螺栓防松设计

2023/11/30 10:21:22

常用的防松方法有三种:摩擦防松、机械防松和永久防松。机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松,而永久防松称为不可拆卸防松。常用的永久防松有:点焊、铆接、粘合等,这种方法在拆卸时大多要破坏螺纹紧固件,无法重复使用。常见摩擦防松有:利用垫片、自锁螺母及双螺母等。常见的机械防松方法:利用开口销、止动垫片及串钢丝绳等。 

1. 双螺母

对顶防松螺母原理:双螺母防松时产生两个摩擦力面,第一摩擦力面是螺母与被紧固件之间,第二摩擦力面是螺母与螺母之间。安装时,第一摩擦力面的预紧力为第二摩擦力面的80%。在冲击和振动载荷作用时,第一摩擦力面的摩擦力会减小和消失,但同时,第一螺母会被压缩导致第二摩擦力面的摩擦力进一步加大。螺母松退必须克服第一摩擦力和第二摩擦力,由于第一摩擦力减小的同时第二摩擦力会增大。这样防松效果就会比较好。

唐氏螺纹防松原理:唐氏螺纹紧固件也是采用双螺母防松,但是,两个螺母的旋转方向相反。在冲击和振动载荷作用时,第一摩摩擦力面的摩擦力会减小和消失。

第一螺母(图中右旋)会产生松退趋势,即螺母向左旋转。但是第二螺母(图中左旋)的旋向与第一螺母的旋向相反,因此第一螺母的松退力直接转换成第二螺母的拧紧力。这样,螺母万万不会松退。

2. 30°楔形螺纹防松技术

在30°楔形阴螺纹的牙底处有一个30度的楔形斜面,当螺栓螺母相互拧紧时,螺栓的牙尖就紧紧地顶在阴螺纹的楔形斜面上,从而产生了很大的锁紧力。

由于牙形的角度改变,使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60度角,而不是像普通螺纹那样的30度角。显然30°楔形螺纹法向压力远远大于扣紧压力,因此,所产生的防松摩擦力也就必然大大增加了。

施必牢螺纹结构示意图

从下面的图可以看到二个箭头所表示的力均为Pɑ,传统的60度角螺纹的法向压力P=1.15Pɑ;而30°楔形螺纹由于牙底有一个30度角的楔形斜面,其法向压力的角度、大小均有改变,法向压力P=2Pɑ。

这样,30°楔形螺纹与传统60度螺纹,二者的法向压力之比≈12∶7,防松摩擦力相应地增加了。30°楔形螺纹的楔形面还可以消除普通螺纹受力不均匀、脱扣咬死等问题。

3. 自锁螺母

自锁螺母一般是靠摩擦力自锁,咱们上面提到的30°楔形螺纹防松应该属于自锁螺母的范畴。

它分为:用于筑路机械、矿山机械、振动机械设备的高强度自锁螺母,用于宇航、航空、坦克、矿山机械等的尼龙自锁螺母,用于工作压力不大于2atm工作介质为汽油、煤油、水或空气使用温度为-50~100℃的产品上的游动自锁螺母,和弹簧夹自锁螺母。

内嵌尼龙自锁螺母
在螺母与螺丝之间揳入楔子以发挥防止松动的作用
日本哈德洛克偏心式自锁螺母

4. 螺纹锁固胶

螺纹锁固胶是由(甲基)丙烯酸酯、引发剂、助促进剂、稳定剂(阻聚剂)、染料和填料等按一定比例配合在一起所组成的胶黏剂。

对于通孔工况:将螺栓穿过螺孔,将螺纹锁固胶涂至啮合部螺纹上,装配螺母并上紧至规定力矩。

对于螺孔深大于螺栓长的工况:需将锁固胶涂到螺栓的螺纹上,装配并上紧至规定力矩。

对于盲孔工况:将锁固胶滴至盲孔底部,再将锁固胶涂到螺栓的螺纹上,装配并上紧至规定力矩;如盲孔开口向下,则只需将锁固胶涂在螺栓的螺纹上即可,盲孔内不需涂胶。

对于双头螺栓工况:应将锁固胶滴至螺孔中,再在螺栓上涂锁固胶,将螺柱装配并上紧至规定力矩;装配其它零件后将锁固胶涂在螺柱与螺母啮合部位,装配螺母并上紧至规定力矩;如盲孔开口向下,则孔内不需滴胶。

