「设计开发专栏」紧固连接中对被连接件的要求

连接设计选择好螺栓、螺母后，还需要对被连接件的匹配状态进行检查。

在紧固连接失效时，虽然最后的失效形式表现为螺栓、螺母松动甚至断裂，但大多时候并不是紧固件的质量有问题，也不是初始的紧固扭矩不对；而是被连接件设计不佳或零件间的匹配不佳，导致紧固后或零件在工作载荷下发生夹紧力的衰减，或使螺栓承受过多的交变载荷，引起连接失效。

这些被连接件，就单个零件设计而言，并不存在什么问题，往往是在配合时忽略了紧固连接的工作特性，从而使得连接并不可靠。

今天，螺丝君来与各位一起分析、探讨实践中发生的常见的连接件匹配问题和对连接件的技术要求。

01

抗压强度要满足要求和接触面积不能产生压溃

在连接设计中,要确保被连接件在紧固的过程及后续的受载过程中不产生屈服，不仅零件自身的抗压强度要满足要求,同时，当多个零件匹配时,由于尺寸公差的原因,考虑极限配合状态重叠的区域也要有足够的接触面积,从而在承受工作载荷时,接触面的局部区域不至于发生屈服。

1、被连接件的压缩强度校核:

上图实例：转向机安装套筒材料强度低，被压缩变形量大，造成套筒上端面倾斜，在拧紧螺母时，螺栓受到较大弯曲应力，导致螺栓弯曲。

2、螺栓连接的压应力校核：

一定要校核螺栓头下的表面压应力，特别是被连接件材料是铝或者低碳钢。

各类型紧固用通孔和沉孔尺寸可按国标对紧固件用通孔、沉孔和预制孔的规定。

如标准孔径无法满足需求，需要校核螺栓极限状态时的单边接触量，要求单边至少2mm以上。

02

紧固点的位置布置要合理，避免其中的一个螺栓的工作载荷超出能承受的范围

当同一个零件含有多个紧固点时,紧固点的位置布置是否合理,会影响多个螺栓承受工作载荷的分配。

如果紧固件的位置布置太不合理，会导致其中的一个螺栓受到的工作载荷远远大于其余的螺栓，如果超过该螺栓所承受的范围，则该螺栓将会首先发生失效，从而会使其余的螺栓承受更大的载荷。

所以，紧固件的位置布置可以通过CAE等手段进行优化，最大程度地发挥螺栓的使用效率。

03

控制被连接件之间的刚度

1、避免被连接之间被填充软的材料。

零件的表面处理相对于钢铁材料本身要软不少，如果厚度增加到一定的程度，可以导致很明显的螺栓轴力衰减，有些零件经过电泳和车身喷漆后涂层厚度能达到100mm，所以这样的连接区域，需要采取措施避免过厚的表面处理涂层。

同样，车身的钣金件之间采用结构胶加强车身的刚度在连接的局部区域应该避免。

2、对于凸焊螺柱、螺母这种凸出的焊脚，在焊接过程中应确保被融化掉，使螺柱、螺母的法兰面直接和被连接件接触，避免局部凸出的焊脚在较高的应力下发生缓慢的应力衰减。

3、连接刚度不能过大，在扭矩已经达到设计值，或者螺栓已经屈服的情况下，结合面也没有贴合。框架结构需要特别注意。

04

控制零件间的间隙，减少螺栓在紧固时的销隙力

在保证结构强度的同时，减少螺栓在紧固时的销隙力，从而保证零件间有足够的夹紧力，在承受工作载荷时不发生滑移等失效。在生产制造工程中，严格要图纸要求，保证零件尺寸公差在设范围之内。

05

保证足够的加持长度

根据 VDI2230，零件被夹紧后的变形区域如下图所示。

如果夹持长度长，螺栓的伸长量比较大，形成有效的夹紧变形锥体也会比较大，根据胡克定律，螺栓和变形体储存了较大的势能，当零件间由于粗糙度和表面涂层在预紧力下产生蠕变时，螺栓和变形体受到的影响相对小， 所以，连接点的可靠性和鲁棒性就高。

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来源：GAF螺丝君