將概率統(tǒng)計(jì)方法引入到受軸向變載荷作用的螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)中，并對地磅用液力加法器聯(lián) 接螺栓的可靠性計(jì)算進(jìn)行了分析，給出了例證.

地磅用液力加法器的作用是用來匯集各承重 油缸的壓力，加法器壓力的變化通過傳感器將地磅所承重量反映出來.加法器相當(dāng)于一個(gè)壓力容器， 其內(nèi)部油壓是在0 ~ P之間變化的.

對于內(nèi)部油壓較高的加法器其缸體與缸蓋之間 采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，目的是考慮兩個(gè)方面:一是保 證聯(lián)接接合面之間保持一定的壓緊力，不得出現(xiàn)分 離和滑移現(xiàn)象;二是保證單個(gè)螺栓的強(qiáng)度，工作時(shí)不 發(fā)生塑性變形或斷裂.因此，螺栓工作拉力。

這種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡單方便，符合設(shè) 計(jì)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣;缺點(diǎn)是把載荷（或應(yīng)力）和材料 的強(qiáng)度都看成確定變量，沒有考慮它們的離散性.因 此按常規(guī)方法設(shè)計(jì)的螺栓往往出現(xiàn)可靠性不足或尺 寸過大.對于受軸向變載荷作用的螺栓聯(lián)接的可靠 性尤為重要，本文用概率計(jì)算方法研究這類螺栓的 可靠性.

1.強(qiáng)度隨機(jī)變量的概率模型

由文獻(xiàn)可知:緊螺栓的抗拉強(qiáng)度分布一般為

2.應(yīng)力隨機(jī)變量的概率模型

由文獻(xiàn)可知，受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接工作 時(shí)，總拉力為

對于重要的聯(lián)接，為了保證所需的擰緊力矩，擰 緊螺母時(shí)，必須利用測力矩扳手或定力矩扳手.扳手 本身的誤差可以不予考慮，則擰緊力矩T為定值， 其標(biāo)準(zhǔn)差St =0.在機(jī)械零件中把擰緊力矩系數(shù)Kt 亦作為定值，則F'與T成線性關(guān)系.實(shí)踐證明：摩 擦系數(shù)是隨機(jī)變量，它與摩擦表面的鍍層、粗糙度、 潤滑狀態(tài)、工作溫度以及擰緊次數(shù)等有關(guān)，所以摩擦 系數(shù)f和義也是隨機(jī)變量，具有明顯的離散性.故 預(yù)緊力也是隨機(jī)變量.按照式（4)確定的預(yù)緊力，其 誤差在±30%左右.因此，應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法，對摩 擦系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可使螺栓聯(lián)接的計(jì)算更接近于實(shí)際工況.

螺紋聯(lián)接的摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征值，見 表1.

2.2相對剛度Kc

由機(jī)械零件知，相對剛度

Kc = C1 + C2 式中，C1，C2為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，其中，C2迄 今沒有一個(gè)與試驗(yàn)結(jié)果完全相符合的計(jì)算方法，也 沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)可供參考，故將相對剛度Kc作為定 值處理.取鋼件聯(lián)接，無墊片時(shí)，Kc =0.25.

2.3工作載荷

加法器工作壓力在0 ~P之間變化，因此聯(lián)接 螺栓也處于變載荷工作狀態(tài).由于螺栓直徑未知，故 當(dāng)螺栓受最大工作載荷時(shí)按靜載荷處理，給定可靠 度指標(biāo)，求出螺栓直徑.單個(gè)螺栓工作載荷的均值

3.按給定的可靠度計(jì)算螺栓直徑

因該聯(lián)接螺栓一旦出現(xiàn)失效，將造成液力加法 器向外噴油，從而使整個(gè)稱重系統(tǒng)失去功能，故要求 螺栓的可靠度R =0. 999.根據(jù)正態(tài)分布函數(shù)表查 得R =0. 999時(shí)，可靠性系數(shù)ur =3. 091.

5.實(shí)例

某地磅用液力加法器的螺栓聯(lián)接，已知:油缸 內(nèi)徑D =200 mm,螺栓個(gè)數(shù)Z =12個(gè)，材料為8. 8 級(jí)45鋼，油缸內(nèi)工作壓力P在0~ 5 MPa范圍內(nèi)按 脈動(dòng)循環(huán)變化，允許壓力偏差±15要求螺栓的可 靠度R = 0. 999，試設(shè)計(jì)此螺栓聯(lián)接.

按工作壓力P =5 MPa靜載荷條件計(jì)算聯(lián)接螺 栓直徑

1.求單個(gè)螺栓聯(lián)接工作載荷的均值

6.結(jié)語

1.在規(guī)定的載荷、材質(zhì)及工藝條件下，該螺栓聯(lián)接具有很高的可靠度.

2.這種方法也可以推廣應(yīng)用到一般的壓力容器螺栓聯(lián)接可靠性設(shè)計(jì)中。