紧固螺纹

2024-09-01

紧固螺纹（精选7篇）

紧固螺纹篇1

0 引言

螺纹紧固件是发动机机械装配中中最常见的联结件，汽车发动机上有很多种螺栓，螺栓和螺母则是螺纹紧固件中用途最广的零件。无数的质量事故不断提醒人们不可小觑貌似简单的螺纹紧固件。从某种意义上讲装配质量对螺纹紧固件的影响甚至大于其制造质量的影响。随着发动机小型化和扭矩越来越大，对连接要求的提高，装配质量越来越引起人们的关注。如何使螺纹紧固件的实际紧固力精确或较精确地接近理论紧固力 (即紧固效果) 是最为关心和研究最多的课题。

1 螺纹紧固件的紧固力

螺纹紧固件的紧固力Po一般是通过控制扭矩M来实现的，这是基于Po与M之间存在以下关系：M≈0.001PodM[0.16s/dM+f (0.6+RM/dM) ]

式中d—螺纹外径mm

s—螺距m m

f—摩擦系数

RM—螺母或螺纹紧固件头部支承面平均半径m m

显然，用力矩M来控制Po是很不精确的。因为在这两者的关系中包含着一个变化很大且难精确确定的摩擦系数fo它受螺纹表面及座面粗糙度、润滑剂、拧紧速度、拧紧工具、反复拧紧时的温度变化等诸多不定因素的影响，这就使真正的紧固力很分散，波动极限约为±40%。分析各种螺纹紧固件损坏原因，发现设计正确，工艺及材料合格的产品，大都是由于螺纹松动所致。松动是由于各种外力作用下实际紧固件的紧固力显得不足 (尽管扭力扳手已保证了理论紧固力) 或螺纹紧固件与被连接件之间产生相对滑动而引起的。也就是说'由于用单纯扭矩法进行机械零件的连结的实_际紧固力与理论紧固力的不一致性，影响了螺纹紧固件的紧固效果。因此，这种凭扭矩进行装配的方法用于一般机械零件的连结尚可，若用在承受高交变应力的机械连接上则很可能出问题。显然，精确控制紧固力是提高螺纹紧固件紧固效果的最好办法。而拧紧试验是制订精确的拧紧工艺 (即拧紧工艺优化) 和实现精确控制紧固力的重要手段和前提。

基于以上紧固力的分析，螺纹紧固件的装配有几种不同的方法。

2 常见的螺纹紧固件装配方法

目前常见的螺纹紧固件装配方法有以下四种： (1) 单纯扭矩法 (2) 弹性区域的扭矩+转角法 (3) 屈服 (塑性) 区域的扭矩+转角法 (4) 伸长量测量法

2.1 单纯扭矩法

利用拧紧试验的结果 (特别是紧固力一转角曲线、扭矩茹角曲线和伸长量紧固力曲线) 就可以很方便地制订拧紧工艺。单纯扭矩法比较简单，首先由设计人员确定螺纹紧固件所需的紧固力P0，然后根据该紧固力P0在紧固力一转角曲线上找出相应的转角αTOT，最后根据扭矩一转角曲线上找出于αTO对应的扭矩M，此扭矩M即为装配扭矩 (图1) 。

2.2 扭矩+转角法

扭矩+转角法装配工艺的确定则要比单纯扭矩法复杂些：首先根据设计所需的紧固力在拧紧试验做出的拉力茹角曲线上找出对应的转角αTOT;在扭矩—转角曲线上找出与预扭矩对应的α1;实际装配的有效转角αEFF=αTOT-α1。装配时，先将螺纹紧固件按预扭矩α1拧紧，然后转动αEFF角度。

弹性区域扭矩+转角法与屈服曲域扭矩+转角法的区别是前者的紧固力设计在螺纹紧固件拉伸曲线的弹性区，而后者则将紧固力设计在屈服区。但两种方法的装配效果和对螺纹紧固件及装配设备的要求是不同的。

2.3 伸长量测量法这是一种根据Po=c1λ01。

直接利用螺纹紧固件的伸长来控制紧固力的方法。因而其装配精度极高，装配时的紧固力完全符合设计的预计力。由于测量螺纹紧固件的伸长很困难，故其成本昂贵，在找到简便的伸长测量方法之前，这种装配方法尚无法用于生产。

用伸长量测量法进行装配前亦需进行拧紧试验，做出紧固力御长量曲线。根据设计师提供的紧固力在紧固力御长曲线上找出相应的伸长量，装配时通过测量螺纹紧固件的伸长量来控制螺纹紧固件的紧固力。

