VDI2230在风机螺栓分析中的应用
采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析.
设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2011年第5期采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析*陈真,杜静,何玉林,刘卫,冯博(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044)摘要:针对风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓轴线与法兰横向对称中心线不一致,且螺栓所受外载荷为偏心载荷的问题,基于VDI2230螺栓联接理论对法兰联接处螺栓进行理论分析,计算出实际工况下螺栓螺纹处的等效应力,采用有限元理论对法兰联接处螺栓在MSC.Marc/Mentat环境中进行接触强度分析,有限元结果与理论计算结果基本吻合。
研究为螺栓联接强度分析提供了新的思路。
关键词:螺栓;VDI2230螺栓联接理论;风力发电机;有限元中图分类号:TM614 文献标志码:A 文章编号:1671 3133(2011)05 0125 05 StrengthanalysisofboltjointonwindturbinetowerflangebasedonVDI2230 CHENZhen,DUJing,HEYu lin,LIUWe,iFENGBo (TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing4 00044,China)Abstract:Fortowerflangeandboltjointofwindturbine,theaxisofboltisinconsistentwiththeho rizontalsymmetryaxisofflange.Theboltofflangesufferedeccentricload.Thetheoreticalanal ysisofsuchcasewascarriedoutreferringtothetheoryofVDI2230.Equivalentstressunderactu alconditionwasobtained.Onbaseoffiniteelementtheorycontactstrengthanalysisofflangean dboltswereconductedinMSC.Marc/Mentat.Theresultoffiniteelementanalysisisapproxima telyagreeablewiththetheoreticalresult.Providesanovelapproachforstrengthanalysisofbolt. Keywords:VDI2230;boltjoint;windturbine;finiteelement0 引言塔筒法兰联接处螺栓作为风力发电机组重要的联接件,其联接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体可靠性,传统螺栓联接强度理论只对螺栓组联接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行了简单分析[1]论在MSC.Marc/Mentat环境中进行螺栓接触强度分析,为螺栓联接设计提供新的理论依据。
关于《VDI-2230标准》的使用说明
关于《VDI-2230标准》的使用说明由于《VDI-2230标准》是针对高强度螺栓校核建立的，所以在计算时，不同强度螺栓的参数选取有所区别。
高强度螺栓碳钢：8.8级及以上奥氏体不锈钢类：8.0级及以上一、通用说明R0. 被夹紧件确定被夹紧件长度lK:垫片长度不算；若滑块在螺杆方向，则算作螺母，亦不计入。
R1.拧紧系数的确定拧紧系数与拧紧方式相关，不同的拧紧方式对应的拧紧系数范围不同。
如果有试验值，则用试验值，如果没有试验值，则根据表A8取值，一般拧紧方式为扭矩扳手拧紧；螺纹摩擦系数μG：根据表A5得到，如果有试验值，则取试验值。
R2.受力界面数、横向力数值、扭矩数值的确定q f , qm：被夹紧件串联取1，并联取2；Ansys中导出的MYmax值取绝对值，计算时代入正值。
R3. 连接类型的确定根据受力情况而定，一般情况为同心夹紧与加载，且趋于安全性的考虑，选SV1。
