關于VDI2230里螺釘聯(lián)接下應用DSV方式計算的基本體尺寸要求的討論

張林楠

【摘要】本文針對VDI2230中螺釘聯(lián)接方式下兩種不同計算方式的選擇條件進行了相關討論，并給出了部分常用標準墊圈面六角螺栓在螺釘聯(lián)接方式下使用DSV計算方式的基本體尺寸要求。

【關鍵詞】VDI2230；螺釘聯(lián)接；基本體尺寸

1.概述

德國標準VDI2230是關于高強度螺栓連接計算的參考標準，實踐超過20年，被廣泛認可和參考[1]。被連接件的替代椎體的提出和計算是該標準的核心基礎之一。被連接件的變形椎體剛度的計算又按螺栓連接方式的不同分為兩種，一個是螺栓聯(lián)接的計算方式（后文稱為DSV），一個是螺釘聯(lián)接的計算方式（后文稱為ESV），兩種計算皆為近似計算。但根據(jù)實際應用，有些螺釘聯(lián)接的帶螺紋的界面尺寸相對較小，而相對的連接基本體尺寸較大，此時雖然聯(lián)接方式屬于螺釘聯(lián)接，但計算方式卻按照DSV進行計算，該標準僅對界面尺寸做了明確分界，而基本體的分界尺寸沒有明確給出。本文對該問題進行了分析，并給出了車輛上常用標準墊圈面六角頭螺栓M4～M39在螺釘聯(lián)接方式下需進行DSV計算的基本體尺寸要求。

2.公式符號說明

DAE，Gr ——按ESV計算時極限直徑，參考VDI2230

DAD，Gr ——按DSV計算時的極限直徑，參考VDI2230

P —— 螺距，取值參考GB/T 193-2003

a —— 螺栓頭肩距，計算時取a≈3P[2]

dh —— 標準螺栓通孔直徑，計算時取中等裝配值[3]

dw —— 標準螺栓墊圈面直徑，按dw=0.95s計算[3]，s為對邊寬度，取值參考GB3104-82

dwm —— 承壓面平均直徑，dwm=（ DA+ dw）/2

l3 —— 螺紋預留長度，因車輛上為變載荷，取l3≥0.75d[4]

其余符號參照VDI2230[1]

根據(jù)相關標準，可以得到M4～M39標準螺釘聯(lián)接的下列比值范圍：

lk/ dw>0.583，0.662這里，lk≥a+l3

3.螺釘聯(lián)接下按DSV計算的基本體尺寸要求

為方便問題分析，現(xiàn)做如下假設：按DSV計算時的基本體尺寸與界面尺寸一致，都等于按ESV計算時的基本體尺寸DA；被連接件有相同的彈性模量EP

根據(jù)VDI2230中DSV與ESV的計算方式，可以發(fā)現(xiàn)，對螺釘聯(lián)接來說，當DA較小，且DA大于DA時，由于DA的尺寸限制，隨DA越來越大，受力形式越來越近似于DSV，而按ESV計算會產(chǎn)生越來越大的誤差，因此，不妨認為，當δESV恒大于δDSV時，螺釘聯(lián)接可以按DSV進行計算。其中，界面尺寸DA要求在VDI2230中已經(jīng)提到[1]

dw≤DA≤1.4dw

根據(jù)VDI2230，很容易看出，螺釘聯(lián)接中帶螺紋的連接件尺寸不小于界面尺寸DA或極限直徑不大于界面尺寸DA時，明顯需按ESV進行計算，因此，可以使用DSV對螺釘聯(lián)接進行計算的前提條件為：帶螺紋的連接件尺寸即為界面尺寸DA，且極限直徑滿足下面的不等式

D（AE，Gr）>DA

根據(jù)VDI2230中極限直徑的計算，代入lk/dw以及DA/dw的取值范圍，得到

DA^'≥1.011DA

此時，有[1]

4.結論

結合上面兩種情況的討論，再加上前提條件得出的DA≥1.011 DA，精簡后可以得到最終適合任何情況下的分界條件

DA'≥1.781DA

該結論僅適用于受變載荷的M4～M39的標準墊圈面六角頭螺栓，其余情況下若滿足lk/dw>0.583，0.662