防松装置

2024-09-15

防松装置（共6篇）

防松装置篇1

一般的机械上都有大量的螺钉、螺母、螺栓作为紧固联接件, 防松是机械一个不可忽视的问题。螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接, 由于螺纹的升角一般为1.5°～3.5° (小于当量摩擦角) , 联接具有自锁性, 再加上螺纹联接支承面上的摩擦力矩的存在, 从理论上来说, 没有防松螺母这种并螺纹联接, 旋紧后也不会自动松开, 但实际情况并非如此, 只有在静载荷下, 螺纹联接件才很少自动松脱。在动载荷作用下, 特别是在冲击载荷与振动情况下, 几乎所有的螺纹联接件都会失去自锁作用而松动。不仅螺母容易自动松脱, 双头螺栓也会松脱, 这样很容易引起机器中的个别零件、组件、总成甚至整台机器的损坏。

在农业机械中, 零件所受的力往往比较复杂, 不仅有冲击、挤压、剪切等, 而且还有振动。因此, 在保养维修农业机械时决不可忽视防松小零件的安装。例如, 一台小四轮拖拉机, 由于驱动轮上的大螺栓没装上防松装置, 在运输途中一个驱动轮飞出去, 造成了翻车事故;又如, 一台柴油机, 修理时连杆螺栓上的开口销忘装了, 造成了连杆捣碎机体的大事故。可见, 螺纹联接件的防松装置虽小, 但防松的作用是很大的。农业机械常用的防松件, 可分为如下三大类。

一、摩擦力类

1.弹簧垫圈

弹簧垫圈通常用65Mn弹簧钢、70#碳钢或3Cr13, 也可用不锈钢的材料制成。弹簧垫圈成本低廉、安装方便, 适用于装拆频繁的部位。

弹簧垫圈侧面开有一个斜口, 把螺母拧紧后垫圈受压产生很大的弹性变形力, 在螺母和螺栓的螺纹间产生很大的作用力, 这个力不论有无外力作用都是存在的, 由于这个力是防松装置在紧固件下产生的摩擦力, 就能够有效地防止螺纹的自动松脱。此外, 当螺母自动松脱时, 垫圈斜口尖端刮着它的支承面, 也起到了防松作用。

2.双螺母

双螺母防松装置是由2只螺母组成, 工作时主副螺母的螺纹分别与螺栓的螺纹牙相接触。由于螺母的预紧力使螺栓受到轴向方向的拉力, 因此, 副螺母的螺纹承受从主螺母传来的全部轴向载荷。这样, 由于主螺母受副螺母的作用, 防止了主螺母的自动松脱。如果两个螺母厚度不一样, 要先装厚螺母, 再装薄螺母, 这主要是考虑到拧紧问题。为了防止装反, 建议设计时采用两个标准厚度的螺母。这样可以采用一种工具拧紧, 同时互换性也好。但是, 双螺母防松装置不仅要求加长螺栓尺寸, 且每个螺栓增加一个螺母, 由此增加了机器的重量, 不宜普遍采用。

二、机械方法防松

1.开口销

开口销一般用65Mn制成。将开口销插入螺母外面的螺钉尾部的小孔中, 再把销子的尾部分开, 就可把螺母锁住。为了便于使用, 销子的尾部通常作成长短不等的构造。

2.止动垫圈

这种垫圈是由Q235A普通碳素结构钢制成, 它用于圆螺母。使用时, 将螺纹的末梢铣出一条轴向槽, 止动垫圈的内翅伸入这个槽中, 拧紧螺母后, 垫圈的一个外翅弯入圆螺母的槽中, 这样就把螺母直接锁住了。

3.串联铁丝

这种方法是用铁丝连续穿过几个螺钉头部的小孔, 把几个螺母同时锁住, 它适用于布置较多的成组螺纹联接处。

4.单耳止动垫圈和双联止动垫圈

这两种垫圈一般也是Q235A普通碳素结构钢制成, 使用时是把螺母拧紧后, 用小锤把垫片的一边向上敲弯和螺母的一个面贴紧;另一边向下敲弯与联接件的一个面贴紧, 这样就将螺母锁住。它对于高速运转机器上的短螺栓比较适用.。

5.外舌止动垫圈

它一般采用Q235A普通碳素结构钢制成。这种垫圈在圆上开一个小舌头, 在被锁紧的工件上钻一个与舌相匹配的小孔。工作时将垫圈的小舌插入小孔, 在拧紧螺母后将垫圈相对小舌一面的圆边向上翻, 贴紧螺母的一个面锁紧。这种方法的优点是锁紧比较可靠, 所占轴向位置也比较小, 但要在被锁紧的工件钻一小孔, 增加了一道工序。

6.带键螺母 (非标螺母)

