【国家标准(GB)】 螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验方法

中华人民共和国国家标准
螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验方法Axial load fatigue testing for threaded fasteners1主题内容与适用范围
本标准规定了螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验方法和数据处理方法。GB/T 13682--92
本标准适用于需进行疲劳试验的螺栓、螺柱等外螺纹紧固件，其他外螺纹零件亦可参照采用。2引用标准
GB3075金属轴向疲劳试验方法
GB3098.1紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱3符号、定义及单位
本标准中所使用的符号、定义及单位按表1规定。表1
最大应力
最小应力
平均应力
应力幅
应力比
疲劳寿命
条件疲劳极限
无限疲劳极限
失效概率
应力循环中的最大应力
应力循环中的最小应力
最大应力和最小应力的平均值
最大应力和最小应力差的一半
最小应力和最大应力之比
单位时间内应力循环次数
试验至试件失效的应力循环次数对应于规定疲劳寿命 N 的中值疲劳强度当疲劳寿命 N为无穷大时的中值疲劳强度失效试件与试件总数之比
本标准中使用的尺寸代号均与普通螺纹和紧固件国家标准一致。4试验原理
将试件安装在疲劳试验机上，按GB3075规定的不对称拉伸循环应力型式施加载荷，在恒定平均应力α或恒定应力比下持续进行试验，直至试件失效或超过规定的应力循环次数为止。试验应力循环次数根据试件材料的耐疲劳性能确定，对于钢制螺纹紧固件，一般取 5×10%。国家技术监督1992-09-22批准
1993-06-01实施
5试验亲件
5.1试验机
GB/T13682-92
可以使用不同类型的轴向载荷疲劳试验机，应按最大试验载荷大于或等于试验机额定载荷的10%选定试验机型号。试验时，应满足以下要求。5.1.1静载荷示值精度
a．载荷示值误差应在士1%之内；b.载荷示值变动度应在土1%之内。5.1.2在连续试验10h内，动载荷示值波动度8。平均载荷示值波动度应在使用载荷满量程的士1%之内；b．载荷振幅示值波动度应在使用载荷满量程的土2%之内。5.1.3试验频率应在4.2～250Hz范围内。载荷应按正弦规律变化。5.1.4试验机应能自动记录试验循环次数，并具有防止在停电等意外停机后再次自动启动的装置。5.2试件
疲劳试验试件为实际零件，不必进行再加工。如因特别原因必须如工时，应保证不改变其耐疲劳性能。
5.3试验夹具
试验夹具应能将试验载荷传递给试件，并能自动定心。图1和图2给出了试验夹具的基本要求，但不包括自定心部分。
非强制对称密口
无衬套夹具
办0-007
图2带衬套夹具
羊强制对称窗口
GB/T 13682—92
注，表面渗碳深度可以为0.25~0.5mm，最高硬度HRC60,最低硬度可比试件高 5(HRC)度。5.4试验校准
试验装置应定期按下述方法校准：使用图3所示的载荷校准双头螺柱，其中间测应力部分长度至少应是其直径的4倍。将校准双头螺柱装夹在试验机上，施加最大试验载荷的50%，测算试验校准双头螺柱中部圆柱面上圆周方向相间90°的4点处应力，其中最大应力与最小应力之差应小于平均应力的6%.
图3载荷校双头螺柱
螺纹公称直径d
5.5试验螺母
可以使用图4所示的螺纹衬套或标准螺母进行试验。螺纹衬套和螺母的精度及机械性能应与被试零件相匹配。
图4螺纹衬套
5.6试验垫
为了在螺栓头下圆角处留有足够的间隙，在螺栓头下应垫上带有45°倒角的试验垫圈。倒角直径应等于螺栓头下过渡圆角外直径加IT12公差，也可以在夹具上制出相同尺寸和公差的倒角。试验垫圈的两端面平行度应在0.01mm之内，硬度应与夹具一致（如图5所示）。450
6 试验与计算
6.1试件
GB/T13682-92
da+IT12
图5 试验垫圈
从尺寸和机械性能合格的产品中随机抽取试件，不进行任何机械加工，并将试件清理干净，防止磕碰和损伤其表面，在各配合表面涂以润滑油。6.2安装
将试件安装在试验螺母或螺纹衬套上，使试件螺纹收尾至夹具支承面距离至少为4倍螺距，末端露出试验螺母或螺纹衬套部分长度至少1倍螺距（见图6）。试验螺母及螺纹衬套在保持原规定精度无破损的条件下，可重复使用。
图6试件安装要求
6.3试验
6.3.1试验通常持续进行，至试件失效或超过规定的应力循环次数为止。如果需要间断，应记录间断时间，控制载荷，使之保持一致，并在试验报告中说明。6.3.2失效一般指试件断裂、裂纹、局部变形或载荷明显变化。6.4条件疲劳极限的测定