R5. 轴力数值的确定FAmax为Ansys中静强度工况导出的轴力，若出现负值，代入0。
R7. 屈服强度的利用系数屈服强度利用系数v应根据试验而定，目前根据VDI标准取0.9作为比较值。
设计提供的预紧力与最大装配预紧力必须要小于F Mzul。
R8.工作应力的确定如果初始设计给的预紧力合格，则以后步骤中出现的FMZul均代入设计给的预紧力。
R9.交变应力的确定F SAO - FSAU为Ansys中疲劳工况导出的轴力，若出现负值，代入0。
R11.最小连接长度标准件不用校核，非标准件和螺钉需要校核。
二、高强度螺栓1.涉及查表的参数，先取中值，若不通过，则另外考虑。
其中R1螺纹摩擦系数μG 取0.1，R2被夹紧界面最小摩擦系数μTmin取0.21。
2.R12中抗滑移安全系数定义为1.2，防剪切系数定义为1.1。
三、非高强度螺栓1.涉及查表的参数，均取范围内的边界值。
2.R4中预紧力损失量FZ取计算值的10%。
3.R12中抗滑移安全系数义为1，防剪切系数定义为1.1。
基于VDI2230标准车钩连接螺栓强度分析
基于VDI2230标准车钩连接螺栓强度分析摘要：地铁车钩安装用螺栓是车钩钩缓与车体连接的关键部件，该处螺栓属于高强度螺栓，应用有限元分析软件ANSYS，根据螺栓实际运行工况，采用实体建模法，对某地铁车钩安装座连接螺栓进行接触非线性分析，得出螺栓轴向最大拉力，然后基于VDI2230标准对螺栓进行强度校核，对车钩安装用螺栓的选用和校核具有指导意义。
关键词：高强度螺栓；有限元分析；VDI2230标准；校核0 前言：地铁车辆与车辆之间通过车钩缓连接，车钩缓通过采用螺栓连接的方式与车体底架上的车钩安装座连接，如图1所示。
车钩缓安装是否可靠直接关系到地铁能否安全运行。
为确保地铁可靠安全的运行，在实际设计中，需要对车钩安装用螺栓（图1中安装螺栓）进行强度校核，传统的螺栓强度校核以机械设计手册为校核标准，偏于保守，不能最大限度利用螺栓的承载能力[3]。
德国工程师协会（VDI）制定颁布的VDI2230高强度螺栓连接系统计算标准（以下简称“VDI2230标准”）被广泛认可。
VDI2230标准为设计螺栓连接提供了一种系统的计算方法，确保了其所设计的螺栓连接在功能和操作上都具备一定的可靠度，同时最大限度的利用螺栓的承载能力[1][4]。
本文利用有限元分析软件采用整体建模法对某地铁车钩安装用螺栓进行接触非线性分析，得出螺栓最大轴向拉力，然后基于VDI2230标准对螺栓进行强度校核，为地铁车钩安装用螺栓设计与选用提供参考。
某地铁车钩安装用螺栓参数见表1。
表1 某地铁车钩安装螺栓参数1、地铁车钩安装座用螺栓有限元分析本节将应用有限元软件ANSYS，对车钩安装用螺栓进行有限元分析。
螺栓有限元分析主要方法有真实建模法、无螺栓等效载荷法，螺栓耦合模拟法、螺栓混合建模法等，本次采用真实建模法对车钩安装用螺栓进行分析。
图1 全自动钩缓示意图1.1有限元前处理车钩缓装置零件数量极多，结构比较复杂，本文选取与车钩安装座连接部分作为研究对象，工程应用不同于基础研究，在进行有限元分析时，抓住主要的分析对象，对三维模型进行简化，不仅可以节省计算资源，而且可以获得准确的计算结果，满足工程应用。
219334125_基于VDI2230_标准的GIS_设备搬运平台螺栓连接强度分析
基于VDI2230标准的GIS 设备搬运平台螺栓连接强度分析*李 辰1 马颖珊2 孙彦彬1 聂春戈1 陶 然31大连交通大学机车车辆工程学院 大连 116028 2华中科技大学武汉光电国家研究中心 武汉 4300743大连交通大学艺术学院 大连 116028摘 要：GIS 设备承重式搬运平台各部件之间主要通过螺栓连接，为了确保螺栓连接的安全性，需对其强度进行校核。
首先建立GIS 设备承重式搬运平台有限元模型，然后采用Block Lanczos 法对建立的有限元模型进行约束模态分析，找出振动较大的部位以及该部位附近的螺栓。
借助VDI2230标准对工作载荷最大的1号螺栓与工作载荷最小的7号螺栓进行强度校核。
分析计算结果表明：螺栓抵抗剪切、滑移、压溃等安全系数均在标准所规定的范围内，螺栓连接强度满足要求。