这种螺母是在内圆上开一键槽, 同时在键槽所在位置大螺母上钻一小螺钉孔, 用一小螺钉紧固件将螺母锁紧。这种螺母加工时, 需车外圆和两端面。先粗车内孔, 留余量, 插键槽, 配键, 再车内孔和螺纹, 并且还要加工小螺钉孔, 同时配上固定螺钉。工序较多, 加工难度较大, 一般只用在较精密的装备和专用机床上。

三、永久性防松装置

永久性防松就是将螺母与螺栓不能松动的固定在一起, 如焊死, 或将螺栓的螺纹打豁, 使螺母无法松动, 达到防松的目的。但是, 这种固定方法使零件受到损坏, 无法拆卸, 一般不采用, 仅能用在一次性使用不拆卸的联接部位上。

防松装置篇2

1、圆螺母;2、止动垫片;3、齿圈支撑;4、圆锥轴承A;5、轮毂;6、圆锥轴承B;7、端轴

在本设计中 (如图2所示) , 圆锥滚子轴A (4) 和圆锥滚子B (6) 外圈与轮毂 (5) 的内孔配合, 圆锥轴承A (4) 和圆锥轴承B (6) 内圈与端轴 (7) 配合, 在工作中由于圆锥轴承内圈端轴 (7) 固定不转, 外圈随轮毂 (5) 转动, 故外圈与轮毂 (5) 内孔取具有过盈的过渡配合, 孔的公差采用M7、P7;内圈与轴取配合较松的过渡配合, 端轴 (7) 公差采用j7、js7, 从而改善轴承受力情况和提高轴承的使用寿命;齿圈支撑 (3) 通过花键与端轴 (7) 进行小间隙的配合 (一般间隙控制在0.06-0.10mm之间) , 锁紧螺母 (1) 与端轴 (7) 通过螺纹联接使齿圈支撑 (3) 受到一个轴向推力从而使圆锥轴承A (4) 和圆锥轴承B (6) 达到预紧的效果, 止动螺钉 (2) 穿过锁紧螺母 (1) 的切槽拧入齿圈支撑 (3) 的螺纹孔内通过止动螺钉 (2) 的螺钉头与锁紧螺母 (1) 的切槽进行防松。同时为了提高轮边的使用寿命应严控装配质量, 首先用专用工装将轴承外圈压入轮毂 (5) 的轴承孔内, 然后采用热装法将轴承内圈加热至80℃-100℃直接装到端轴 (5) 上, 待轴承温度降至30℃左右时将齿圈支撑 (3) 推装到端轴上并紧贴圆锥轴承A (4) 的内圈端面, 然后用400-450N.md的拧紧力矩旋紧锁紧螺母 (1) 。旋紧时同时转动轮毂 (5) 使轴承处于正确的位置, 然后稍微松动锁紧螺母 (1) 直至在轮辋螺栓上加80-100N的切向里时轮鼓 (5) 刚刚能自由转动, 然后微调锁紧螺母 (1) 使其切槽与齿圈支撑 (3) 最近的螺纹孔重合, 最后将止动螺钉 (2) 涂螺纹紧固胶旋入与锁紧螺母 (1) 切槽重合的螺纹孔内。在这一装配过程应严控以下两个装配点: (一) 旋紧锁紧螺母时同时转动轮毂 (5) 使轴承处于正确的位置, 只有这样才能保证轴承装配到位轴承受力平衡; (二) 在轮辋螺栓上加80-100N的切向里时轮鼓刚刚能自由转动, 此装配工艺是为了控制一对圆锥轴承之间的游隙, 游隙太小轴承在工作过程中容易发热使轴承失效, 游隙太大轴承在工作过程中受力不均, 影响其使用寿命。

1、锁紧螺母2、止动螺钉3、齿圈支撑4、圆锥轴承A 5、轮毂6、圆锥轴承B 7、端轴

螺栓摩擦及防松研究篇3

螺纹连接因其成本较低、连接可靠等优点, 成为机械零部件之间应用最广泛的连接之一。但在变载、冲击、振动等动载荷冲击下或工作温度有较大变化时, 可能会引起螺纹联接的松动, 从而造成螺纹联接预紧力的衰减, 使螺纹联接的质量降低, 甚至造成联接失效, 出现设备故障, 甚至引发安全事故。本文从螺栓联接的可靠性分析, 以采取相应的防松措施, 提高螺纹副连接的稳定性。

1、螺栓受力分析

螺栓在拧紧过程中, 自身受轴向拉力作用, 材料形变分为两个区域:弹性区及塑性区, 见图1。

对于国内整机厂对螺栓本身的利用来说, 绝大多数在螺栓拧紧方面均采用控制螺栓在弹性区域的紧固轴力, 通过其力矩进行控制。

1.1 在螺栓弹性区域内紧固

在螺纹的弹性区域内, 螺纹紧固扭矩:

