地磅用液力加法器联接螺栓的可靠性计算

将概率统计方法引入到受轴向变载荷作用的螺栓联接的可靠性设计中，并对地磅用液力加法器联 接螺栓的可靠性计算进行了分析，给出了例证.

地磅用液力加法器的作用是用来汇集各承重 油缸的压力，加法器压力的变化通过传感器将地磅所承重量反映出来.加法器相当于一个压力容器， 其内部油压是在0 ~ P之间变化的.

对于内部油压较高的加法器其缸体与缸盖之间 采用高强度螺栓联接，目的是考虑两个方面:一是保 证联接接合面之间保持一定的压紧力，不得出现分 离和滑移现象;二是保证单个螺栓的强度，工作时不 发生塑性变形或断裂.因此，螺栓工作拉力。

这种计算方法的优点是计算简单方便，符合设 计人员的传统习惯;缺点是把载荷（或应力）和材料 的强度都看成确定变量，没有考虑它们的离散性.因 此按常规方法设计的螺栓往往出现可靠性不足或尺 寸过大.对于受轴向变载荷作用的螺栓联接的可靠 性尤为重要，本文用概率计算方法研究这类螺栓的 可靠性.

1.强度随机变量的概率模型

由文献可知:紧螺栓的抗拉强度分布一般为

2.应力随机变量的概率模型

由文献可知，受轴向载荷的紧螺栓联接工作 时，总拉力为

对于重要的联接，为了保证所需的拧紧力矩，拧 紧螺母时，必须利用测力矩扳手或定力矩扳手.扳手 本身的误差可以不予考虑，则拧紧力矩T为定值， 其标准差St =0.在机械零件中把拧紧力矩系数Kt 亦作为定值，则F'与T成线性关系.实践证明：摩 擦系数是随机变量，它与摩擦表面的镀层、粗糙度、 润滑状态、工作温度以及拧紧次数等有关，所以摩擦 系数f和义也是随机变量，具有明显的离散性.故 预紧力也是随机变量.按照式（4)确定的预紧力，其 误差在±30%左右.因此，应用概率统计方法，对摩 擦系数的试验结果进行统计分析，可使螺栓联接的计算更接近于实际工况.

螺纹联接的摩擦系数和扭矩系数的统计特征值，见 表1.

2.2相对刚度Kc

由机械零件知，相对刚度

Kc = C1 + C2 式中，C1，C2为螺栓和被联接件的刚度，其中，C2迄 今没有一个与试验结果完全相符合的计算方法，也 没有试验数据可供参考，故将相对刚度Kc作为定 值处理.取钢件联接，无垫片时，Kc =0.25.

2.3工作载荷

加法器工作压力在0 ~P之间变化，因此联接 螺栓也处于变载荷工作状态.由于螺栓直径未知，故 当螺栓受最大工作载荷时按静载荷处理，给定可靠 度指标，求出螺栓直径.单个螺栓工作载荷的均值

3.按给定的可靠度计算螺栓直径

因该联接螺栓一旦出现失效，将造成液力加法 器向外喷油，从而使整个称重系统失去功能，故要求 螺栓的可靠度R =0. 999.根据正态分布函数表查 得R =0. 999时，可靠性系数ur =3. 091.

5.实例

某地磅用液力加法器的螺栓联接，已知:油缸 内径D =200 mm,螺栓个数Z =12个，材料为8. 8 级45钢，油缸内工作压力P在0~ 5 MPa范围内按 脉动循环变化，允许压力偏差±15要求螺栓的可 靠度R = 0. 999，试设计此螺栓联接.

按工作压力P =5 MPa静载荷条件计算联接螺 栓直径

1.求单个螺栓联接工作载荷的均值

6.结语

1.在规定的载荷、材质及工艺条件下，该螺栓联接具有很高的可靠度.

2.这种方法也可以推广应用到一般的压力容器螺栓联接可靠性设计中。