如何正确的设计螺栓接头才能保证螺栓不会出现松动?- 大数跨境

首页

如何正确的设计螺栓接头才能保证螺栓不会出现松动?

兹懋Zmart

2021-11-05

导读：扭矩转角法预紧力散差会更小，你知道原因吗？

如何正确的设计螺栓接头才能保证螺栓不会出现松动

介绍

实际上，任何复杂程度的工程产品都会使用螺纹紧固件。螺纹紧固件相对于其他连接方法的一个关键优势是，它们可以拆卸和重复使用。

这一特性通常是螺纹紧固件优于使用其他连接方法的原因，并且螺纹紧固件通常在保持产品结构完整性方面起着至关重要的作用。然而，它们也是机械产品和组件出现问题的一个重要来源，最主要的问题是无意中自松。在过去的150年里，发明家一直在设计可以防止这种松动的方法。许多常见的螺纹紧固件锁紧方法都是在100多年前发明的，但是直到最近才逐渐认识到什么才是导致自松的主要机理。导致螺纹紧固件松动的机理可分为旋转和非旋转松动。

旋转和非旋转松动

在绝大多数应用中，螺纹紧固件都是经过拧紧的。松动可以定义为拧紧完成后的预紧力损失。旋转松动，通常称为自松，是指紧固件在外部载荷作用下旋转造成预紧力的损失。非旋转松动是指内外螺纹之间没有相对运动，但发生预紧力损失。

紧固件因非旋转松动而松动

装配后，紧固件本身或接头变形可能导致非旋转性松动。这可能是这些界面部分塑性坍塌的结果。即使在中等载荷下，表面粗糙度凸出部分会大于材料的屈服强度，这些凸出处也会承受非常高的局部应力，产生局部塑性变形。

显示粗糙接触的放大表面

这种塌陷通常称为嵌入。在中等的表面应力条件下，最初的塌陷通常会导致大约1%到5%的夹紧力在接头拧紧后的前几秒钟内丢失。当随后通过施加的力对接头进行动态加载时，由于接头界面上发生的压力变化，接头会进一步减小。

由于嵌入损失而导致的松动在由几个薄接合面和螺栓小夹持长度组成的接头处是非常容易产品较大的预紧力嵌入损失。

紧固件自松理论

Gerhard Junker于1969年发表了一篇技术论文（“振动下紧固件自松的研究”SAE论文690055，1969），给出了他研究成果，该成果表明了螺纹紧固件自松原因的理论。他的关键发现是，一旦啮合螺纹之间以及紧固件的支承面和夹紧材料之间发生相对运动，预紧紧固件就会因旋转而松动。Junker发现横向动态载荷比轴向动态载荷产生更严重的自松条件。其原因是轴向载荷作用下的径向运动明显小于横向载荷作用下的径向运动。

螺栓联接的横向运动

研究表明，预紧的紧固件在配合螺纹与紧固件支撑面之间发生相对运动时就好发生自松现象。当作用在接头上的横向力大于螺栓预紧产生的摩擦力时，会发生这种相对运动。对于较小的横向位移，螺纹侧面和支撑区域接触面之间就可能发生相对运动。一旦螺纹间隙被克服，螺栓将受到弯曲力，如果横向滑动继续，螺栓头支撑面将发生滑动。一旦出现这种情况，螺纹和螺栓头将暂时没有摩擦。由于作用在螺纹螺旋角上的预紧力而产生的内部松动扭矩，在螺母和螺栓之间就会产生相关的旋转。

在反复的横向运动下，该机构可以完全松开紧固件。为了研究松脱的原因，容克开发了一种试验机，即所谓的“容克机”，它将量化紧固件设计的松脱阻力的有效性。最新的横向振动试验机是kistler的试验机，采用电机相位角控制位移的变化，基本不需要人工找松动的位移大小，可以自动确定松动的位移。

Kistler横向振动试验机

横向振动试验松动曲线

Junker横向振动试验（试验细节见规范DIN65151）用来比较各种紧固件设计的性能，以防其自松。在过去的二十年中，已经完成了大量的工作来调查现有的紧固件设计，以便对其抗振动松动性能进行比较。为了进行有效的比较，必须使用相同的振幅，因为这对结果有很大的影响。这里给出了弹簧垫圈的典型试验结果。

在一些试验中，将螺旋弹簧垫圈放在螺栓头下，会加速松动，其他试验也表明，使用弹簧垫圈与使用无任何锁定装置的螺栓具有类似的性能，没有能够起到很好的防松作用。

防止自松的关键是提供足够的螺栓载荷

容克和其他后来的研究者都指出了防止被连接件横向运动对防松的重要性。螺栓连接，其设计应确保来自螺栓的夹紧力产生的摩擦力足以防止连接板之间的横向移动，只有这样才能不会松动。在设计阶段，这可以通过选择紧固件的尺寸和强度来实现，这样预紧力可以产生足够的摩擦力，以防止外部载荷导致被连接件的滑动，也就不会产生松动的可能。

通常，拧紧方法主要用扭矩法来拧紧，以便能够经济地组装接头。需要考虑的一点是：在一批螺栓摩擦系数产生变化，同时拧紧扭矩也有一定范围时，就可以绘制出一个图表，图表显示由装配扭矩和摩擦系数引起的预紧力变化。

摩擦系数对螺栓预紧力的影响

【结语】

根据螺栓产生的最小预期预紧力设计接头将消除任何松动风险。但是，如果不应用“安全系数”，再采用预紧力平均值进行设计接头，这将导致螺栓在外力作用下产生滑动，从而引起松动的可能性。

以上就是对松动机理的分析，欢迎大家添加小编微信:18017569687，进群一起交流和探讨螺栓连接方面的技术。

关于兹懋

作为德国领先紧固技术在中国的代言人，旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。兹懋是来自德国的Kistler Remscheid (原Schatz)、ECM Datensysteme、AFS先进连接技术研究所驻中国的全权代表机构。提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准、分析的仪器设备，以及紧固连接全寿命周期的解决方案，并定期举办专业的紧固培训研讨会，深受业内好评。

【声明】内容源于网络

兹懋Zmart

兹懋Zmart 联系方式：180 1756 9687 邮箱：market@zmart-china.com 地址：上海市闵行区新骏环路777号2幢2层

内容 287

粉丝 0

兹懋Zmart 兹懋Zmart 联系方式：180 1756 9687 邮箱：market@zmart-china.com 地址：上海市闵行区新骏环路777号2幢2层

总阅读0

粉丝0

内容287