扭矩系数:

螺纹扭矩:

支承面扭矩:

式中:

Tf—紧固扭矩, N.m;Ts—螺纹扭矩, N.m;Tw—支承面扭矩, N.m;

Ff—预紧力, N;Dw—支承面摩擦力矩的等效直径;K—扭矩系数;

d—螺纹公称直径, m;μs—螺纹摩擦系数;μw—支承面摩擦系数。

而在螺栓拧紧过程中, 最终需要得到的是螺栓所施加的预紧力Ff, 在生产现场没有相关设备或检测手段能测量预紧力的大小, 只能通过检测紧固扭矩Tf来控制预紧力Ff。

1.1.1 紧固扭矩Tf

螺纹紧固件拧紧时, 紧固扭矩转化为3个方面的力, 即紧固力、螺纹结合摩擦力及螺栓头端面摩擦力, 见图2。

在拧紧过程中, 摩擦力对夹紧力的影响特别重要, 如对螺纹涂抹润滑油, 降低螺纹的摩擦系数, 导致摩擦力减小, 见图3:

在拧紧力矩相同的情况下, 涂抹润滑油的螺纹副所产生的夹紧力大于未涂抹润滑油的螺纹副所产生的夹紧力。

而此时螺栓所规定的普通要求力矩只能参考, 螺纹副所形成的夹紧力有可能大于螺栓本身的屈服极限, 造成螺栓断裂。

1.1.2 扭矩系数K

通过式 (1) 中分析, 在紧固力矩Tf值一定的情况下, 预紧力Ff受扭矩系数K的影响。而扭矩系数K根据式 (2) 则是受制于螺纹摩擦系数μs、支承面摩擦系数μw及支承面摩擦力矩的等效直径Dw。

螺纹摩擦系数μs、支承面摩擦系数μw则由啮合部位的状态 (表面粗糙度、表面处理、制造精度、润滑等) 影响, 见表1、2。

1.1.3 支承面摩擦力矩的等效直径Dw的影响

当螺纹摩擦系数μs、支承面摩擦系数μw为定值时, 由式 (2) 可得, 扭矩系数K由支承面摩擦力矩的等效直径Dw确定。

接触的支撑面是圆环状时:

式中:dw—接触的支承面外径, m;dh—接触的支承面内径, m;

如在螺纹副拧紧过程中, 为增大支承面扭矩, 就应增大支承面摩擦力矩的等效直径Dw, 通过委托上海兹韦克实验室对公称直径相同的六角法兰面带齿螺栓和六角头螺栓进行“拧紧力矩与夹紧力实验”, 通过实验, 得到以下实验结果, 见图4:

通过上图可知, 在夹紧力相同的条件下, 六角法兰面带齿螺栓的拧紧力矩要大于六角头螺栓的力矩, 产生此种现象的原因就是六角法兰面带齿螺栓支承面摩擦力矩的等效直径更大, 多余的那部分力矩在拧紧过程中转化为螺栓头部的摩擦力矩, 在受横向载荷的情况下, 具有更好的防松功能。

2、螺纹松动原因

在静载荷和工作温度变化不大时, 紧固螺纹连接不会发生自动松脱的现象, 其连接是非常可靠的。如果螺纹联接工作在冲击、振动、变载荷或高温、温度变化较大下的环境中, 将会发生联接的摩擦力和预紧力逐渐减小甚至消失的现象, 反复多次后造成螺纹联接松动, 最后失效。

2.1 受轴向载荷影响

当螺纹副受到轴向载荷作用时, 如果预紧力大于所受到的轴向载荷时, 螺栓不会产生松动。

而当预紧力小于轴向载荷时, 大于螺栓屈服紧固轴力, 引起螺栓塑性拉伸变形, 螺纹接触面会产生相对滑动, 导致螺母松动, 连接失效。

为避免螺纹副松动, 在设计过程中, 应选择合适的预紧力, 即选择合适的螺栓。

2.2 受径向载荷影响

当的螺纹副受到垂直于轴线的横向载荷作用时, 在横向力 (交变应力) 的反复作用下, 使螺纹发生弹性的扭转变形或零件接触面之间有垂直于螺纹轴线方向的相对滑移。逐渐累积起的扭转位移, 迫使螺旋副沿螺旋方向下滑, 从而逐渐使预紧力减小, 甚至消失, 进而使螺纹联接出现松动。

在夹紧力一定的情况下, 为提高自锁能力, 需增大螺栓摩擦能力, 在一些限定条件下 (如螺栓公称直径、被连接件表面摩擦系数等已确定) , 只能增加螺纹副摩擦面积及其表面的摩擦系数, 如将六角头螺栓更换为六角法兰面带齿螺栓, 增大螺纹副支承面摩擦力。

