螺紋連接松弛的原因及解決方法

tftmtgh 2019-04-10

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螺栓連接設(shè)計的歷史背景：

Junker關(guān)于緊固件自松的理論

Gerhard Junker 在1969年發(fā)布了一篇技術(shù)論文，他發(fā)現(xiàn)橫向動態(tài)載荷引起的緊固件自松的情況比僅僅的軸向載荷要明顯的多。
出現(xiàn)這種情況的原因是軸向載荷下徑向移動的量要比橫向載荷產(chǎn)生的移動量小很多。
螺紋副之間，承壓端面之間以及受夾緊力的工件之間發(fā)生相對位移，會立即引起預(yù)加載荷的緊固件的松脫。

Haviland 以及Kerley的研究：

20世紀80年代，來自樂泰（Loctite）公司的 Girard Haviland 以及來自NASA的James Kerley 基于Junker的理論進行了測試。主要結(jié)論如下：

1. 橫向運動 (也就是他們所說的側(cè)滑) 是緊固件產(chǎn)生松脫的主要原因

2. 低頻率-高振幅的橫向運動相比較高頻率-低振幅的運動更容易引起緊固件的損壞

3. 側(cè)滑是引起緊固件松脫的主要原因，彎曲載荷可能會導(dǎo)致緊固件松脫

如何測試螺栓是否會松脫？

Junker機

為了查找螺紋松脫的真正原因，Junker發(fā)明了一臺以他名字的測試設(shè)備—— “Junker 機”，這臺機器可以用來量化松脫的程度以及緊固件設(shè)計的穩(wěn)固性。
Junker機的設(shè)計原理是通過一個橫向的凸輪機構(gòu)的往復(fù)運動來實現(xiàn)對緊固件的動態(tài)沖擊。
當(dāng)這些沖擊導(dǎo)致緊固件足以克服之間的摩擦力之后，緊固件就會出現(xiàn)自松現(xiàn)象。

加入墊圈能否避免螺栓松脫？

六角螺栓的松脫曲線：加入平墊圈

緊固件之中加了平墊片會加快緊固件的松脫。

六角螺栓的松脫曲線：加入彈簧墊圈

在緊固件中加入彈簧墊圈會加快緊固件的自松。

六角螺栓的松脫曲線：彈簧墊圈加上平墊圈

在原有的彈簧墊圈下加裝一個平墊圈做同樣的測試，緊固件的軸向載荷會下降的非常迅速。

結(jié)論：普通的平墊圈和彈簧墊圈并不能有效防止螺栓松脫。

應(yīng)該如何避免螺栓松脫？

六角螺栓的松脫曲線：碟形帶自鎖墊圈和Nord防松墊圈

碟形自鎖墊圈和Nord自鎖墊圈可以有效地防止螺栓松脫

加了螺紋膠的螺栓可以保持其長時間的螺栓張力(就好比螺栓在正常使用的時候表面被保護了)，會有10%到20%的螺栓張力由于結(jié)合面的微觀顆粒作用而損失

六角螺栓的松脫曲線：施必牢（Spiralock）螺栓牙型

施必牢Spiralock螺紋對標(biāo)準內(nèi)螺紋副做了部分改動，即在螺紋底部增加了一個30°的升角

僅通過緊固件自鎖原理能否避免螺栓損壞？

即使通過緊固件通過自鎖原理可以保證其在測試時表現(xiàn)良好，但其預(yù)加載荷仍有可能由于材料的互相嵌入，變形而導(dǎo)致整個緊固件的軸向載荷為零

下圖螺栓是一個承受動態(tài)剪向載荷的螺栓，該螺母已經(jīng)用螺紋膠防松。但是即使螺母沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，即Junker測試結(jié)果良好，但是實際上螺桿的狀況已經(jīng)不能滿足正常使用！

結(jié)論：僅通過緊固件自鎖原理不能避免螺栓損壞

總結(jié)

目前廣泛使用的防松方法如下：

① 摩擦防松
這是應(yīng)用最廣的一種防松方式，這種方式在螺紋副之間產(chǎn)生一不隨外力變化的正壓力，以產(chǎn)生一可以阻止螺紋副相對轉(zhuǎn)動的摩擦力。

這種正壓力可通過軸向或同時兩向壓緊螺紋副來實現(xiàn)。

如采用彈性墊圈、雙螺母、自鎖螺母和尼龍嵌件鎖緊螺母等。

這種防松方式對于螺母的拆卸比較方便；但在沖擊、振動和變載荷的情況，一開始螺栓會因松弛導(dǎo)致預(yù)緊力下降，隨著振動次數(shù)的增加，損失的預(yù)緊力緩慢地增多，最終將會導(dǎo)致螺母松脫、螺紋聯(lián)接失效，這在使用墊圈的連接中特別明顯；雖然某些結(jié)構(gòu)可以比較有效地保證連接。

② 機械防松

用止動件直接限制螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。如采用開口銷、串連鋼絲和止動墊圈等。這種方式造成拆卸不方便。

③ 沖鉚焊防松

在擰緊后采用沖點、焊接、粘接等方法，使螺紋副失去運動副特性而連接成為不可拆連接。這種方式的缺點是栓桿只能使用一次，且拆卸十分困難，必須破壞螺栓副方可拆卸。

④結(jié)構(gòu)防松。

利用螺紋副自身結(jié)構(gòu)特點來進行防松，如唐氏螺紋防松方式：

唐氏螺紋同時具有左旋和右旋螺紋的特點。它既可以和左旋螺紋配合，又可以和右旋螺紋配合。聯(lián)接時使用兩種不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母稱為緊固螺母，非支承面上的螺母稱為鎖緊螺母。使用時先將緊固螺母預(yù)緊，再將鎖緊螺母預(yù)緊。

