螺釘預緊力是超精密加工與裝配中不可忽視的重要因素，基于 ANSYS接觸分析模塊，采用具有回轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的多個平行環(huán)形圓臺結(jié)構(gòu)代替螺紋的螺旋升角結(jié)構(gòu)，建立了具有工程實際參考意義的螺紋計算分析模型，通過有限元分析，計算得到了螺釘預緊力作用下連接件及螺紋牙型的變形特征。

螺紋的預緊有利于增強聯(lián)接的剛性、緊密性、防松及防滑[1]，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或相對滑移。預緊力的適當控制是確保螺紋聯(lián)接質(zhì)量的關(guān)鍵，預緊力過小將導致聯(lián)接松動而失效，過大的預緊力又會使聯(lián)接件在裝配變形或偶然過載時被拉斷[2]。

研究人員對螺釘預緊力的關(guān)注重點主要集中于螺釘?shù)氖А㈩A緊力模型及工程控制方法等，對螺釘?shù)哪Ｐ吞幚磉M行了較大簡化[5]，對螺釘預緊力造成螺紋牙型變形等裝配過程零件內(nèi)部變形缺乏有效的關(guān)注。

圖1 計算模型

    各相互配合的內(nèi)外螺紋牙型面及通孔連接件與螺紋連接件之間創(chuàng)建接觸對進行約束。

    所有零件材料均為鋼，計算參數(shù)為：彈性模量E=150GPa，泊松比P=0.3，密度Den=7830kg/m3。

位移

由螺釘拉緊造成的各連接件的變形位移，如圖5 所示。從圖5 中可以看出，在螺釘拉力的作用下，被連接件中心受壓產(chǎn)生變形和位移，而被連接件的外圓柱面邊緣則因受到擠壓產(chǎn)生翹曲，造成外緣彼此脫離的現(xiàn)象。

應力與應變

由螺釘拉緊造成的各連接件的應力云圖，如圖6所示。應變云圖，如圖7所示。

螺紋的變形

將螺紋連接接觸配合部分的應力計算結(jié)果放大顯示，如圖8所示。從圖8中可以看出，螺紋的擰入的前幾個牙型彼此之間產(chǎn)生比較大的應力和變形，有比較大的應力集中，而其余的螺紋牙型則對螺紋拉力的貢獻較小。

而螺紋口處的應力集中與變形最大，螺紋越深，螺紋牙型的應力與變形逐漸減小，本例的計算結(jié)果顯示，主要有前六圈牙型對螺釘預緊力做出貢獻。從這點可以看出，從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度考慮，可對螺紋的擰入深度進行適當優(yōu)化。

（1）在螺釘預緊力的作用下，被連接件螺紋孔中心部分受壓產(chǎn)生變形，而被連接件的外圓柱面邊緣則因受到擠壓產(chǎn)生翹曲和彼此脫離的現(xiàn)象；

（2）螺釘預緊力主要由螺紋擰入深度較淺的前幾個牙型貢獻反作用力，其彼此之間產(chǎn)生比較大的應力和變形，有比較大的應力集中，而其余的螺紋牙型則對螺紋預緊拉力的貢獻較小。螺紋口處的應力集中與變形最大，螺紋越深，螺紋牙型的應力與變形逐漸減小。