3 螺纹紧固件的拧紧试验原理

螺纹紧固件的拧紧试验原理如图3所示：用电机带动拧紧装置 (如套筒) 拧紧螺纹紧固件，同时利用力传感器，角度传感器和扭矩传感器测出螺纹紧固件的紧固力、转动的角度 (转角) 、扭矩 (螺纹部位的扭矩、头部支承面的扭矩和总扭矩) 、摩擦系数 (螺纹部位的摩擦系数、头部支承面的摩擦系数和总摩擦系数) 。传感器的信号通过A—D转换输入到计算机，计算机用适当的软件处理后打印出紧固力精角曲线，扭矩一转角曲线和紧固力、扭矩及摩擦系数的统计学处理的数据。

4 材料、结构和工艺因素对高强度螺栓疲劳性能的影响试验研究

4.1 选择AISI4l4OH、ML42CrMo、40MnB、SCM435、ML40Cr、SCr440等6种材料进行了对比试验。

结果表明，国产材料与进口材料的疲劳寿命没有表现出显著的差异。实物螺栓试验结果表明：硬度变化不大时 (HRC40～42.5) ，试样的疲劳强度无显著差异;再回火处理后螺栓的疲劳强度下降22.5%;去应力退火后螺栓的疲劳强度下降27.5%;某发动机连杆螺栓存在表面脱碳情况下的疲劳强度下降19.8%：先滚丝后磷化螺栓比先磷化后滚丝螺栓的疲劳强度低25.3%;将螺栓头下圆角表面粗糙度从Ra3.2m (半精车) 降低到Ra0.8m (精车) ，其疲劳强度平均值提高38.0%。

4.2 螺栓表面处理对其摩擦性能的影响试验研究

4.2.1 消化吸收国外有关标准，进行了大量试验，引进通用拧紧机及轴力计，配套开发出先进的计算机数据采集与处理系统，全面完善常用螺纹紧固件的摩擦性能试验手段。

4.2.2 就不同表面处理 (镀锌强化钝化、普通镀锌、磷化、发蓝、白件等) 及润滑条件 (涂油、浸乳化液、涂脂、预涂胶等) 对螺栓摩擦性能的影响进行了试验研究.得出了初步试验数据。

5 结束语

进行拧紧试验可以为各种螺纹紧固件的装配工艺提供可靠的依据，四种方法螺纹紧固件装配方法都是根据拧紧试验的结果制订的。四种装配方法各有千秋，具体操作时应综合考虑紧固要求、设备条件、螺纹紧固件的质量水平以及成本等诸方面因素。另外，拧紧试验还有助于螺纹紧固件的失效分析和质量改进。拧紧试验在国外已被广泛应用，国内也有少数公司开展这方面的工作。相信随着机械工业的不断发展，拧紧试验将成为机械性能试验中不可或缺的一个试验。

摘要：本项目对发动机重要螺栓的装配工艺及螺栓紧固力的原理进行了较为全面的研究。通过对螺纹紧固件的紧固力分析, 介绍了四种螺纹紧固件的装配方法和拧紧试验原理。同时对四种装配方法进行深入的讨论, 利用试验结果论证不同装配方法产生的预紧效果与装配精度。

关键词：螺纹紧固件,装配方法,拧紧试验

参考文献

[1]余欣义.螺栓在塑性域紧固.机械设计.1986. (6) :17-21.

[2]潘志光.提高螺栓联接的效率.机械设计与研究.1985. (4) :1-13.

紧固螺纹篇2

8 螺纹及螺纹紧固件画法本标准根据GB/T 4459.1-1995机械制图螺纹及螺纹紧固件表示法的规定制定，8.1 螺纹的表示法（1）螺纹牙顶圆的投影用粗实线表示，牙底圆的投影用细实线表示，在螺杆的倒角或倒圆部分也应画出。在垂直于螺纹轴线的投影面的视图中，表示牙底圆的细实线只画约3/4圈（空出约1/4圈的位置不作规定），此时，螺杆或螺孔上的倒角投影不应画出（图1～3)。在垂直于螺纹轴线的投影面的视图中，需要表示部分螺纹时，表示牙底圆的细实线也应适当地空出一段，如图4所示。（2）有效螺纹的终止界线（简称螺纹终止线）用粗实线表示，外螺纹终止线的画法如图1a、2a；内螺纹终止线的画法如图3、5a。（3）螺尾部分一般不必画出，当需要表示螺尾时，该部分用与轴线成30。的细实线画出（图1a、5a)。（4）不可见螺纹的所有图线用虚线绘制（图6)。（5）无论是外螺纹或内螺纹，在剖视或剖面图中的剖面线都应画到粗实线（图2～5)。（6）绘制不穿通的螺孔时，一般应将钻孔深度与螺纹部分的深度分别画出（图3、5a)。（7）当需要表示螺纹牙型时，可按图7的形式绘制。（8）圆锥外螺纹和圆锥内螺纹的表示法如图8、9。（9）以剖视图表示内外螺纹的连接时，其旋合部分应按外螺纹的画法绘制，其余部分仍按各自的画法表示(图10、11)。8.2 螺纹的标注方法8.2.1 螺纹标注的基本要求：1）标准的螺纹，应注出相应标准所规定的螺纹标记，