2.3 被连接件变形

在螺纹联接中, 被连接件受螺纹副预紧力作用, 而预紧力超过被连接件材料的屈服强度, 在拧紧过程中产生塑性变形, 而这种塑性变形在螺纹联接工作中继续存在, 在某些条件下还会扩大。正是由于这种初始变形的存在导致了螺纹联接发生初始松动。

为避免此种现象出现, 需要从设计上通过计算被连接件的受力情况, 选择合适的被连接件的材料。

3、常用的螺纹副防松措施

通过对被连接件的受力分析, 确定其受到的载荷方式, 如轴向载荷、横向载荷影响等, 选择合适的防松方式。

3.1 增大螺纹副摩擦力矩

现有大多数产品结构, 承受横向载荷的螺纹副结构比较多, 增大螺纹副摩擦力矩这种防松方式应用最广, 例如汽车前簧支架固定螺栓, 在实际工作过程中, 它受到横向载荷作用。

通过上海兹韦克实验室对公称直径相同的六角法兰面带齿螺栓和六角头螺栓进行“拧紧力矩与夹紧力实验”结果证明, 增大螺纹副支承面半径及表面粗糙度可增大摩擦力矩, 当其横向载荷小于摩擦力时, 螺纹副不会产生松动。

3.2 提高螺栓的等级强度

当被连接件外形结构、成本等因素控制时, 螺栓副预紧力达不到设计要求, 可选择提高螺纹副的等级强度, 提高螺纹副的预紧力。避免所需要的预紧力大于螺栓的屈服极限, 引起螺栓塑性变形产生松动。

3.3 机械防松

该类防松方式是利用各种金属止动元件阻止螺母螺栓之间的相对运动。常用的机械防松方法有开口销与六角螺母、止动垫圈、串联钢丝等。此种防松方式适用于较大振动、冲击、高速的场合, 特别是机械内部不易检查的场合, 防松可靠, 但不易拆卸。此种方式不适用我公司。

3.4 破坏运动副关系防松

这是一种永久方式方法。是通过破坏了螺纹副来达到防松目的。常用的破坏运动副关系防松方法有铆合、冲点、钎焊等, 这种方式防松可靠, 但不可重复使用。此种方式不适合我公司。

摘要：简要分析了车辆装配螺栓拧紧过程, 从紧固扭矩、扭矩系数、支承面摩擦力矩的等效直径方面分析提高螺纹防松功能方法, 分析螺纹松动原因主要为受轴向载荷、径向载荷、被连接件变形的影响。指出了常用的几种螺纹防松措施在不同情况中的选择和应用。

机车车辆用防松螺母研制篇4

1机车车辆用防松螺母研制过程

1.1防松螺母的试制试装

第一阶段,分析NF E25 411带槽全金属六角自锁螺母、E-1-4六角自锁螺母(钢)、E-1-5六角自锁螺母(不锈钢)及ISO 2320有效力矩型钢制六角螺母-机械和力学性能标准和Q/CR 343.1— 2014机车车辆用防松螺母及垫圈第1部分:直槽防松螺母,初步试制、试装。防松螺母结构型式[1]见图1、图2。

分别在公司生产的90号、116~124号机车转向架上进行防松螺母的试装工作。在90号、116号、 117号、118号、119号、120号、121号、122号、 123号共9台机车的转向架上组装第一批次的防松螺母,在组装过程中发现总计有165个轴箱拉杆上安装的M20螺母发生了撸扣现象,不合格率达到了14.3%。在124号机车的493号、494号、495号转向架上组装第二批次的防松螺母,在组装过程中发现总计有43个轴箱拉杆上安装的M20螺母发生了撸扣现象,不合格率达到了44.8%。496号转向架组装上拉杆上安装的8个螺母是第二批次的防松螺母,其中5个防松螺母发生了失效现象。由于第二批次的防松螺母组装问题较多,因此496号转向架的另外24条M20螺母又组装了第一批次的防松螺母,其中有2个螺母发生了撸扣现象。

1.2整改及试验

1.2.1制定整改措施

1)第一批次的螺母硬度值偏低,组装过程中发现有螺母撸扣、变形现象,需要在制作后期改进螺母的热处理工艺,加大抽检频率。第二批次的螺母硬度值偏高(尽管符合相关标准),致使螺栓出现了撸扣现象。鉴于相关标准给定的螺栓及螺母的硬度范围较宽,切槽螺母在国内没有使用经验,螺栓、螺母的硬度匹配还在摸索中,因此应在试制、组装过程中总结、改进,给出螺栓、防松螺母匹配的硬度范围。

