàn)螺母松動(dòng)現(xiàn)象。

四、螺母松動(dòng)CAE分析

1、材料定義，需要定義材料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線，如下所示。

2、將各個(gè)零件組成裝配體，如下所示。

3、定義分析步，根據(jù)螺栓的預(yù)緊力矩進(jìn)行合適的分析步定義。

4、接觸定義，由于各個(gè)零件之間有接觸，需要考慮接觸的影響。

5、載荷步定義，根據(jù)實(shí)際力矩加載過(guò)程，建立多個(gè)分析步，以便接觸的逐步建立。

（1）首先定義螺栓預(yù)緊力，即Bolt load，選擇螺栓截面或幾何截面，定義預(yù)緊力。根據(jù)所要施加的載荷大小，逐步加到所需要的預(yù)緊力，再保持螺栓長(zhǎng)度不變；再定義另一端螺栓載荷，逐漸加到目標(biāo)載荷。

（2）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析其邊界條件和載荷的定義要盡量與實(shí)際相吻合，通常在非線性分析時(shí)要設(shè)定多個(gè)分析步，達(dá)到各個(gè)接觸逐漸建立起來(lái)。

6、結(jié)果讀取，首先通過(guò)查看預(yù)緊力，看是否與接觸力相等。

（1）通過(guò)查看分析結(jié)果知預(yù)緊力CF1=1.42e5N，與接觸面的接觸力CFN2=1.4201e5N相等，即分析模型可進(jìn)行下一步分析。

（2）通過(guò)分析得到在施加預(yù)緊扭矩不超過(guò)461Nm時(shí)，即接觸的零件最大塑性應(yīng)變不超過(guò)某一參考值才不會(huì)導(dǎo)致螺母松動(dòng)。在此情況下螺栓預(yù)緊力合適，不會(huì)因過(guò)大或過(guò)小，導(dǎo)致螺母松動(dòng)的現(xiàn)象。通過(guò)大量的工程案例表明該螺栓松動(dòng)分析方法是合理有效的，具有一定的工程參考意義。