2）应符合GB/T 4459.1-1995的要求。3）基本模式为： (螺纹代号)(公称直径)×{螺距(导程/线数)}(旋向)-(公差代号)-(旋合长度)。例：M20 ×1.5（3/2）右a螺纹的公称直径是指螺纹的大径b粗牙螺纹不标螺距。c当线数为1时，导程与线数不标。d当旋向为右旋时允许右字省略，当左旋时标LH。e旋合长度为中等时，N可省略。(4)规格代号前的国标号若有规定说明可省略，否则应标注。8.2.3 螺纹标注（1）标准的螺纹，应注出相应标准所规定的螺纹标记。（2）公称直径以mm为单位的螺纹，其标记应直接注在大径的尺寸线上（图12)或其引出线上(图 13～15)。（3）管螺纹，其标记一律注在引出线上，引出线应由大径处引出（图16～18)或由对称中心处引出（图 19)。（4）非标准的螺纹应画出螺纹的牙型，并注出所需要的尺寸及有关要求（图20)。（5）图样中所标注的螺纹长度，均指不包括螺尾在内的完整螺纹长度，见图21。当需要标出螺尾长度时，其标注方法见图22。8.3 在装配图中螺纹紧固件的画法（1）在装配图中，当剖切平面通过螺杆的轴线时，对于螺柱、螺栓、螺钉、螺母及垫圈等均按未剖切绘制（图23～26);螺纹紧固件的工艺结构，如倒角、退刀槽、缩颈、凸肩等均可省略不画（图24～26)。（2）在装配图中，不穿通的螺纹孔可不画出钻孔深度，仅按有效螺纹部分的深度（不包括螺尾）画出 (图 24～26)。(3)在装配图中，常用螺栓、螺钉的头部及螺母等也可采用表1所列的简化画法，如图24所示。

汽车用螺纹紧固件拧紧质量控制篇3

在汽车底盘零部件中有很多构件是由螺栓联接的, 螺栓联接质量的好坏, 取决于预紧力。在紧固件和结构允许的情况下, 预紧力越大, 联接越安全可靠, 结构疲劳寿命越高。但过高的预紧力, 如控制不当会使螺栓拉长或断裂, 从而导致联接失效;预紧力过小螺栓容易松动脱落, 发生安全事故。所以, 底盘零部件联接设计中确保设计的预紧力, 对质量控制至关重要。

1 预紧力控制方法

目前一般采用扭矩法来控制预紧力:在螺母或螺栓头部施加一个紧固扭矩Tf, 如果磨擦系数越大, 扭矩系数就越大, 预紧力就会越小, 反之预紧力就会越大。

要使联接可靠而不使螺栓拉长或断裂, 则要求设计时得出螺栓准确的紧固扭矩。

2 紧固扭矩计算

对于一般的联接, 在材料弹性区内紧固扭矩与预紧力的关系如下式所示:

式中:Tf-紧固扭矩;Ts-螺纹扭矩;Tw-支承面扭矩。

Ff为预紧力;P为螺距, us为螺纹磨擦系数, d2为螺纹中径, a'为螺纹牙侧角。

为支承面磨擦系数, Dw为支承面磨擦扭矩的等效直径。

令紧固扭矩公式可简写为:Tf=KFfd

式中:K-扭矩系数;d-螺纹公称直径。

从上式中可以看出:Tf与Ff成正比, 因此扭矩系数K的取值是决定紧固扭矩的关键因素。

一般设计时, 先对构件联接作受力分析, 根据零部件受力情况计算出Ff值 (一般情况下, 钢制高强度螺栓的预紧力Ff值可按预紧应力δf=0.7δs来确定。)

接着, 根据Ff值的大小, 确定螺栓强度等级及螺纹公称直径d。在选定联接件后, 根据扭矩-夹紧力试验, 计算出K值, 再根据Tf=KFfd就可以确定合适的紧固扭矩。

3 实际案例

我公司生产的某型号前轮边总成, 安装制动器总成时, 原客户设计图上选用机械性能为10.9级的螺栓M12×1.25用于联接, 紧固扭矩为120±10N.m, 在装配过程中发现近50%的螺栓拧不到120N.m就出现拉长现象。刚开始怀疑螺栓的质量, 经检验螺栓的硬度与抗拉强度均符合标准要求。又分析了客户设计图的设计依据, 发现是采用了老标准, 计算选取的是在高摩擦系数情况下的扭矩系数, 而现在汽车行业低磨擦系数已经大规模发展应用, 现在执行高摩擦系数下计算出来的紧固扭矩显然已不合理。