2)安装螺母时不能使用润滑油或润滑脂。使用扭力扳手时不得超过30 r/min,避免扣死。拧紧时,应保证最小拧入到螺母头端3个扣,最大拧入到螺母头端6个扣。

3)为解决螺纹热处理过程中的脱碳问题,采取先热处理再加工螺纹的方法。

1.2.2整改后样件试验

1)按照要求,一个月内将整改后的样件送机械工业通用零部件产品质量监督检测中心,按照标准要求依次做拧入拧出试验、保证载荷试验、夹紧力试验、盐雾试验、金相组织分析试验、硬度试验、螺纹脱碳试验,其中后3项试验由笔者所在公司试验室按照GB/T 3098.9紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母的要求来做[2]。

2) 样件试验未发现螺纹脱碳;产品探伤合格。

3)所有防松螺母的第一次拧入力矩都远低于标准规定值,笔者认为其原因是制作样件时为了方便安装、尽可能减小工作量,夹紧扭矩取的是标准给定范围的中间值而不是最大值。第一次拧入力矩和夹紧力达到标准规定值时的扭矩完全符合标准要求。第一次拧出力矩从检测数据来看,每种规格(2个样件)中都有1个样件不符合标准规定。考虑到测试仪器的精度,仪器表盘显示数据没有小数位,只有M20 (8级) 的其中一个样件不符合标准。重新制作样件,再次试验,试验结果合格,符合标准要求。

4)保证载荷试验,施加标准规定的载荷15 s, 被试样件均未出现螺纹脱扣现象。

5) 增加横向振动试验项目,试验按照TB/T 3019—2001变牙型防松螺母中5.1技术要求规定 “振动1 000次,不加弹簧垫圈,紧固扭矩值按附录B,首次测试残余轴力不得小于50%;连续10次松紧后,测试残余轴力不得小于45%”的要求,做横向振动试验,3个样件残余轴力与初始轴力的比值都大于86%,完全符合标准规定,可以满足使用要求[3]。

6) 金相组织分析与硬度试验,在试验室按照标准要求对样件进行分析,试验结果如下:金相组织为回火索氏体,硬度在280 HV左右,符合标准规定的硬度范围250~353 HV,可以满足使用要求。

1.3针对试验问题再整改并装车验证

1)螺母的公差等级按照标准NF E25 411带槽全金属六角自锁螺母中的规定6H级。

2)继续改进防松螺母,尤其是M20规格的性能,使其拧出试验符合标准要求。

3)单直槽防松螺母切槽应从螺母六方面开始切,切槽后剩余两部分厚度尺寸基本一致。双直槽防松螺母仍按原规定制作。

4)协议正式生效后,在供货前三年内每年提供一份合格的试验报告,以后可视情况逐步减少抽检批次,交付的每批产品都应附上产品的探伤记录或探伤报告。

5)建议入厂检验应按热处理批次进行,每规格抽检一个,分别试验其维氏硬度、金相组织及螺纹是否脱碳。

6)由公司供方质量管理部门对其热处理及涂镀的外包商的相关资质进行审核,防松螺母的镀层厚度按照8 μm制作。

7)为确保防松螺母在装车运行过程中的安全可靠,在批量采购前须验证防松螺母的性能质量。装车验证的要求、参数、内容及执行标准如下:一是仅在公司内验证;二是装车数量为每台车60个M16, 16个M20, 4个M24 ; 三是按照Q/DJ.J. 51.002—2000抽样检验实施方案进行抽样检查;四是拧紧力矩按照Q/DJ.J.13.539—2009紧固件连接用拧紧力矩拧紧螺母;五是装车验证内容为:按照第四步中规定的扭矩拧紧,观察螺栓、螺母的螺纹是否破坏(致使螺母无法正常拧紧);六是验证标准为Q/DJ.J.51.002—2000抽样检验实施方案;七是装车验证的组织与确认形式执行Q/DJ.G05.2813— 2009首件检验管理程序。

2机车车辆用防松螺母研制的结论

一是防松螺母样件满足GB/T 3098.9紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母的各项性能试验; 二是保证载荷试验完全符合标准要求;三是扭矩- 夹紧力试验完全符合标准要求;四是横向振动试验完全符合标准要求;五是硬度试验完全符合标准要求;六是螺纹脱碳检验完全符合标准要求(无脱碳);七是金相组织检验结果与进口防松螺母基本一致;八是化学成分分析结果与进口防松螺母基本一致;九是拧入拧出试验基本符合标准要求。综上所述,根据以上试验结果,国产防松螺母性能基本可以达到防松螺母性能标准要求,可以批量装车。

3防松性能及依据

3.1防松性能理论分析

与普通防松螺母相比,适用温度范围为-50~+ 300 ℃,防松效果好,且可重复使用。依据防松螺母技术规范E-1-4六角自锁螺母(钢)、E-1-5六角自锁螺母(不锈钢)、TGLS409869000部件技术规范及标准NF E25 411带槽全金属自锁六角螺母、 GB/T 3098.9 (idt ISO 2320) 紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母的规定,笔者任取2种常用规格的防松螺母做分析,分析所用数据均采用原标准中的数据。由于以上2种规格防松螺母具有普遍性, 分析结果可推及此类防松螺母,见表1。