关键词：GIS 设备；VDI2230标准；螺栓；强度校核中图分类号：TH238 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）10-0053-06Abstract: Because the components of GIS equipment load-bearing handling platform are mainly connected by bolts, in order to ensure the safety of bolt connection, its strength needs to be checked. Firstly, a finite element model of GIS equipment load-bearing handling platform was established. Secondly, the Block Lanczos method was used to analyze the constrained modal of the finite element model, and the parts with large vibration and the bolts near the parts were found out. According to VDI2230 standard, the strength of the No.1 bolt with the largest working load and the No.7 bolt with the smallest working load were checked. Analysis and calculation results show that the safety factors of bolts against shearing, sliding and crushing are within the range specified in the standard, and the strength of bolt connection meets the requirements.Keywords: GIS equipment; VDI2230 standard; bolt; strength check0 引言气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear ，GIS ）是一种钢铝混合结构，将电压互感器、母线、电流互感器等所需的（不包括变压器）一次设备的电器元件，通过合理的优化设计封闭在充有一定压力的SF6绝缘气体外壳内组成一个整体[1]。
VDI_2230计算例题
VDI 2230计算例题讲解主要内容和目的本部分主要通过介绍VDI 2230中附录B 实例B1的计算过程让大家对VDI 2230的计算方法有初步的认识、了解VDI 2230计算的基本步骤和方法，然后演示一个商业软件对该例题的计算，给大家今后的应用提供一种思路和办法。
一、VDI 2230例题B11.1初始条件：图示螺栓连接作为一个中心受力连接的计算例题主要尺寸：液压缸内压力2max /5.5mmN p =。
承压面积2222245364/)2580(4/)(mmD D ASt Z =⋅-=⋅-=ππ。
轴向载荷kNA p F A 9.2445365.5max max=⨯=⋅=。
活塞是一个产生压力的零件，每小时300个工作冲程。
因此轴向载荷可以看作是一个动载荷。
由于螺栓还要有密封的作用，因而在不受载荷的情况下，还应该保持不少于NF KR 3min 10=，以保证安全。
活塞材料为16MnCr5，活塞杆材料为C45。
表面粗糙度mR Z μ16=。
连接扭紧时使用能够指示扭矩的扳手。
1.2计算步骤R0 初步确定螺栓公称直径，核算其适用范围 由表A7，对于集中作用的动载荷NF A 3max109.24⋅=及0=QF ，螺栓的直径可以按以下的步骤进行：表7A 确定螺栓的直径范围A 取NF25000=作为仅次于max A F 的最大比较载荷。
B2 对于集中作用的轴向动载荷，取最小装配预紧力NF M 40000min=。
C 用指示扭矩的扳手扭紧，取最大装配预紧力NF M 63000max=。
D 由表A7第2列，选择尺寸为M12的螺栓，其性能等级为12.9，为的是减小对活塞杆截面的削弱。
选择圆柱螺栓ISO4762－M12⨯60－12.9（GB 70.1-2000修改等同该标准）得到以下尺寸。
R1扭紧系数按采用的扭紧工具（显示扭矩的扳手），扭紧系数按表A8确定，对摩擦因数为B 级， 扭紧系数αA ＝1.7R2确定所需最小的夹紧力 这一连接是中心对称的（0=symS ，见P34，图5.1/5 b ）而且在中心加载（a ＝0，见P34，图5.1/5 a ）。
vdi2230-螺栓计算
Calculation Step R3