以此螺栓为例:原汽车行业标准按高摩擦系数情况下, 得扭矩系数为0.284, 其使用标准扭矩为145N.m, 预紧力为42547N, 在材料本身的屈服强度范围内;现在如果采用低磨擦系数标准, 在理论最小值0.08时, 扭矩系数为0.11, 如果仍使用标准扭矩145N.m, 预紧力将达到109848N, 是材料本身屈服强度的1.3倍。

根据紧固扭矩计算方法, 重新计算并试验, 最终确定公司生产的某型号前轮边总成, 其安装制动器总成用10.9级螺栓M12×1.25联接, 标准紧固力矩为100N.m。按其重要度, 拧紧精度等级选用Ⅱ级, 扭矩比为0.818, 最终选定扭矩范围为90-110Nm。

装配时只要拧紧螺栓紧固扭矩到该范围, 即可使螺栓取得准确的轴向预紧力, 让螺栓在工作时既能承受施加在螺栓上的力, 又不会出现螺栓变形、断裂等情况, 从而提高产品可靠性及安全性。

4 紧固扭矩检验

除了准确的紧固扭矩计算外, 实际装配时的扭矩检验也至关重要。在装配时应严格按紧固扭矩要求进行装配, 最好用扭力扳手, 以便于精确控制紧固扭矩的大小, 也是为查明实际紧固扭矩是否达到要求而同步进行的检验。

检验一般分间接法和直接法。间接法是以拧紧枪在完成螺栓紧固作业那一瞬间所显示的值作为最终扭矩, 一般称为装配扭矩。直接法则是一种事后检查方法, 是由专业检查人员手持指针式或电子数显式扭力扳手, 直接对产品上某一螺栓联接部位进行扭矩测试, 这样得到的最终扭矩值常称为检查扭矩。这种检验方法成本低, 结果比较可靠, 操作方便, 是目前应用最广的一种方法。

5 结束语

汽车底盘行业的结构件联接中, 螺栓联接的质量, 严重影响到行车安全。通过紧固扭矩的计算, 并根据实践试验确定, 配以实际生产过程中的检查, 足可以达到令人满意的效果的。

根据此法进行参数改进的公司此型产品现在大批量生产供货, 此联接质量稳定再无先前的缺陷。

参考文献

谈螺纹紧固件连接的防松篇4

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．

关于螺纹紧固件连接画法的思考篇5

本节课的教学内容是螺纹紧固件的连接画法。该画法, 实际上是把螺纹紧固件的连接结构按比例简化地图示出来。因此, 有螺纹紧固件连接常识的人, 较易理解及记忆其画法。我的整个教学过程的设计思路如下:学生以4~6人组成一个学习小组并分组围坐在一起, 每一组均备有如下模具:螺栓、螺柱、螺钉、垫圈、垫圈、螺母, 被连接件A, 被连接件B。以小组为单位, 既提高了课堂学习效率, 同时也培养了学生的合作团队意识。

二、教学活动方案

螺纹紧固件连接画法的教学内容主要分为螺栓连接、螺柱连接和螺钉连接三大部分, 这节课教学过程基本上按下面的流程进行。首先, 教师创设螺纹紧固件连接的真实情景, 学生从现有的实物中为被连接件选择适合的螺纹紧固件并连接, 使学生对螺纹紧固件的连接有真实的认知。这一环节体现了教学活动化即用活动教育的思想来指导本次课堂的教学, 通过活动促内化, 通过内化促发展。强调制图学科活动化教学, 有利于打破单一、静态、平面的课堂教学僵局, 使学生主体地位的落实更有保障。强调活动, 鼓励学生用“头脑风暴”法, 把螺纹紧固件的连接结构简化地图示出来, 也是整体教学目标达成及全体学生课堂学习呈现高效的前提和保证。本次活动化课堂突出学生的操作实践, 实际上本次活动方案偏向于制图中的测绘章节内容, 通过口耳、手脑、身心等全方位感官的参与及运动, 使学生投入并沉浸到学习活动中去。而且, 活动的课堂又显示其开放的特征。学生动手画连接草图时, 必然引发一连串的问题, 诸如:螺纹终止线该画到哪里?各部分的尺寸是多少?等等。这时候, 教师为学生提供必要的知识支撑, 用图形、文本、动画等展示螺纹紧固件连接的画法规定, 学生自主学习, 对比正确答案修改或重画连接简图, 小组成员之间互查错漏, 解决刚才的一个个疑问。整个过程是:创造问题→发现问题→解决问题→小组分享学习体会→巩固课堂要点, 全班归纳画图注意事项及绘画技巧。最后, 每个同学试用归纳的绘画技巧用比例画法再速画一次连接草图, 达到巩固的目的。螺栓、螺柱和螺钉连接的适用场合, 在螺纹紧固件连接画法的学习完成后, 由学生归纳总结。