根据以上计算结果可得出如下结论:防松螺母的防松性能随着重复使用次数的增加虽有所降低,但降低值很小。以M20 (8级)螺母为例,每次重复使用所降低的百分数只有0.4%。同时,防松螺母的防松性能的降低并不代表螺母承载性能会降低,即螺母并不会松。因此从理论上说,防松螺母重复使用不存在安全隐患。

(%)

3.2新旧防松螺母防松性能对比

使用未使用过的与HXD2两年检拆下的M20 (10级)防松螺母、M20×120 (10.9级)螺栓组合, 进行拧入扭矩值与拧出扭矩值对比试验,试验结果见表2。

(N·m)

3.3试验结论

1) 由于没有考虑夹紧力,扭力扳手是可调节的,不是带示值的,没有专门的试验装置在工件上操作,因此测试出的数值只能用于对比,不能作为标准数值。

2)使用过的螺栓与防松螺母组合由于长时间承载,螺母的拧入扭矩减小。

3) HXD2两年检拆的防松螺母拧出扭矩值与新防松螺母组合拧出扭矩值的比值如下:最小310/ 410 =75.6% , 平均345/382 =90.3% ,最大360/330=109.1%。

4) 使用拆下的螺栓与防松螺母组合,除螺纹损伤严重的螺纹之外,可以重复使用。

4研制成果

1)解决了防松螺母试制、试验、装车验证过程中出现的问题,实现了防松螺母在机车转向架和电气上的成功应用。

2) 编制了中国铁路总公司企业标准Q/CR 343.1—2014机车车辆用防松螺母及垫圈第1部分:直槽防松螺母。

参考文献

[1]中国铁路总公司铁路建设项目工程试验室.Q/CR 343.1—2014机车车辆用防松螺母及垫圈第1部分:直槽防松螺母[S].北京:中国铁道出版社,2014.

[2]国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.GB/T 3098.9—2010紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母[S].北京:中国标准出版社,2011.

谈螺纹紧固件连接的防松篇5

1 螺纹紧固件连接松动的原因

1.1 初始拧紧状态所引起的松动

在拧紧螺纹紧固件后,螺纹连接在工作过程中,例如在振动状态下,其各个接触面(包括螺纹型面、支承面以及被连接件的相互接触面)的不平度和微观粗糙度会进一步减小和被磨合,甚至接触面局部被压陷,使螺纹连接的紧固状态发生变化,从而使预紧力丧失,导致螺纹连接松动。这种松动称为初始松动。解决的措施是经过短时间工作后,对螺纹紧固件进行再拧紧,把初始松动所失去的预紧力补回。

1.2 支承面被压陷而引起的松动

螺纹紧固件连接中,如果螺栓或螺母支承面的接触压强过大时,被连接件的表面在与螺栓或螺母支承面接触处会产生塑性的环状压陷。严重的压陷或在工作过程中由于塑性变形的继读发生而加剧的压陷会使已被拧紧的紧固件减小或丧失预紧力,从而导致连接松动。这种松动称为压陷松动。压陷变形是难免的,防止压陷松动的措施是在螺栓或螺母上制有增大接触面积的法兰或在支承面下配置一个强度较高接触面积较大的淬硬垫圈。

1.3 螺纹连接的自松

经验表明,对于经受动载荷的螺纹连接,最常见的失效原因是自松,由自松而引起的失效最频繁。自松的机理:

螺纹连接中,摩擦力产生于内外螺纹接触面和螺纹紧固件支承面与被连接件的接触面上。当螺纹连接开始松转时,克服螺纹接触面上的摩擦所需的力矩M1为:

式中:Q为作用于螺栓或螺钉上的预紧力,又称轴力或夹紧力;d2为螺纹中径;ρ为摩擦角,对于三角形螺纹,;μ1为螺纹接触面之间的摩擦系数;β为牙型半角;α为螺纹螺旋线升角。(不同直径的螺旋线的升角是不同的,这里按中径螺旋线的升角)。

螺纹紧固件被拧紧后,由螺母或螺钉头支承面上的摩擦而产生的附加力矩M2为:

式中:μ2为螺母或螺钉头支承面与被连接件接触面之间的摩擦系数;D2为螺母或螺钉头支承面(接触面)的平均直径。

则螺纹连接开始松转时,克服摩擦所需的总力矩M为:

