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技术原理

       在机械设备的连接部位的设计中大量使用螺栓和螺母配合的紧固方式,这种连接方式成本低,安装灵活,应用范围很广。但是这种连接方式在设备经历剧烈震动时会发生自动脱落,导致紧固性能失效,设备发生故障。很多的重大质量事故都是因为小小的紧固件松脱引起的。

       为了解决紧固件的松脱问题,许多科学家和工程师采用了垫圈、化学涂胶、销钉、锁片、尼龙锁紧、物理变形等多种辅助防松办法,但是只能起到临时解决问题的效果,没有从松脱的根源上解决问题。

       螺纹紧固件防松原理的关键在于螺纹的结构形状。美国工程师在研究了紧固件的受力情况及螺纹结构后,重新设计螺母螺纹的几何形状,发明了这种现在被称为变牙型30°楔形的防松螺纹,从根本上解决了紧固件的松脱问题。

       30°变牙型防松螺母有独特的螺纹结构,它的阴螺纹的牙底处有一个30°的楔形斜面,当螺栓和螺母相互拧紧时,螺栓的牙尖就紧紧地顶在螺母的30°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线成60度角,而不是普通螺纹的30度角。这样的螺纹形式使30°变牙型螺纹法向压力远远大于扣紧压力,所产生的防松摩擦力也大大增加。同时,阳螺纹牙顶在与30°变牙型阴螺纹咬合时,牙顶处齿尖发生局部弹性变形,使载荷均匀地分布在接触的螺旋线全长上(见图1),避免了普通标准螺纹咬合时,80%以上的总载荷集中作用在第一和第二牙的螺纹面上的现象。因此,30°变牙型螺纹联结副不仅克服了普通标准螺纹联结副在振动条件下易于松动的缺点,而且大大延长了螺栓的使用寿命。

 



pc蛋蛋app下载 图1 普通螺纹与30°变牙型螺纹受力图

 

        中国机械工业通用零部件产品质量监督中心用容克式(JUNKERS)振动试验机作了横向负载振动试验, 30°变牙型螺纹显示出它具有非常优异的抗振动能力(见图2 三种螺母的对比)。他们试验了三种基本的螺母:30°变牙型防松螺母、普通标准螺母和有效力矩锁紧螺母。用同样的标准螺栓、同样的振幅频率、同样的紧固负载力矩在同一台试验机上试验,试验时间为二分钟。结果普通标准螺母全部松脱;有效力矩锁紧螺母失去了70%的锁紧能力;而变牙型30°楔形防松螺母仍然能够保持75%以上的残余轴力,验证了其可靠的自锁能力。

       在以上试验的基础上,对三种螺纹的重复使用性作进一步的横向振动试验:30°变牙型防松螺母经过力矩扳手反复拧紧和拧松,其锁紧力仍然不减少,保持螺母原有的锁紧效果,证明其能够重复使用;而普通标准螺母和有效力矩锁紧螺母在几次拧紧和拧松后,锁紧力不断减少直至完全丧失锁紧能力,证明它们无法重复使用。

       上海振高公司生产的30°变牙型防松螺母的防松性能检测数据见《机械工业通用零部件产品质量监督检测中心检验报告》(通检委字第101884号)。

 





 
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