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螺紋連接松弛的原因及解決方法

 tftmtgh 2019-04-10

螺栓連接設計的歷史背景:

Junker關于緊固件自松的理論

  • Gerhard Junker 在1969年發(fā)布了一篇技術論文,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。主要結論如下:

1. 橫向運動 (也就是他們所說的側滑) 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. 側滑是引起緊固件松脫的主要原因,彎曲載荷可能會導致緊固件松脫


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備—— “Junker 機”,這臺機器可以用來量化松脫的程度以及緊固件設計的穩(wěn)固性。

  • Junker機的設計原理是通過一個橫向的凸輪機構的往復運動來實現(xiàn)對緊固件的動態(tài)沖擊。

  • 當這些沖擊導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?

01

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。

02

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。

03

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。

結論:普通的平墊圈和彈簧墊圈并不能有效防止螺栓松脫。

應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,但其預加載荷仍有可能由于材料的互相嵌入,變形而導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,即Junker測試結果良好,但是實際上螺桿的狀況已經(jīng)不能滿足正常使用!

結論:僅通過緊固件自鎖原理不能避免螺栓損壞

總結

目前廣泛使用的防松方法如下:

① 摩擦防松
這是應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致預緊力下降,隨著振動次數(shù)的增加,損失的預緊力緩慢地增多,最終將會導致螺母松脫、螺紋聯(lián)接失效,這在使用墊圈的連接中特別明顯;雖然某些結構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結構防松。

利用螺紋副自身結構特點來進行防松,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緊,再將鎖緊螺母預緊。

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、連接點設計要點,接著到具體應用場景設計實戰(zhàn)(底盤篇)、設計實戰(zhàn)(新能源篇)、再到工程師較為關心的緊固件典型失效模式分析、《汽車標準件手冊》(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

1)   螺栓:圖解螺栓的力學性能、強度等級、關鍵尺寸、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、螺紋連接點設計選擇要點

詳細介紹連接的正向設計過程,以實際案例介紹連接的理論計算及選擇要點。

1)   連接點設計選擇的主要步驟

2)   工作載荷分析:線性滑移、旋轉滑移和復合載荷的計算

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、緊固連接設計實戰(zhàn)(底盤篇)

深入介紹懸置系統(tǒng)正向設計流程,輔以豐富圖例講解設計要點

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)   界面壓應力校核

6)   支架工具空間檢查

下午

4、緊固連接設計實戰(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、《汽車標準件手冊》(2012版)解析

1)   《汽車標準件手冊》主要內(nèi)容介紹

2)   《汽車標準件手冊》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、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,中國汽車工程學會(CSAE)特聘汽車緊固件標準審核專家?,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計及管理工作,期間參與了30余個整車項目的緊固件設計/管理工作,在整車各功能塊緊固件的應用及問題解決方面積累了豐富的經(jīng)驗。擔任《汽車緊固件實用技術手冊》(科學出版社)副主編,《汽車標準件手冊》(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 

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