分析公式3可知,仅在总力矩M等于或小于零的情况下,螺纹紧固件才会自行松转。对于螺纹连接,在受静载荷时,其摩擦角ρ始终大于升角α(满足自锁条件),公式3括号内的总值不会等于或小于零,螺纹紧固件不会自行松转。但在受动载荷时,如在振动和冲击作用下,螺纹支承面上的法向压力会瞬间减少甚至等于零,在失去摩擦力约束情况下,螺母会随着振动沿斜面向下产生微观滑移,逐渐使螺母自行松转。就像一个在斜面上的重物,不振动时不会往下滑,当有振动时,在被弹起的那一瞬间,由于摩擦力的变小或消失而往下滑动一样。这种松动称为螺纹连接的自松。千万次的振动循环耗尽了螺纹连接的防松摩擦阻力,使从细微的松转直到完全松脱。

2 常用防松方法

2.1 破坏螺纹运动副关系

采用焊牢、粘结或冲点铆接等方法(图1)使螺纹副失去运动特性,从而将可拆卸螺纹连接改变为不可拆卸螺纹连接,这是一种很可靠的防松方法。其缺点是螺纹紧固件不能重复使用,且操作麻烦。常用于某些要求防松高而又不需拆卸的场合。

2.2 用机械固定件锁紧

利用机械固定件使螺纹件与被连接件之间或螺纹件与螺纹件之间固定和锁紧,以制止松动。这种方法的可靠性取决于机械固定件的强度。它的缺点是增加了紧固连接的重量,制造及安装麻烦,不能进行机动安装。常见的机械固定件锁紧方式见图2。

2.3 增大摩擦力

利用增加螺纹间或螺栓(螺钉)及螺母支承面的摩擦力或同时增加两者的摩擦力的方法来达到防松的目的。这种方法的最大优点是不受使用空间的限制,可以进行多次的反复装拆,可以机动装配。因此,该类方法应用最广。

2.3.1 双螺母

用两个相同高度的螺母与螺栓拧紧,以达到增大螺纹摩擦力防止松动的目的(见图3)。装配方法是先用80%的装配扭矩拧紧内螺母,再用100%的扭矩拧紧外螺母,这样可使螺母与螺栓的螺牙紧密贴合,显著地增加了防松摩擦阻力。其特点是结构简单,装配较方便,防松效果良好。缺点是用两个螺母增加了重量,且需要较大的安装空间。

2.3.2 齿形端面锁紧螺母和锁紧螺钉

在螺母和螺钉头下端面滚花或制成锯齿形,在预紧力下“锯齿”嵌入被连接件表面从而增大接触间的摩擦阻力(见图4)。该法防松效果良好。其前提是对紧固件施加足够大的预紧力,因为没有大的预紧力也就没有端面之间的防松摩擦阻力。该法不能与垫圈合用,并应注意硬度的合理匹配,一般来说,被夹紧零件的硬度应低于紧固件的硬度。缺点是端面下的锯齿容易损伤被连接件的表面。

2.3.3 弹性垫圈类

这类垫圈包括弹簧垫圈、鞍形或波形弹性垫圈以及齿形锁紧垫圈等(见图5)。其特点是利用垫圈的弹簧张力或翘齿所产生的摩擦阻力为螺纹连接提供锁紧作用。其优点是结构简单,造价低廉,使用方便。但这类方法的防松效果差,不适于承受较激烈冲击、振动的部位。

2.3.4 有效力矩型锁紧螺母、螺钉

所谓有效力矩是指在拧紧前,螺母在螺杆上空转时就需施加相当的力矩(而一般螺纹紧固件在拧紧前的空转过程中,是可以自由转动的)。有效力矩型锁紧螺母分为全金属锁紧螺母和非金属嵌件锁紧螺母。

(1)有效力矩型全金属锁紧螺母

这种螺母是在螺母的上端进行非圆收口或对螺母的上端进行开槽后收口,使配合直径局部变小、变形,从而增大相配螺纹间的摩擦阻力,使螺栓与螺母牢固地锁紧在一起(见图6)。该种螺母防松效果较好。

(2)有效力矩型非金属嵌件锁紧螺母

这种螺母俗称尼龙圈锁紧螺母,它是在螺母体上端嵌入一个尼龙圈(见图7),拧人螺栓时,尼龙圈被挤压出内螺纹,弹性、坚韧性良好的尼龙材料与螺栓形成大而稳定的摩擦阻力,而且对外来的冲击、振动还有良好的吸收和阻尼作用。故这种螺母的锁紧性能比全金属锁紧螺母好得多,其防松性能极佳,且有很高的防松可靠性。再者尼龙材料具有良好的复原性,故可多次重复装拆使用,适于经受严酷冲击、振动的使用场合。可与从低精度到高精度的任何螺栓配用;也可与从低强度到高强度的任何螺栓配用。其不足之处是螺母的使用温度受限于尼龙材料的使用温度。螺母的使用温度一般为-50～+100℃,过高的温度会使尼龙材料软化,过低的温度会使尼龙材料变得硬脆和加速老化,使锁紧螺母的机械和工作性能明显下降。

