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2023-11-19
紧固件常识
2023-11-19

一、螺纹连接

在螺纹连接中,螺纹的受力均衡性决定螺纹连接的紧固能力,包括载荷能力和防松能力,螺纹的载荷能力决定防松能力,载荷能力越大,防松能力就越好;防松能力只是紧固能力的一种体现,并不能提高螺纹的载荷能力。

 通用螺纹连接中螺母与螺栓螺距相等,紧固时螺栓受拉、螺母受压,各圈螺纹受力并不均相等,这一结构性缺陷会大幅降低螺纹的紧固能力。

在振动、冲击等交变载荷下,螺纹的塑性变形区间不断扩展,造成轴向位移不断增加,预紧力不断减小;当松动趋势瞬时小于紧固力矩时螺母与螺栓相对旋转,直到脱落。

“松”表示预紧力的减小,是一个过程;“动”表示螺栓螺母相对旋转,是一种状态;“松”不一定会动,“动”一定是松了。因此通过标记螺母螺栓相对位置的方法来观看螺母是否松动并不可取。

二、螺纹受力

常规(螺栓与螺母螺距相等)螺纹连接时螺母螺纹受压、螺栓螺纹受拉,必然造成各圈螺纹受力不等,此结构性缺陷是导致螺纹连接失效的根本原因,包括连接松动、螺纹脱扣和螺栓断裂等。

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理论论证:设螺纹螺距为P,螺母螺纹1受力为F1,螺母螺纹2受力为F2,螺母螺纹3受力为F3;螺栓螺纹A受力为FA, 螺栓螺纹B受力为FB, 螺栓螺纹C受力为FC. 根据力的相互作用,则有:F1=FA,F2=FB,F3=FC

假设各圈螺纹受力相等,即:F1=F2=F3=FA=FB=FC,则受压的螺母螺纹变形一致,螺纹之间的距离等于螺纹螺距P。此时螺栓螺纹受拉,螺栓螺纹B与螺栓螺纹A之间的距离在拉力FB的作用下拉伸变长,大于螺纹螺距P,从而导致螺母螺纹2与螺母螺纹1之间的螺距P增大,F2减小,即F2<F1;同理可得F3<F2。因此假设不成立,各圈螺纹受力不相等。


太井防松螺母(螺母螺距大于螺栓螺距)通过改变螺母螺距均衡螺纹受力,结构性杜绝螺纹塑性变形,从而实现真正意义上的防松,不仅拥有出色的防松效果和载荷能力,还可以大幅降低螺栓断裂概率。

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理论论证:设螺栓螺距为P,螺母螺距与螺栓螺距相差Δ,理此值等于螺栓受力F时螺距的伸长量;螺母螺纹受压时螺母螺纹减小量为θ,螺母螺距为P+Δ。

螺栓受力F时,螺栓螺纹B与螺母螺纹2接触,此时螺栓螺纹C承载力为F,螺纹C与螺纹B的螺距为P+θ,螺母螺纹3与螺纹2的螺距等于P+Δ-θ;

螺栓受力2F时,螺栓螺纹A与螺母螺纹1接触,此时螺栓螺纹B承载力为F, 螺纹B与螺纹A的螺距为P+θ,螺母螺纹2与螺纹1的螺距等于P+Δ-θ, 螺母螺纹3与螺纹2的螺距等于P+Δ-θ+θ=P+Δ。

以此类推,受力后螺母螺纹螺距不变,等于P+Δ;螺栓各圈螺纹螺距均为P+θ,伸长量均为θ,所以各圈螺纹受力相等。

三、螺纹连接松动

螺纹连接松动本质上是预紧力不断减小的过程,从第一阶段的非旋转松动到第二阶段的旋转松动,直至完全松脱。

螺纹紧固过程中螺母受压、螺栓受拉(图2),必然造成螺纹受力不均,其中右端螺纹受力比例最大,左端螺纹受力最小,受力比例最大的螺纹容易塑性变形。在变动载荷中,螺纹塑性变形区域不断裂扩展,预紧力不断减小,当残余预紧力小于瞬时松动趋势时,产生旋转松动。

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四、提高防松效果的措施

1、减小螺栓直径;

2、增加螺栓有效长度;

3、增加螺母厚度;

4、防止螺纹相对转动;

5、防止螺纹塑性变形。

五、防松结构

1、主动防松结构:通过保持预紧力实现防松的结构,如:太井紧固技术、施必牢紧固技术;依靠预紧力实现防松的方式才是真正意义上防松。

2、被动防松结构:通过附加结构防止螺栓与螺母相对旋转的方式实现防松的结构,如:尼龙螺母、偏心螺母、锥压螺母等;此类防松结构理论只能防止螺母旋转松动和脱落,预紧力减小造成的连接松弛没有任何体现。

六、永不松动连接

在设备的设计使用年限内无需维护,始终保持必要预紧力的螺纹连接称为永不松动连接,均衡螺纹受力,杜绝螺纹塑性变形是实现永不松动连接的基础。