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防止螺纹连接松动

发布时间:2021/10/28

螺纹连接在变载、振动和冲击作用下,以及工作温度变化很大时可能松动。由松动引起连接预紧力减小甚至尚失,从而不能保证连接的紧密性,甚至造成连接松脱或连接中各件过早发生疲劳破坏,最后导致机器或装备等发生严重事故。
(一)松动原理
一般螺栓螺母均采用普通螺纹,由于在静载荷下,螺纹升角小于螺纹副的当量摩擦角。所以螺栓螺母螺纹副满足自锁条件,再加上拧紧后螺母(或螺栓)与被连接件或垫圈支撑面之间的摩擦,因此,如果不是支撑面压陷过深,在静载荷下都能保证连接不松动。
螺母在开始松动时,要克服螺纹力矩和螺母支撑面力矩的阻碍。在螺栓预紧力Qp的作用下,总的阻止螺母松动的力矩T’使螺母松动的力矩大小与此相等,T’近似等于拧紧力矩T的80%。可以认为,以力矩T拧紧的螺栓连接,只要作用在螺母或螺栓头部的松动力矩不大于0.8T,连接就不会发生松动。但在变载、振动和冲击作用下,螺纹副的摩擦系数急剧下降,且螺纹副和螺母支撑面处的摩擦阻力会瞬间消失。螺纹副不能满足自锁条件而有微量滑动,导致螺母回转,这样多次重复就会导致螺栓连接松动。
在螺母受压的受拉螺栓连接中,当拉力作用时,由于螺纹牙侧面正压力的径向分力使螺母母体径向扩张;而螺栓栓杆则径向收缩,因此螺纹副间酱油微量滑动。实验证明,当有此径向相对滑动时,螺母相对于螺栓回转的切向滑动很容易产生。这种现象重复出现就会导致连接松动。
以上是关于螺栓在拉力载荷作用下从微量相对滑动到回转而最后导致连接松动原理的两种分析。
另外即使螺母不回转,螺母和螺栓头部与被连接件或垫圈的支撑面由于压强过大而产生塑性环状压陷,并且在使用中这种塑性变形还可能继续发生,结果使连接的预紧力减小,也可能造成连接松动。
还有螺栓连接中互相接触面(如螺纹牙侧面、各支撑面、被连接件相互接触面)由于粗糙度、波纹、形状误差等,在拧紧时产生局部塑形变形,并且在使用中的外力累积作用下,有一部分变形会继续发展,这也会导致连接松动。对于某一具体螺栓连接,其松动可能是多种因素引起的,因而涉及的几种松动原理,其中有主有次。因此防松螺栓连接松动应针对各个因素采取措施,而其根本是防止螺纹副向松动方向相对运动。一般情况增大预紧力是有利于防松的。再如克服上述两种因塑性变形而松动的常用方法是采用大垫圈以减小压强和在连接工作一段时间后补拧螺母以消除松动。
(二)防松方法
根据防松原理可以分为靠摩擦力、直接锁住和破坏螺纹运动副关系三种。1、摩擦防松:在螺纹副间产生一个不随外力变化的正压力,以产生一个可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可以通过轴向或横向或同时两向压紧螺纹副来实现。2、直接锁住:用止动件直接限制螺纹副相对转动。3、破坏螺纹副运动关系:在拧紧后采用冲点、焊接、粘结等方法,使螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆卸的连接。
采用细牙螺纹,利用其升角小而达成摩擦防松或同时采取两种防松方法,互为补充等,都是好的设计构思。航空航天机械用螺栓螺母其螺纹直径大于10mm的和许多承受变载的机械用螺栓螺母,都采用细牙罗威那的原因之一也在此。

常用螺栓连接防松方法,对螺钉连接和双头螺柱连接也适用。

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