【VDI2230公开课直播】科技报国：请和我一起学-德国机械类技术精华VDI2230
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首发 | 仿真秀公 众号（ID:fangzhenxiu2018）
导读：在机械行业，螺栓是与轴承、齿轮齐名的三大最主要机械元素。应用广泛程度来看，齿轮和轴承只用于传动机械，而螺栓无论是机械传动还是机械结构都离不开的。几乎所有的机械、设备、产品都离不开螺栓，因此对螺栓的深入研究非常必要。
一、我们为什么要学VDI2230？
但现实的情况是，中国国内的绝大多数机械工程师和研发人员对VDI2230的研究尚处于起步阶段。在我们重金引进西方技术的时候，我们获得的其实只是图纸、设计规范、计算报告。而这些只是产品的信息，而非科学和技术的核心。如此简单的信息对于我们后期的失效分析、故障诊断、自主研发都没有意义，我们在巨大的付出之后依然是知其然不知其所以然，没有自主研发能力。我们举例说明：
1、轨道交通行业
由于我国高铁是从引进德国技术开始发展的，因此对VDI2230接触较早。但是对于VDI2230的深入研究很多企业和研究机构却始停留在浅尝辄止的阶段。下图为国内某权威的研究机构为一轨道交通设备生产企业客户进行螺栓计算的计算报告截取：
此报告洋洋洒洒几十页，但是最核心的内容却是缺失的。比如上面截取的这个计算部分，其实按照VDI2230标准计算步是属于第R3至第R6步的内容，即计算所需要的最大预紧力。在计算最大预紧力的之前，按照VDI2230的要求，需要计算出各个因素的影响，比如表面粗造度引起的嵌入量、温度引起的预应力等，在此报告中，这些均未出现。这就造成计算结果可信度不高。
更重要的是，在将外载荷在螺栓和被加紧件之间进行分配的过程中，载荷分配系数
的求取至关重要，属于这一阶段的核心内容，我个人对
的求取进行了总结，分为两大类、三小类，必须严格按照具体螺栓联结结构根据VDI2230中的不同公式进行计算。但是在此报告中并没有给出求取过程，而且直接给出数值0.2157。这就造成了主机厂无法对此计算报告的准确性进行检查、核实。那么主机厂提供给业主的产品的安全性也就没有办法保证。
2、风力发电行业
再以风力发电行业为例，我们引进欧美的主轴承、偏航轴承、塔筒安装紧固手册中，只给出所对应的螺栓的预紧力和预紧力矩，以及所涂抹的润滑剂的种类，最多给出摩擦系数，如下图所示：
至于预紧力矩与摩擦系数的关系公式，工程师如果不学习VDI2230是无论如何也不可能掌握的，因为我们中国高校机械设计专业既不开设VDI2230这门课程，在入门性课程《机械设计原理》中也不涉及这个知识点。因此，想对产品升级换代或是自主研发更是无从谈起。
3、 工业齿轮箱行业
下图为典型的齿轮传动形式，其中螺栓1和螺栓2可以采用VDI2230标准计算方法进行计算。但是对于螺栓3，也可以通过VDI2230进行计算，但是需要进行处理，不能直接采用标准计算步R0~R13。原因是螺栓3的被夹紧件是轴端压盖4和转轴，而为了将轴承内圈压紧，轴端压盖和转轴之间是预留了0.6~1.1mm的间隙。
熟悉掌握了VDI2230的朋友一定知道在VDI2230里面已经间接地证明了这种带间隙的结构不能直接用R0~R13步的常规方法进行计算，同时也间接地给出了计算方法，这就需要我们对VDI2230进行深入研究，不能局限于R0~R13的标准计算步。
这种结构在各行各业都是非常典型的设计，在我本人了解的德国的企业中，多数情况下也是按照经验，所以说这属于学习VDI2230的更深入的要求。如果这种结构的螺栓计算问题不从根本上解决，那么在螺栓的精确设计计算上遇到瓶颈，受制于人，则从根本上限制了我们中国企业自主研发的可能性。