三、教学过程设计

本次课就是要改造我们的教学, 建构生本化课堂, 把课堂还给学生。课堂上的一切教学行为都要“以学习者为中心”, 教师尽快地让学生自己活动起来, 自主地去获得知识, 去解决问题, 使每个学生处在真正自主的状态中。要把可以托付的教学托付给学生, 让学生的潜能得到激发, 学生的天性得到发展。在共同交往与合作的活动中, 要让学生的收获像鲜花怒放, 让学生在课堂的生命流程中享受知识、领悟内涵、感受情感, 营造一种一切依靠学生、为每个学生发展所需的课堂教学氛围。为此, 我有以下的一些设想。第一, 在课前要求学生参照生活中所见的紧固件引发设想, 点燃其学习兴趣。然后通过教材和模具, 使课堂知识生活化, 让学生对这部分知识有个大概的认识, 并使学生参与到课堂学习中来。第二, 利用分组对模具进行讨论, 老师演示操作, 可以使学生直观地感受到螺纹紧固件的连接过程。第三, 通过分组完成课堂任务的教学方式, 鼓励每一位学生投入课堂学习。让学生对模型进行讨论, 理论与实践操作相结合, 在学习的过程中培养学生团结互助的精神与合作交流的习惯, 提高学生对某一问题的认识, 并培养学生发表自己独特见解的能力。

四、教学评价“量身制定, 知己又知彼”

中职学生是一个不同于普高学生的学生群体, 中职教育和普高教育有着一定的区别, 如何从一堂课的效果来评价中职学生, 也是需要我们教师们深刻思考和认真对待的问题。在课堂评价这一块, 面对个别差异较大的班集体, 十分有必要实现课堂评价多元化。那么, 教师在这次课中, 扮演着一根针和线, 使整个课堂效果串联起来, 并且适时适地地对学生做出点评, 及时纠正学生薄弱的地方。评价方式要注重过程化, 评价标准多维化, 评价方式多样化。新课程的基本理念之一是要求被评价者成为评价主体中的一员, 也就是强调评价主体的多元化。评价者既可以是学生, 也可以是同伴, 让学生“知己, 又知彼”。

五、课堂延伸思考

授课是一门艺术, 如何提高教学质量, 是我们教师共同追求的目标。就本次课而言, 我觉得最后的效果还是基本达到预想目标, 但还存在一些问题。分组后的学生, 总体学习水平存在差异;对于实物的绘制, 学生在质量、速度上均需提高, 在绘图技巧上也需要通过多练、多思考、多总结来培养空间想象力。学习兴趣是激发学生主动学习的动力, 巧妙地将制图的框和圆变为学生感兴趣的图画, 是我们专业课教师要积极思考的。教师要通过严谨规范的工作作风, 运用适当的教学手段, 让教学质量更上一层楼。

作为教师, 不仅要认真上好每一节课, 还要在这“好”字上下工夫:怎样才能上好课, 上出让学生喜欢的课?怎样才能培养学生的创新思维、创新意识和实践能力?这需要多琢磨, 多学习, 多实践。在教学中, 讲授仍将作为一种主要的教学形式, 发挥教师的主导作用。这种讲授, 不再是简单地老师讲、学生听, 更不是照本宣科, 而是以传统的重点讲授为主, 活动为辅。今后教学中, 我将狠抓“三化”教学, 提升自身教学水平。

参考文献

[1]欧阳君, 张艳梅.试论教学过程的活动化及其作用[J].教育艺术, 2004 (4) .

螺纹紧固件预紧与防松的处理篇6

1 螺纹紧固件连接发生松动的主要原因分析

1.1 螺纹连接的自松动。

在造成螺纹紧固件松动的所有原因中, 螺纹连接的自松动是发生频率最高的一个失效原因。根据上文对螺纹紧固力的受力情况分析, 以及从物理角度考虑, 当一个物体处于一斜面上时, 其会受到向下的重力、平行于斜面的摩擦力以及垂直于斜面的支持力。当水平分力大于摩擦力时, 物体就会向下滑动。与这一物理原理相同, 螺栓中的螺纹是等距螺旋斜线, 螺栓受到压力会分解成水平分力和轴向分力。当螺栓受到振动时, 瞬时的平行分力会超过摩擦力, 从而使螺栓开始沿着螺纹旋斜线向下转动[1]。长期这样, 就会造成螺纹紧固件发生松动, 连接不紧密。

