127_基于有限元分析的螺栓连接松紧情况判据和实例分析.pdf

2006 年用户年会论文 基于有限元分析的螺栓连接松紧情况判据及实例分析 周蓓 郭爱民 航天科技集团公司一院十八所研发中心，北京 10076 [ 摘 要 ] 提出了基于有限元分析的螺栓松紧情况判据，并以实例给出了计算的全过程，最后给出了结论。 [ 关键词 ] 有限元；螺栓松紧判据 The criterion of the degree of tightness of the bolts based on finite elements and a example of it Zhou Bei ；Guo Aiming ; R D Center, Eighteenth Institute of China Academy of Launch Vehicle Technology, Aerospace Science and Technology Corporation, Beijing 10076 [ Abstract ] In this paper, The criterions of the degree of tightness of the bolts based on finite element are put forward, the whole process of computation is given in an example, at last draw a conclusion. [ Keyword ] finite element ; the criterion of the degree of tightness of the bolts 1 螺栓松紧判据 [1] 螺栓连接 构造简单，成本较低，安装方便，使用不受被连接材料限制，应用广泛。螺栓 连接在变载、振动和冲击作用下，以及工作温度变化很大时可能松动。 由松动引起连接预紧力减小甚至丧失，从而不能保证连接的紧密性，甚至造成连接松脱或 连接中各件过早产生疲劳破坏。螺栓松动问题是一个及其复杂和涉及范围很广的问题，至今还 有很多问题没有得到很好的解决，目前主要通过试验进行检验。所以有必要通过先进的 CAE 技 术对此问题进行探讨。 螺栓预紧力只能直接施加，不能通过有限元手段计算得到，而螺母和垫片的压力代表了螺 栓预紧力的大小，因此可用螺母和垫片的压力变化作为螺栓松紧的判据。本文应用一个实例对 此问题进行了探讨。 2 问题概述 电机上压紧电刷的扭簧是靠一个螺栓固定在刷握上。如图 1 所示。该固定螺栓要承受扭簧 对其的扭矩，由于电机发热，其温度也会升高。在高温下固定螺栓是否会变松是一个重要问题。 本文应用 ANSYS WORKBENCH 对此问题进行了探讨。 2006 年用户年会论文 图 1 模型图 图2 网格划分情况 3 网格划分、定义接触、定义材料 由于螺栓杆是关键零件之一，因此对螺栓杆的网格定义相对精度为 100，其单元形状定义 为 Hex Dominant（六面体主导），其他用默认值。网格划分后得到单元 10223 个，节点 33059 个，如图 2所示。接触类型的定义如表 1 所示。材料定义如表 2 所示。为了简化计算，和温度 有关的数据都取第一个（即较低温度那个）。 表1 接触类型 接触面编号 接触体 目标体 接触类型 摩擦系数 1