二、工程师自学VDI2230中遇到的困难以及对策
1、VDI2230内容信息量大
VDI2230作为全世界最大的工程师组织—德国工程师协会推出的一整套专门针对螺栓设计计算的标准，秉承了德国人严谨的风格，涵盖面广，具有通用性，因此信息量大。但是标准自称体系、具有通用性、理论与实践结合的非常好，完全可以称为一门学科。
既然是学科，就是在各行业有丰富经验的工程师、专家的知识的有机结合，因此我们在学习的时候就要循序渐进，有方法、有技巧进行学习，不能期望无师自通。跟着老师学习，不仅仅是事半功倍，甚至是学习好VDI2230的唯一选择。
2、螺栓联接设计计算学习资料的选择
相对于其它理工科学科，螺栓联接的设计计算学习资料在国内并不太多，但是在德国关于这方面的资料非常丰富，可谓汗牛充栋。但是这也给我们读者带来了困惑，俗话说“吾生也有涯，而知也无涯”，我们都希望最高效地学习螺栓知识，那么如何在这么多的英语和德国文献中进行取舍呢？
这个方法，本人有过一些心得体会。在2014年底到2015年初的时候，开始接触VDI2230，当时首先是看网上翻译的中文版。但是VDI2230是没有发布中文版的，官方的版本是德英双语对照版本。
当然感谢VDI2230爱好者们的热情义务翻译了中文版，但是这个中文版并没有让我学习效率提升，反而恰恰相反。比如很多我们力学专业或是机械专业的术语都没有被正确地翻译，柔度被翻译成弹性回弹量，同心夹紧被翻译成同心装夹，单侧脱开被翻译成单侧开裂，最小预紧力被翻译成最小装夹载荷……
因此，我果断地抛弃了中文翻译版，直接看原汁原味的德英双语版的VDI2230。并对VDI2230中的每句话按照自己的理解进行了翻译。
笔者的德英双语版的VDI2230教材
VDI2230文本分为上下两册，上册讲的是单个螺栓以及被加紧件的受力、变形的规律，下册讲的是多个螺栓排布情况下如何将载荷在各个螺栓上进行分配。总的来说，重难点都在上册，上册是重中之重。
笔者的德英双语版的VDI2230教材
另外VDI2230-1也分为2003版和2015版，两者差别不大。主要更新的是：在计算公式中单独增加了被夹紧件中螺纹部分柔度的修正量；在求螺栓的最小旋合长度时，对螺栓的材料和热处理进一步细化和明确；对各种系数根据实际工况进一步细化；布局谋篇上略作调整；符号更趋于采用英文缩写等等。
但总体来说与2003版本没有大的区别，因此，无论采用2003版本还是2015版本都是可以的。但要说明的是，由于历史原因，多数关于螺栓的德语文献还是采用与2003版本一致的符号。
3、分阶段学习
本人学习VDI2230，自2014年底至2019年，总共5年时间。其中前2年时间专注于此标准内容本身的研究。有四年时间用此导则进行实际项目的应用，包括轨道交通齿轮箱拉杆螺栓，高铁齿轮箱轴承端盖螺栓，风力发电机塔筒螺栓，风力发电机地锚螺栓，轨道交通轴向轴承前后盖螺栓，轨道交通轴向轴承轴端压盖螺栓，轨道交通转向架上各部件螺栓等。这些都是2005年至2007年在德国工作的时候完成的实际项目或后期回国后参与的项目，还有就是为学员做的项目。
自2019年中开始进行VDI2230在中国的推广、教学、承接设计计算项目。因此，积累了不同阶段的学习、研究、应用、教学经验。我将我本人的这些经验推荐给VDI2230爱好者，希望大家学有所成，学有所长。
对于接触VDI2230时间不长的朋友，我建议由浅入深，以学习掌握VDI2230的核心思想、主体结构、知识体系的脉络为主，暂不要追求一步到位，以免感觉难度过深从而失去继续学习的兴趣和信心。为此，我们特意为大家准备了线上课《德国工程师协会螺栓VDI2230详解16讲》，方便大家学习。目前此课程累计播放量已经超过18900 ，在此我衷心感谢朋友们的认可（识别下方二维码可以观看）。