(3)非金属嵌件法兰面锁紧螺母

该螺母系在非金属嵌件锁紧螺母基础上制有增大接触面积的法兰(见图8),该螺母兼有非金属嵌件锁紧螺母与法兰面螺母的优点,防松性能更好。但该螺母的适应温度同样也受限于尼龙的耐温性能。

(4)预涂防松层螺栓

预涂防松层螺栓(螺钉)是指在螺栓(螺钉)杆的螺纹面上涂制有一层尼龙等高分子材料。该螺栓(螺钉)的防松原理类似于尼龙圈锁紧螺母。当螺栓拧入螺母时,螺纹型面上的尼龙层被挤压,挤出的材料填充到内外螺纹的间隙中,从而增加了摩擦力,达到防松的目的。但此种产品尚无国家标准。

3 防松方法应用及评述

螺纹紧固件连接防松的方法很多,实际应用中应根据具体情况选用。这里需要提醒的是机械行业中常见使用的弹簧垫圈加平垫圈(见图5)的防松效果其实并不理想。

统计及螺纹连接抗振性试验表明,有效力矩型非金属嵌件锁紧螺母及有效力矩型非金属嵌件法兰面锁紧螺母的抗振、防松性能最佳,防松寿命最长。这种螺母经受长时间的激烈冲击、振动后,仍无任何松动的迹象。有国外专家称其为永不松动的锁紧螺母。其不足之处是使用温度受限于尼龙材料耐温度程度。目前该螺母在轿车上的非高温部位已开始大量使用。相信,随着技术的进步,认识的提高,尼龙耐温性能的提高,该类螺母将会在更大范围内得以普及使用。

参考文献

[1]紧固件标准化现状和发展动向．《机械工业标准化与质量》2008年第1期．

[2]《紧固件标准实施指南》．中国标准出版社．

浅谈螺纹联接的预紧和防松篇6

按螺纹联接装配时是否拧紧, 分为松螺栓联接和紧螺联接。实际使用中绝大多数螺栓联接都是紧螺栓联接, 螺栓联接在承受工作载荷之前, 都需要拧紧螺母, 使螺栓联接受到预紧力的作用。螺纹联接的预紧增强了联接的可靠性, 防止联接在工作载荷作用下松动。对有气密性要求的管路、压力容器等联接, 预紧可使被联接件的接合面在工作载荷的作用下, 仍具有足够的紧密性, 避免泄漏。对承受横向载荷的螺栓联接, 预紧力在被联接件的接合面间产生所需的正压力, 使接合面间产生的总摩擦力足以平衡外载荷。由此可见, 预紧在螺纹联接中起着重要的作用。预紧的目的是增加联接刚度、紧密性和提高防松能力。

对于预紧力大小的控制, 一般螺栓联接可凭经验控制, 重要的螺栓联接, 在装配时应严格控制预紧力。预紧力通过拧紧螺母获得, 其大小需根据螺栓联接的要求确定。一般拧紧螺母的力矩T与预紧力F0有如下关系:

T= (0.1～0.3) F0d

式中 T为拧紧力矩 (N·mm) ;F0为预紧力 (N) ;d为螺纹的公称直径 (mm) 。

上式中适用于无润滑状态的M16～M64粗牙螺纹。一般可取T≈0.2 F0d。力矩T可通过测力矩扳手 (如下图) 等工具进行度量。

直径小的螺栓在拧紧时容易过载而被拉断, 因此对于重要螺栓联接不宜选用小于M10～M14的螺栓。为避免拧紧应力过大降低螺栓强度, 在装配时应适当控制拧紧力矩。对于不控制拧紧力矩的螺栓联接, 在计算时应该取较大的安全系数。

对于重要螺栓联接, 应根据联接的紧密要求、载荷性质、被联接件刚度等工作条件, 决定所需拧紧力矩大小, 以便装配时控制。

二、螺纹联接的防松

联接用的三角形螺纹都具有自锁性, 在静载荷和工作温度变化不大时不会自动松脱。但在冲击, 振动和变载的作用下, 预紧力可能在某一瞬间消失, 联接仍有可能松脱。高温的螺纹联接, 由于温度变形差异等原因, 也可能发生松脱现象, 因此设计时必须考虑防松。

螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。防松的方法很多, 常用几种防松方法见下表。

螺纹防松装置是为防止螺纹副产生相对运动, 按其原理可分为以下3类:

1.利用摩擦力防松

采用各种结构措施使螺纹副中的摩擦力不随联接的外载荷波动而变化, 保持较大的防松摩擦阻力矩。