1.2 螺纹连接的初始松动。

通常情况下, 当螺纹紧固件被拧紧投入使用后, 其支承面、螺纹型面、被连接零件的所有接触面等各个接触面的粗糙程度会随着使用的不断磨合而逐渐减小, 逐渐变得光滑, 尤其是在振动或冲击的环境中。这一现象的发生会导致螺纹紧固件的连接状态发生变化, 预紧力逐渐失效, 进而产生松动。针对这种初始松动现象, 不需要马上采取防松处理措施, 而应该在其工作一段时间后, 通过对其紧固状态的检查与重新拧紧, 而使其恢复预紧力[2]。

2 螺纹紧固件紧固力的分析

为便于分析, 本文主要对矩形螺纹上的受力情况进行分析。首先, 沿着平均直径将矩形螺纹展开, 取得斜角与螺纹升角相等的斜面。然后, 将螺母视为承受轴向荷载的滑块, 并假设其推力的作用方向与平均直径相切, 与拧紧连接副力矩等效。当该滑块作匀速直线运动或处于静止时, 会受到三个方向的力作用, 即摩擦力、轴向荷载以及推力。当该滑块沿着斜面匀速下降时, 摩擦力方向发生变化, 变成滑块的阻力, 作用于其上的各力相互平衡。当该滑块沿着斜面匀速上升时, 作用于其上的力相互平衡。

3 螺纹紧固件预紧与防松的主要措施

3.1 采用双螺母结构。

采用规格相同的双螺母结构来代替原有的单螺母结构。可以有效提高螺纹紧固件的防松效果, 提高螺纹紧固件连接的可靠性。首先, 利用80%的装配扭矩拧紧双螺母中的内螺母。然后, 利用100%的装配扭矩拧紧外螺母。这样操作后既可以大大增加螺纹紧固件中的摩擦阻力, 又可以有效提高两个螺母之间的贴合度, 与单螺母相比发挥双倍的紧固效果。但是, 这种方法存在一些缺点, 即会增加螺纹紧固件自身的重量, 且对螺母安装的空间具有一定要求, 使得其应用具有一定局限性。随着螺纹紧固件预紧与防松处理研究的不断深入, 相信这些缺点会逐渐的被克服与解决[3]。

3.2 增大螺纹紧固件之间的摩擦力。

增大螺纹紧固件之间或螺母连接处的摩擦力是螺纹连接处实施防松处理最常采用的一种方式, 也是较为有效的一种方法。它不仅打破了传统方法的空间限制, 而且可以循坏使用;既符合经济性原则又具有良好的防松效果。此外, 采用焊接、涂漆等手段来破坏螺纹紧固件中的运动副关系, 也能够在一定程度上起到防松的效果。但由于这种方法会破坏螺纹紧固件原有的结构形式, 导致螺纹紧固件无法实现重复利用, 所以其通常只被用于对一次性螺纹紧固件的预紧与防松处理当中[4]。

3.3 使用具有弹性的垫圈。

现阶段, 应用于螺纹紧固件预紧和防松处理的垫圈主要有鞍形弹性垫圈、弹簧弹性垫圈、齿形弹性垫圈和波形弹性垫圈等。之所以在螺纹紧固件的预紧与防松处理中需要使用弹性垫圈, 其依据的主要原理是利用弹性垫圈翘齿产生的摩擦力或产生的外弹力来减小螺纹紧固件连接处发生松动的概率, 从而达到紧锁与加固螺纹连接处的目的。这种方法安装操作简单便捷、成本低廉、连接容易, 是当前螺纹紧固件预紧与防松处理过程中使用作为普遍的一种处理方式。但有一点需要我们注意, 由于弹性垫圈材料性质清脆, 如果螺纹紧固件发生剧烈振动或强大的冲击, 将会导致螺纹连接发生松动, 从而埋下一定的安全隐患。所以, 在易发生震动和冲击的部位, 不适合采用这种防松措施, 而对于关键的螺纹连接处也不应单独使用弹性垫圈进行紧固件防松。

3.4 合理控制预紧力。

对预紧力进行合理控制, 是防止螺纹紧固件连接发生松动的有效措施之一。这种方法不需要对螺栓、螺母的结构做任何改动, 而是通过利用螺纹的自锁特性来合理控制预紧力, 最终达到防松的效果。对于安装控制要求高的情况, 可以采用直接控制预紧力方式, 即在安装过程中对预紧力的大小进行测量与控制。目前, 主要采用的工具有液压安装机、测量螺栓应力等[5]。由于直接控制预紧力方式需要专门的技术和设备, 难以得到广泛的推广, 所以人们往往会选择相对经济的间接控制预紧力方式。这种间接控制预紧力方式也被称为扭矩控制法。它通过使用扭矩系数来将预紧力转换成装配扭矩, 再使用测量扭矩装配机来保证拧紧扭矩, 从而间接对预紧力进行控制。为保证扭矩控制法可以达到预期的防松效果, 需要对连接副的扭矩系数进行事先准确的测定, 并保证同批零件的扭矩系数具有较小的离散性。