完成此线上课，便对VDI2230有看一定程度的掌握，可以独立解决常规的螺栓设计计算问题。
对于已经具备一定VDI2230基础的朋友，如果希望对导则进行深入研究，对产品中出现的螺栓失效进行深入的故障分析，希望建立企业关于螺栓的设计导则，或是开发出针对企业自身产品的螺栓的设计计算程序，则需要更深入的学习。我们针对此类需求，提供线下课培训和赴企业内训服务。
自2019年9月，我们为企业和高校举办了数场VDI2230培训，得到了良好的反馈。同学们根据自身的基础和企业的需求决采取线上课或是线下培训。无论哪种形式，都能达到事半功倍的效果。欢迎联系仿真秀小秘书【微 信：fangzhenxiu888】报名笔者在仿真秀独家发起的线下培训，一定让你不虚此行。
4、理论联系实际
VDI2230源于工程实际问题，要想彻底掌握并灵活应用它，当然要联系具体工程实际。同学们在学习VDI2230的过程中也要尽量讲理论知识与实际结合，比如偏心夹紧的情况一般出现在哪些结构中，极限尺寸具体要校核哪些等等。
通过前几期的培训（包括北京理工大学的VDI2230内训），我们积累了学员们关注的重难点，我们也采纳了一些学员的宝贵建议，准备了大量的具体工程应用场景、应用、结构。工程师朋友们对具体的工程结构已然了然于胸，再通过各种不同的工程实际案例，为同学们讲解VDI2230，可达到有据可依、有的放矢的效果。
笔者的应用VDI2230进行公式推导
三、VDI2230的应用场景和价值
为了科技报国，同时为了实现本人自身的人生价值，自回国后，一直努力推广德国工程师协会的螺栓设计计算导则VDI2230。这门科目理论性强，应该范围广，无论从深度、广度，还是从系统性和流程化方面都是机械类技术中的精华。但近270多页的内容还是不能把所有关键的理论分析过程和公式推导过程都纳入，要应用到具体项目，需要有丰富的工程经验。此学科可以解决：
系统地，全面地对螺栓及被加紧件的受力和变形分析：五大安全系数，预紧力，预紧力矩。
根据VDI2230可以反过来知道被加紧件的设计。
根据VDI2230可以对影响螺栓安全系数的因素分类，进行FEMA 失效分析，故障分析。
计算速度和成本优势明显，精度有保证，不受设计计算人员的影响。
便于企业制定通用的设计导则，使设计规范化，流程化。
四、德国螺栓VDI2230工程实例直播
由于篇幅原因，这里不过多赘述我的案例解析，感兴趣的朋友可以查看后文相关阅读，都是我首发仿真秀平台的原创文章。
受仿真秀平台邀请，2020年5月20日（周三）19时30分，我将在仿真秀平台直播《德国螺栓VDI 2230 工程实例直播》。以下是讲课内容：
本课程由笔者精心准备工程实例教程，首次直播培训，属于付费直播，门票99元/位，谢谢大家理解。我的精品课《德国螺栓VDI 2230 工程实例直播》所有订阅用户可以免费观看，收看方法请联系仿真小助手或仿真小能手。
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作者:螺栓设计老张，仿真秀专栏作者，高级工程师，著名齿轮箱研发设计专家。13年的机械设计经验，车辆工程专业，硕士学历，仿真秀科普作者。硕曾在德国一家3万人的机械行业知名工作4年，其中在德国巴登符腾堡州此公司总部工作2年。擅长螺栓计算VDI 2230,过盈压配DIN 7190, NX(UG) Teamcenter软件,轨道交通齿轮箱设计。曾成功设计过多款高铁、地铁齿轮箱，曾为企业制定设计导则，曾为企业解决螺栓失效问题。
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