对于预装配型螺纹紧固件(如可调螺钉):装配并上紧至规定力矩后,将锁固胶滴入螺纹啮合处,使胶液自行渗入即可。

5. 楔入式锁紧防松双叠垫圈

楔入式锁紧垫圈外表面的放射状锯齿和其所接触的工件表面咬合。当防松系统遭遇动力负载时,位移只能发生在垫圈的内表面。

在楔入式锁紧垫圈延厚度方向的可扩展距离大于螺栓延螺纹可产生的纵向位移。

和现有的其他防松方式截然不同

楔入式防松通过夹紧力而非摩擦力来紧固螺栓

已经有120年历史的HEICO-LOCK楔入式防松系统产品包括楔入式锁紧垫圈、RING-LOCK楔入式垫圈和楔入式锁紧螺母,主要材质为碳钢涂达克罗和316不锈钢,254SMO、C276和718等不锈钢材质也有大量应用。

6. 开口销、开槽螺母

螺母拧紧后,把开口销插入螺母槽与螺栓尾部孔内,并将开口销尾部扳开,防止螺母与螺栓的相对转动。

开口销的安装形式如下图:

开槽螺母与螺杆带孔螺栓和开口销配合使用,以防止螺栓与螺母相对转动。

7. 串联钢丝防松

串联钢丝防松是将钢丝穿入螺栓头部的孔内,将各螺栓串联起来,起到相互牵制的作用。这种放松方式非常可靠,但拆卸比较麻烦。

这种防松方法在飞机、火箭经常使用。

单股钢丝一般常用于分布间隔很近的小螺钉群或很不容易达到的地方,如图所示。

8. 止动垫片

螺母拧紧后,将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和连接件的侧面折弯贴紧,即可将螺母锁住。若两个螺栓需要双联锁紧时,可采用双联制动垫圈,是两个螺母相互制动。

9. 弹簧垫圈

弹簧垫圈的防松原理是在把弹簧垫圈的压平后,弹簧垫圈会产生一个持续的弹力,使螺母与螺栓的螺纹连接副持续保持一个摩擦力,产生阻力矩,防止螺母松动。

同时弹簧垫圈的开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件表面,从而防止螺栓相对于被连接件回转。

10. 热融紧固技术

热融紧固技术,不需要预开孔,在封闭型材下可以直接攻丝实现连接,在汽车行业上使用的很多。

这种热融紧固技术是一种通过设备中心拧紧轴将电机的高速旋转传导至待连接板料摩擦生热产生塑性形变后,自攻丝并螺接的冷成型工艺。

热融紧固连接工艺步骤与过程包括六个阶段:旋转(加热)→穿透→通孔→攻螺纹→拧螺纹→紧固。

智能变色螺栓,确切的说这是一种名叫Smartbolt的感应螺栓,感应螺栓的螺栓头有一个感应盘,你拧的越紧它的颜色越深。

当力度达到百分之九十时由黄色变为绿色,达到百分之百之后就是黑色的了。这种螺栓咱们前段时间刚介绍过,没有看到文章的小伙伴直接暴击上面这张图就可以。

一旦螺栓上的颜色变化了,你就知道这种螺栓松动了。

12. 预紧

高强度螺栓连接一般是不需要额外施加防松措施的,因为高强度螺栓一般都要求施加一个比较大的预紧力,这么大的预紧力使螺母与被连接件之间产生强大的压力,这种压力会产生阻止螺母转动的摩擦扭矩,因此螺母不会松脱。

除了上面咱们总结的一些比较流行的防松,那就是咱们在文章开头提到的永久防松了。


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