4 结论

在螺纹紧固件的实际预紧与防松处理过程中, 其实有效的处理方法有很多, 本文只是分析了其中的极小一部分。但无论采用哪种处理方法都应该在熟练掌握方法的操作步骤基础上, 分析其优缺点与适用情形, 并将其与螺纹紧固件的使用环境进行紧密结合, 使其防松处理符合实际需求, 符合螺纹紧固件的使用背景, 从而使螺纹紧固件具备良好的连接效果。同时, 还应在不断的实践过程中逐渐积累经验, 找出造成螺纹松动的根本原因, 进而有针对性的进行处理。

参考文献

[1]万永杰.螺纹紧固件预紧与防松的研究[J].工程机械, 2011, 8:8-9, 50-52, 60.

[2]吴涛.基于非线性有限元法的变牙型螺纹防松性能研究[D].武汉:武汉理工大学, 2013.

[3]胡远忠.螺栓摩擦系数对连接防松影响的有限元分析[J].机械工程师, 2013, 11:74-76.

[4]朱衍顺, 宋年秀, 黄玉亭.施必牢螺纹在重卡驱动桥壳上的应用研究[J].青岛理工大学学报, 2013, 5:92-95.

紧固螺纹篇7

螺纹连接(特别是承受动载荷的重要螺纹连接)的根本目的是利用螺纹紧固件将被连接件可靠地装配连接在一起,装配的实质是将螺栓的轴向夹紧力控制在合适的范围。螺栓轴向夹紧力范围取决于连接结构的功能、零件强度、工艺控制方法及控制精度等多方面因素,轴向夹紧力同时受到联接副摩擦特性的影响[1]。螺栓紧固件的拧紧是克服支撑面摩擦和螺纹间摩擦的过程,对六角头螺栓而言,拧紧时总能量的90%用于克服摩擦,只有约10%的能量用于提供轴向夹紧力[2]。螺纹紧固件的摩擦系数受其材质、表面处理工艺、制造流程和螺纹精度等诸多因素的影响,世界各主要汽车公司对螺纹紧固件摩擦系数的控制范围是,BMW:0.09~0.15,Ford:0.11~0.17,GE:0.10~0.16,VW:0.09~0.15,FAW:0.08~0.14。

2 试验研究

以M16×1.5(10.9 级)螺栓为研究对象,制造工艺流程采用热(处理)前滚丝和热(处理)后滚丝两种,表面处理工艺分别为电镀、电镀+涂膜、环保电镀(C347)和锌铝涂层(T647),螺栓的摩擦性能试验在SCHATZ摩擦性能试验机上进行,试验依据为GB/T 16823.3《紧固件扭矩-夹紧力试验》。

试验规范:拧紧至240 N·m;拧紧至屈服;

样品数量:25件。

3 分析与讨论

3.1 拧紧至240 N·m时的总摩擦系数

不同表面处理的螺栓拧紧至240 N·m时的总摩擦系数见图1。

由图1 得出以下结论。

a.电镀螺栓的总摩擦系数最大,算术差也最大;采用电镀+涂膜、环保电镀和锌铝涂层处理时,螺栓的总摩擦系数减小,摩擦系数算术差也减小。

b.对电镀螺栓而言,制造工艺采用热处理前滚丝的螺栓的总摩擦系数大于热后滚丝的,该规律同样适用于锌铝涂层处理的螺栓。

c.螺栓在进行热处理过程中,螺纹表面会产生磕碰伤,局部表面变得凹凸不平。如果螺纹滚丝在热处理前已经完成,则热处理时产生的磕碰伤会一直存在,而表面处理不能降低磕碰伤的影响,故热前滚丝螺栓经表面处理后的总摩擦系数较大;而热后滚丝会减轻热处理过程中产生的磕碰伤,减少螺纹局部表面的凹凸不平,因此螺栓总摩擦系数降低。

3.2 拧紧至240 N·m时的轴向夹紧力

经不同表面处理工艺处理的螺栓拧紧至240 N·m时的轴向夹紧力如图2 所示。

由图2 得出以下结论。

a.经普通电镀的螺栓,热前滚丝的轴向夹紧力最小,热后滚丝的夹紧力稍有增加。

b.经电镀+涂膜处理以及环保电镀(C347)后,轴向夹紧力增大;采用锌铝涂层(T647)处理时,螺栓的轴向夹紧力显著增加,其中热后滚丝+锌铝涂层处理的轴向夹紧力最大。

