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鎖緊螺母的防松研究

發布時間:2023-07-26   關注次數:

螺母松動并從螺栓上脫落并不是一個新現象。從19世紀開始出現,就有人改進螺栓和螺母的設計,以防止它們松動。

目前,大多數人已經知道連接點的橫向運動可以完全松開非鎖緊螺母。一旦螺紋表面和夾緊零件的其他接觸表面之間發生相對運動,螺栓在連接圓周方向上將幾乎完全沒有摩擦。

由于作用在螺紋上的螺栓預緊力是傾斜的,在圓周方向上產生扭矩,導致螺母自動松動。防止螺母松動的方法是使接頭產生足夠的預緊力,從而不會發生接頭運動。

但這只是理論情況,現實中實現這一點并不總是可行的,因為在許多應用中,很難確定作用在連接點上的真實力。

因此,在這種情況下,為了防止發生滑動,通常采用某種鎖緊裝置來防止螺母松動。

鎖緊螺母是提供抗自松性的z常見方法之一。這種螺母的專利出現在19世紀60年代。這種類型的螺母的一個優點是可以在裝配時通過測量相關扭矩來檢查鎖緊特征。

六角壓對邊鎖緊螺母

關鍵技術要求是在擰緊方向上的擰入扭矩不得超過規定的z大值,和松開和松脫力矩要達到規定的z小值。

許多防松螺母有專有的設計,但總的來說,它們可以分為兩類,金屬鎖緊螺母和非金屬鎖緊螺母。

大多數種類的非金屬鎖緊螺母在螺母的頂端上有一個聚合物環,當擰緊到螺栓上時,它會產生防松的扭矩。全金屬螺母通常使頂部螺紋橢圓形或使用彈簧鋼插件來實現防松的扭矩。

三十年前發表的研究表明:

松動的阻力取決于當前扭矩的大小。擰入扭矩越高,抗自松性越高。擰緊扭矩過高的缺點是扭轉應力會傳遞到螺紋中,從而導致過早屈服,限制了可以實現更高的預緊力。

在橫向振動測試 (DIN 65151) 下,防松螺母松脫后,仍保留了預緊力的殘余量。也就是說,這些螺母在測試時會部分松動,但是當達到一定水平的預緊力時,松動會停止,這樣螺母就不會從螺栓上脫落。

展示橫向振動測試下,防松螺母典型的預緊力衰減圖。這些曲線是M8尼龍嵌入螺母經受振幅 +/-0.65毫米的橫向振動的曲線。在松動的初始階段之后,螺母旋轉停止,在緊固件中留下殘余預緊力。

在橫向振動下,此類扭矩型防松螺母并不是真正的“鎖緊螺母”,因為它們不能完全阻止旋轉。

對已發生扭矩型防松螺母松脫的事故的研究表明:接頭將受到軸向和橫向載荷的影響。

先前發表的研究表明,僅作用在接頭上的軸向載荷不會導致任何顯著的松動。

國外學者對此進行了研究,在存在接頭橫向運動的情況下,軸向載荷如何影響鎖緊螺母的松動特性。

為了研究這類螺母分離的原因,對Junker機器進行了改造,以允許將軸向和橫向載荷分別引入接頭中。改進機器的細節如圖3所示。

微型液壓千斤頂用于允許在橫向運動發生時對接頭施加軸向載荷。該布置允許單獨的軸向載荷、橫向位移或兩者的組合施加在接頭上。

使用改進的Junkers機器進行的實驗表明,軸向載荷和橫向載荷的組合對流行扭矩螺母的松動有深遠的影響。

測試結果表明:

如果軸向載荷超過了標準Junker測試中螺母保留的預緊力,則螺母會繼續旋轉直到其與螺栓分離。

在這種情況下,軸向載荷會導致接頭分離,即連接件之間會出現間隙。軸向載荷將產生在橫向運動下產生的松動扭矩,該扭矩繼續旋轉螺母,直到螺母從螺栓上分離。

這在圖4中說明此情況。螺母先擰緊,然后施加軸向載荷。在此階段,由于接頭和螺栓形成了平衡彈簧系統,因此螺栓僅承受一小部分載荷。

螺栓充當拉伸彈簧,接頭充當壓縮彈簧,拉伸和壓縮載荷相互平衡。螺栓僅被拉伸了一小部分,因此只承受一小部分軸向載荷。

在此階段,通過減少接頭承受的壓縮量來維持大部分軸向載荷。當機器啟動并且接頭經歷橫向運動時,可以觀察到螺母的快速松動。

預緊力降低,直到接頭分離,從而軸向載荷完全由螺栓支撐。只要保持軸向載荷,螺母就會繼續旋轉,直到機器停止或螺母分離。

如果施加間歇軸向載荷,當載荷高于閾值閾值等于螺栓保留的剩余預緊力時,螺母旋轉將發生。

如果這種負載被反復施加到接頭上,螺母就會完全松動,進而從螺栓上脫離。如圖5所示。如果沒有施加軸向載荷,虛線表示松動曲線。

該研究也適用于普通非鎖緊螺母。在軸向載荷的存在下,普通螺母可以很容易地從螺栓上分離。在橫向關節運動存在的情況下,即使非常小的軸向載荷也會導致脫離。

橫向運動時產生的松動扭矩取決于螺栓預緊力的大小。預緊力越高,松動扭矩越高。對于鎖緊螺母,在橫向振動下會發生松動,直到松動扭矩被相等大小的鎖緊扭矩抵抗。

一旦發生足夠的自松,使得軸向載荷大于剩余預緊力,軸向載荷產生了松動的扭矩,并且正是這種載荷使螺母旋轉,從而使其與螺栓分離。

基于完成的實驗和進行的測量,當接頭橫向運動發生時,施加的軸向載荷會引起鎖緊螺母的自松動趨勢。

這種類型的螺母是否會在接頭橫向運動時完全松動,取決于所施加的軸向載荷的大小。


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