• Determination of required average clamping load, Fkerf, as either:
– Determination of elastic resilience of clamped
parts, dP
– Calculation of required substitutional crosssection, Aers
Calculation Step R5
• Determination of loss of preload, FZ, due to embedding
– For tightening to yield, select bolt for which 90% of initial clamping load is equal to or greater than minimum initial clamping load due to scatter in assembly process
Cylindrical Single Bolted Joint
• Axial force, FA • Transverse force, FQ • Bending moment, MB
Beam Geometry, Ex. 1
• Axial force, FA • Transverse force, FQ • Moment of the plane of the beam, MZ
axial bolt force – Necessary minimum clamp load in the joint – Preload scatter due to assembly method
设备零泄漏:r 小螺栓蕴含大话题
设备零泄漏：r 小螺栓蕴含大话题晓雷【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P18-21)【作者】晓雷【作者单位】【正文语种】中文近年来，因螺栓紧固不当带来的设备安全问题屡见不鲜，紧固不足、紧固过量、紧固不均等引起的振动超标、螺栓断裂、部件脱落等设备故障、安全事故时有发生。
2010年1月20日，大唐左云项目的风机维护人员进行“风机叶片主梁加强”工作，直到2010年1月27日工作结束。
1月31日，43号风机发出多个报警后因振动值高快速停机。
经维护人员处理后再次就地复位启动。
次日，43号风机发生倒塌事件。
塔筒中段、上段、风机机舱、轮毂顺势平铺在地面上，塔筒上段在中间部分发生扭曲变形。
齿轮箱与轮毂主轴轴套连接处断裂，齿轮箱连轴器破碎，叶片从边缘破裂，大量填充物散落在地面上。
事故发生后，风电场将二期风机全停，并进行外观、内部的全面检查。
3月4日，左云风电公司检查发现二期61号风机中下塔筒法兰连接螺栓断裂48个（共125个），在螺栓未断裂部分的法兰与筒壁焊缝中有长度为1.67米的裂缝，其异常现象与倒塌的43号塔筒情况基本一致。
是什么原因造成大量螺栓断裂，引发此次倒塌事故呢？在去年第10期《能源》杂志封面文章《风机折翼》中有如下两句描述：“运行期间没有按照要求进行塔筒螺栓的力矩检查和维护。
”、“风场现场施工单位对螺栓力矩没有按照施工要求进行，机组的塔筒连接螺栓大部分存在力矩不足，有些螺栓用手就可以拧动。
”2014年8月，某加工分厂的1台数控高速端面外圆磨床出现故障，砂轮移动量与显示器显示数值不符，导致加工出现误差。
维修人员在现场对整个机构拆卸检修中发现，两副导轨滚珠的固定装置出现损坏，导致滚珠洒落，使导轨上出现了多处划痕和小坑。
经过技术分析检查和讨论，终于发现，两副导轨的平行度有14微米的误差，误差的原因是由于机床生产厂家在用螺栓对十字交叉直线导轨进行紧固时，没有压死及调整均匀，逐渐造成直线导轨受力不均，导致滚珠洒落、故障发生。
VDI2230高强度螺栓连接系统计算研究
且根据应力取决于夹 紧零件和被夹 紧零件的弹
性 回能 。因此 总 结 如下 ：
Ｆｓ ＾一 Ｆ＾
（） ２
（） ３
Ｆ＾ Ｆｓ ＋ ＦＰ 一 ＾ ＾ ＦＰ ＝ （ 一 ） ＾ ＾ １ Ｆ
（ ） ４
并且 ：
Ｆ Ｒ Ｆ Ｋ ＝ ｖ— ＦＰ ＝ Ｆｖ （ 一 ） ＾ 一 １ Ｆ＾ （ ） ５
— —
在 大端 轴承 盖 螺 栓 连 接 中， 受 往 复 承
活 塞发 动 机 的振 动 ． 种 螺 栓 的 夹 紧 力 必 须 调 这
整得更高ｔ 以保证 在其 内力作用下不会 出现接 合 面单 侧分 离或 打 滑 。这两 种情 况 都会 由于 螺