3.3 总摩擦系数μ与紧固扭矩T、轴向夹紧力F的关系

螺栓总摩擦系数μ与紧固扭矩T、轴向夹紧力F之间的关系如式(1)[3]所示。

式中,P为螺距,mm;d2为螺纹中径,mm;Db为螺栓头下支撑面的摩擦直径,mm。

轴向夹紧力F可用式(2)表示如下。

当选定试验螺栓后,d2和Db是固定的。紧固扭矩T一定时,总摩擦系数越大,作用在螺纹上的轴向夹紧力F越小。因此,当试验螺栓拧紧至240 Nm时,热前滚丝+电镀螺栓的总摩擦系数最大,轴向夹紧力最小;而热后滚丝+锌铝涂层处理螺栓的总摩擦系数最小,作用在螺栓上的轴向夹紧力最大。

3.4 拧紧至屈服时的扭矩

试验螺栓拧紧至屈服时的扭矩如图3 所示。

由图3 得出以下结论。

a.电镀螺栓拧紧至屈服时的扭矩最大;采用电镀+涂膜、环保电镀和锌铝涂层处理时,螺栓的拧紧至屈服时的扭矩减小。

b.热前滚丝电镀螺栓拧紧至屈服时的扭矩最大,扭矩散差也较大;采用先进的表面处理工艺后,螺栓拧紧至屈服时的扭矩降低,其中热后滚丝+锌铝涂层处理螺栓拧紧至屈服时的扭矩最小、扭矩散差也最小。

螺栓拧紧过程是一个克服摩擦(包括螺纹副摩擦及支撑面摩擦)的过程。通常情况下,约90%的装配扭矩都被螺纹副摩擦及支撑面摩擦消耗掉了,只有约10%的装配扭矩转化为螺栓轴向夹紧力[4,5]。因此,螺栓的摩擦系数越大,拧紧螺栓时因摩擦消耗的扭矩也越大,相应地总扭矩也就越大,故热前滚丝+电镀处理的螺栓拧紧至屈服时的扭矩最大;而热后滚丝+锌铝涂层的螺栓因摩擦系数最小,故拧紧至屈服时所需的扭矩也最小。

3.5 拧紧至屈服时的轴向夹紧力

经不同表面处理工艺处理的螺栓,拧紧至屈服时的轴向夹紧力如图4 所示。

由图4 可知,拧紧到屈服时,对普通电镀处理的螺栓而言,热前滚丝的轴向夹紧力最小;采用先进的表面处理工艺后,螺栓轴向夹紧力增加;采用热后滚丝+锌铝涂层处理时,螺栓的轴向夹紧力最大。另外,不同表面处理工艺处理的螺栓,无论拧紧至240 Nm还是屈服时,其轴向夹紧力的变化趋势与总摩擦系数变化趋势正好相反。

3.6 紧固扭距T、轴向夹紧力F、摩擦系数、螺纹公称直径d的关系

理论上,螺栓拧紧过程中紧固扭矩T、螺栓轴向夹紧力F、摩擦系数及螺纹形状尺寸之间的关系见式(3)[5]。

式中,μs为螺纹副摩擦系数;μw为端面摩擦系数;dp为螺栓有效直径,粗牙螺纹dp≈0.906d,mm;dw为端面摩擦圆等效直径,分别为摩擦圆的外径及内径,mm;d为螺纹公称直径,mm;b为螺纹升角,°;α′ 为垂直截面内的螺纹牙形半角,约为29°58′。

(3)式右侧可分别理解为螺纹副摩擦消耗的扭矩、螺栓伸长(产生轴向夹紧力)消耗的扭矩以及端面摩擦消耗的扭矩。

螺栓被拧紧时受到的是拉-扭复合应力,根据第三强度理论,螺栓许用等效应力σv可按式(4)求得。

式中,σ为螺栓轴向夹紧力F产生的拉应力,,MPa;τ为螺栓杆部承受的扭矩Ts所产生的切应力,,MPa。

根据式(3),作用在螺栓杆部的扭矩,并取tgβ=0.05(粗牙螺纹)、dp=1.05ds代入(4)式可得:

由式(5)可知,螺纹副的摩擦系数越大,则螺栓在相同轴力下的等效应力也越大。换言之,螺栓强度选定后,摩擦系数越大,螺栓所能承受的轴向力越小;摩擦系数越小,螺栓所能承受的轴向力越大。

本研究中,电镀螺栓热前滚丝时的摩擦系数最大,拧紧至屈服时,螺栓所能承受的轴向夹紧力越小;热后滚丝螺栓的摩擦系数减小,螺栓拧紧至屈服时的轴向夹紧力增大;锌铝涂层处理的螺栓,热后滚丝时的摩擦系数比热前滚丝小,故拧紧至屈服时所能承受的轴向夹紧力大。