用升降法测定条件疲劳极限，通常每组取14件试件，应力水平级差△c一般在预计应力的5%以内，可在3～5级应力水平下进行。试验时，应使第一件试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限，试件依次进行试验，根据上一试件的试验结果（失效或通过）确定下一试件的应力水平（降低或升高级）。对131
GB/T 13682-92
于第一次出现相反结果以前的试验数据，如果在以后试验数据波动范围以外，则予以舍弃，否则作为有效数据使用。
失效概率为50%的条件疲劳极限按公式（1)计算：m3
式中m-
-有效试验的总次数（失效和通过的均计入)；试验应力水平级数；
第i级应力水平，
V:第：级应力水平下的试验次数。6.5S-N曲线的测定
+++++++++++++*+++++++++
++**+++*++( 1 )
绘制一条完整S-N曲线一般至少取14件试件，其中8件用于确定S-N曲线的倾斜部分（按4级应力水平，每级2件）；6件用于确定S-N曲线的水平部分。6.5.1倾斜部分
6.5.1.1参考以往相同材料、相同结构、相同应力形式的试件试验数据，预计试件疲劳寿命为N5X10和N-10°的疲劳强度AA和BB。6.5.1.2按Aa.1=（cAA—αAB)/3(数值经适当圆整）初步确定应力水平递差值。6.5.1.3以a(1)=αAA-~Aan为第一级应力水平进行第一件试验，记录下至失效时的应力循环次数。6.5.1.4按照a.(2)=a.(1)—Ag，a,(3)=a2)—Aa.依次试验，直至出现第-件不失效试件为止。
如果第一件试件在10°次应力循环试验后不失效，则按（2）=a（1)+2△，0（3）=（2)十2Ag依次进行试验，每次上升2△，而不是下降△o直至出现第一件失效试件为止。在临近出现失效的最高级应力水平的4级应力水平上各获得2件失效数据，共8个数据。6.5.1.5将8个失效数据在单对数坐标纸上绘出S-N曲线，见图7。180
5× 105
图7S-N曲线此内容来自标准下载网
断裂(失效）
。 在5×10°时不断裂(失效）
水平部分6件
阶梯法
6.5.1.6失效概率50%的S-N曲线的倾斜部分和标准偏差按公式（2)计算：452
应力周期数N
式中：
疲劳寿命的对数标准偏差：
S(lgN)
疲劳强度标准偏差：
6.5.2水平部分
GB/T 13682-92
IgN= α+ Ba
αIgN--Ba.
[a.(i) - J[IgN(i) - IgN]
(i) — a,
ta,(i)
CIgN(i) α - Ba,(i)2)
S(a) =
s(igN)
（2）
（5）
6.5.2.1采用升降法，取6.5.1条试验中出现不失效的应力水平（如果该水平多于1级，取其中最高级)为第一级应力水平，但前面已经获得了试验数据，不必再用c.(1)试验。6.5.2.2取6.5.1条计算的疲劳强度标准偏差（经适当圆整)为升降法的应力水平级差，即：Aga: = S(a,)
6.5.2.3用（2)=.(1)+Ag进行第2件试验。6.5.2.4用（j）=6(j-1)士oLj-3，4,5,6第（j-1）件失效取“_\号：否则取“→”号）进行第3~6件试验。
6.5.2.5对应于疲劳寿命N(通常N=5×10°)，失效概率50%的疲劳强度为：CAN
6.5.3P-S-N曲线的确定
用公式(9)和(10)可以获得失效概率P=10%和P=90%的P-S-N曲线（见图8)。倾斜部分：
IgN = &+βBo.±1.28S(IgN)
水平部分：
1:28s(gN）
α = GAN ±
其中，P=10%取“_\号，P90%取\+\号。IB
（8）
**..(10 )
7试验报告
试验报告应包括如下内容：
GB/T 13682--92
1.28 S(IgN)
P= 90%
5 ×10*
图8P-S-N曲线
·失效
。不失效
应力周期数N
。被试产品的名称、规格、长度、螺距、性能等级（或材料及热处理）等基本数据，对于标准产品可只写产品标记#
试件螺纹加工方法，
材料抗拉强度和屈服强度；
表面处理；
螺母位置（从螺母端到螺纹收尾的距离)：确定应力截面积的方法；
内螺纹的结构(标准螺母或螺纹衬套)、尺寸、材料、硬度及表面质量，试验垫圈的种类；
润滑形式，
试验机的型号和频率，
应力循环形式，om、、r等；
疲劳失效的形式和位置；
试验中断情况，
试验过程中不符合要求条件的任何偏差；试验环境温度和湿度。
附加说明：
GB/T13682—92
本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出。本标准由全国紧固件标准化技术委员会归口。本标准由机械电子工业部机械标准化研究所负贵起草。455
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