在振動、沖擊的情況下，緊固螺母會發(fā)生松動的趨勢，但是，由于緊固螺母的松退方向是鎖緊螺母的擰緊方向，鎖緊螺母的擰緊恰恰阻止了緊固螺母的松退，導(dǎo)致緊固螺母無法松動。

更多緊固件知識，參見閱讀原文鏈接。

廣而告知：

《汽車緊固連接設(shè)計與管理》4月13-14日上海

內(nèi)容綱要

這次課程的內(nèi)容極為豐富，首先非常詳盡地介紹緊固件基礎(chǔ)、連接點設(shè)計要點，接著到具體應(yīng)用場景設(shè)計實戰(zhàn)（底盤篇）、設(shè)計實戰(zhàn)（新能源篇）、再到工程師較為關(guān)心的緊固件典型失效模式分析、《汽車標(biāo)準件手冊》（2012版）解析，最終回歸主機廠緊固件數(shù)據(jù)庫案例剖析。每個章節(jié)都可以單獨拿出來作為一個課程，可以說是誠意滿滿。

第一天
上午	1、緊固件基礎(chǔ) 1) 螺栓：圖解螺栓的力學(xué)性能、強度等級、關(guān)鍵尺寸、末端形式以及制造工藝等 2) 螺母：介紹螺母的強度等級、制造工藝等 3) 鎖緊類緊固件：介紹不同的鎖緊類型及選用要點 4) 容納油漆緊固件：介紹不同主機廠過油漆后緊固件裝配的解決方案 5) 其他緊固件類型 6) 緊固件的表面處理：介紹電鍍、涂覆、防腐策略以及整車緊固件腐蝕評估
下午	7) 緊固扭矩解析：系統(tǒng)介紹動態(tài)扭矩、殘余扭矩以及靜態(tài)扭矩的作用和開發(fā) 2、螺紋連接點設(shè)計選擇要點詳細介紹連接的正向設(shè)計過程，以實際案例介紹連接的理論計算及選擇要點。 1) 連接點設(shè)計選擇的主要步驟 2) 工作載荷分析：線性滑移、旋轉(zhuǎn)滑移和復(fù)合載荷的計算 3) 緊固連接CAE分析：介紹緊固連接CAE分析的基本原理和判定方法 4) 尺寸校核
第二天
上午	5) 匹配件的強度校核 6) 被緊固件校核 7) 扭矩和關(guān)鍵特性的制定：詳解不同擰緊方式的影響因素及優(yōu)缺點；介紹緊固件在整車上的不同級別分類及控制策略。 3、緊固連接設(shè)計實戰(zhàn)（底盤篇）深入介紹懸置系統(tǒng)正向設(shè)計流程，輔以豐富圖例講解設(shè)計要點 1) 載荷分配和安全系數(shù)計算 2) 滑移有限元分析 3) 扭矩夾緊力校核 4) 界面尺寸檢查 5) 界面壓應(yīng)力校核 6) 支架工具空間檢查
下午	4、緊固連接設(shè)計實戰(zhàn)（新能源篇） 1) 輕量化趨勢 2) 鉚接類緊固件 3) 鋁制套筒 4) SPR和FDS 5) 案例1：電池包與車身的連接 6) 案例2：雨刮臂的緊固連接 7) 案例3：輕質(zhì)玻璃尾門與車身的連接 5、緊固件典型失效模式分析 1) 典型失效模式 2) 失效原因分析：介紹裝配時夾緊力過低的原因，底盤螺栓松動的可能原因，底盤螺栓斷裂的可能原因 3) 底盤緊固件失效案例剖析 6、《汽車標(biāo)準件手冊》（2012版）解析 1) 《汽車標(biāo)準件手冊》主要內(nèi)容介紹 2) 《汽車標(biāo)準件手冊》的貢獻及局限性 7、主機廠緊固件數(shù)據(jù)庫案例剖析主要介紹汽標(biāo)、美系、日系主機廠緊固件數(shù)據(jù)庫的特點，客觀分析其優(yōu)缺點。

專家介紹

授課老師：高級工程師，中國汽車工程學(xué)會（CSAE）特聘汽車緊固件標(biāo)準審核專家?，F(xiàn)任某汽車公司緊固件經(jīng)理。過去 11 年間一直在主機廠從事緊固件設(shè)計及管理工作，期間參與了30余個整車項目的緊固件設(shè)計/管理工作，在整車各功能塊緊固件的應(yīng)用及問題解決方面積累了豐富的經(jīng)驗。擔(dān)任《汽車緊固件實用技術(shù)手冊》（科學(xué)出版社）副主編，《汽車標(biāo)準件手冊》（2012版）編委。早期曾在國內(nèi)某知名汽車緊固件企業(yè)工作兩年多，對緊固件的生產(chǎn)制造工藝也有相應(yīng)的了解。

會議細節(jié)

費用

1、2500元/人（含兩天午餐）

2、優(yōu)惠活動：完成以下兩項可享受優(yōu)惠價2000元/人

a）提前付款（3月8日之前）

b）將此報名信息轉(zhuǎn)發(fā)朋友圈并截圖上傳至報名表中

會議地址：

上海市浦東新區(qū)王橋路999號中邦MOHO 1022棟

來源：阿普拉斯科普柯，茲懋儀器科技