栓 连接 的 自动 卸开 或螺 栓 的疲 劳 失效 从 而 引起 逐 渐破坏 。 由于夹 紧力会 引起 受力 轴 承 套变 形 ． 直 到它 们在 接 台 面 完 全停 止 转 动 一 此 夹 紧 力 因 应 该是 内部 压力 产 生的 工作 载荷 的许 多倍 。
一 一
螺 栓 的强 度级 别 ；
图２ 普通情况轴向工作栽荷 Ｆ 连接 图 ， 一
・
一
…
由于工作载荷引起连接体或者连接零
２７ ・
国外技术与管理
。 ＿
交 变 载 荷疲 劳强 度 ；
＼ 、 ＼ ＼
Ｆ 之 间（ 见 ４ ６ ２节 ） Ｍ 参 ．．
～
螺 栓 头 部 或 螺母 引起 的被夹 紧零 件 的
的弹性变形产生了单个螺栓连接处的轴 向载荷
Ｆ 、 向力 Ｆ 、 一横 口 弯矩 Ｍ 以 及 有 时 存 在 的 扭 矩 Ｍｒ 由于结 构零 件 和螺检 连 接 的设 计 是多 种 多 。 样的・ 确定 这 些 基 本 变量 的载 荷 与变 形 分 析是 困 难 而又 复 杂 的 ， 须 利用 静力 学和 弹性 力 学 必
VDI_2230实例
因此，可以求得预加载荷的损失量为
FZ f Z 1 1 8 10 3 2.415 103 N 6 6 S P 2.95 10 3.63 10
R5 要求的最小装配预紧力按公式（R5/1）计算（P22） 。
' FM min FKerf (1 * en ) FA max FZ F Vth 1000 (1 0.008) 24900 2415 0 28116 N
lGew 18 1.152 10 6 mm / N ES Ad 3 2.05 105 76.25
GM G M
lG lM 0.5 d 0.33 d 0.5 12 0.33 12 5 E S Ad3 E S AN E S Ad3 E S AN 2.05 10 76.25 2.05 10 5 113.1
基本实体的外径 DA DZ 80mm
DA 80 3.79 可得 y dWm 21.11
对于穿孔螺栓（DSV）按公式（5.1/27）计算D（D 见 P33，图 5.1/4 b）
tan D 0.362 0.032 ln( L / 2) 0.153ln y 0.362 0.032 ln(1.99 / 2) 0.153ln 3.79 0.556
在热处理以前滚压而成的螺栓，其疲劳极限按（5.5/19）式（P80）计算。
FM max l FMzul(10.9) 。
所选择的螺栓满足工作要求。 R8 工作应力 按（R8/1－P23）式计算最大的螺栓受力
FS max FM zul * en FA max 64800 0.008 24900 64999 N
基于VDI2230—2003标准的动车组吊挂设备用螺栓强度分析
基于VDI2230—2003标准的动车组吊挂设备用螺栓强度分析作者：刘峰来源：《农家科技中旬刊》2017年第02期摘要：螺栓连接作为机械联接方式中最常用的一种，在轨道交通行业中得到了广泛应用，而螺栓选型是否正确，螺栓强度是否满足使用要求直接影响到螺栓联接的安全性，甚至影响到铁路产品的安全可靠性。
本文运用结构力学对高速列车车下吊挂设备用螺栓进行静强度计算，在此基础上基于德国《VDI2230-2003螺栓强度校核标准》对螺栓进行强度评估，为螺栓选型提供理论验证。
关健词：螺栓连接；受力分析；强度校核1.概述高速列车车下设备主要包括牵引变流器、牵引变压器、水箱、空调机组、牵引电机冷却风机等，大多通过高强度螺栓吊挂在车体横梁上。
螺栓作为设备安装的重要零件，对行车的安全性和可靠性具有重大影响。
高强度螺栓具有安装简单、联接可靠性好、受力性能高、耐疲劳、可拆换等优点，运用范围日益广泛[1-2]。
为满足高速列车关键设备的吊挂安全，为设备安装方式的改进提供依据，需对联接零部件进行细致的强度分析。
目前，国内外对螺栓强度的分析主要是理论计算和有限元研究两方面，理论计算一般基于《机械设计手册》进行评估，也有部分基于VDI 2230《高强度螺栓连接的系统计算-单个圆柱螺栓连接》[3]进行校核。
VDI 2230已经用于实践20多年，受到广泛参考及认可，在德国及欧洲大部分地区作为螺栓联接计算的标准。
本文以某高速列车车下吊挂风机的联接螺栓为研究对象，充分考虑运行中最不利条件下的情况，计算螺栓所受轴向力和预紧力，结合《VDI标准》对螺栓的拉伸强度进行评估，从而为设备螺栓联接强度分析及设计提供理论依据。
2.吊挂螺栓受力计算高速列车牵引电机冷却风机通过螺栓安装在风机安装梁上，安装梁通过4个M20的螺栓与车体连接（风机安装图见图1）。
当冷却风机受到垂向、纵向、横向的冲击时，针对每个连接螺栓的受力情况的变化，对螺栓的强度进行校核。
螺栓的受力计算是在受冲击状态下进行的。