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螺纹松动断裂原因以及防松策略综述

   2017-03-07 1190
核心提示:采用螺栓连接两个或两个以上构件时,由于螺纹升角小于当量摩擦角,所以螺纹可以自锁,达到连接可靠的目的。然而,在实际服役时,
    采用螺栓连接两个或两个以上构件时,由于螺纹升角小于当量摩擦角,所以螺纹可以自锁,达到连接可靠的目的。然而,在实际服役时,很多构件承受交变载荷、振动载荷、冲击载荷以及温度载荷的作用,螺纹副间的摩擦力会下降甚至消失,于是螺纹就产生了松动,因此螺纹连接必须进行防松处理。

       螺纹联检的本质就是防止螺纹副之间相对运动。当螺纹副相对转动时,螺纹间存在两类摩擦力矩来平衡螺纹副的转动力矩。由载荷与预紧力作用在螺纹副上产生的摩擦力矩和连接螺母与支承面之间的摩擦力矩。

       螺栓断裂通常原因来自四个方面:1)螺栓的质量问题;2)螺栓的预紧力矩不足;3)螺栓的强度不够;4)螺栓的疲劳强度较低。实际上,螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的,是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同,最后,我们总能从疲劳强度上找到原因,实际上螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。

 

       螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度:螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动,而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说,螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了,我们只使用了它大能力的万分之一,所以说螺纹紧固件的松动通常不是因为螺栓疲劳强度不足。

       螺纹紧固件损坏的真正原因是松动。螺纹紧固件松动后,产生巨大的动能,这种动能直接作用于紧固件及设备,致使紧固件损坏。 受轴向力作用的紧固件,螺纹被破坏,螺栓被拉断。受径向力作用的紧固件,螺栓被剪断,螺栓孔被打成橢圆。 

       螺纹紧固件的防松方式有四种:摩擦防松、机械防松、铆冲防松和结构防松。 

       摩擦防松是应用最广的一种防松方式,这种方式在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力,以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可通过轴向或同时两向压紧螺纹副来实现。如采用弹性垫圈、双螺母、自锁螺母和尼龙嵌件锁紧螺母等。这种防松方式对于螺母的拆卸比较方便,但在冲击、振动和变载荷的情况,一开始螺栓会因松弛导致预紧力下降,随着振动次数的增加,损失的预紧力缓慢地增多,最终将会导致螺母松脱、螺纹联接失效。 

       机械防松是用止动件直接限制螺纹副的相对转动。如采用开口销、串连钢丝和止动垫圈等。由于止动件没有预紧力,螺母松退到止动位置时防松止动件才能起作用,因此,这种方式实际上不防松而是防止脱落。 

       铆冲防松是在拧紧后采用冲点、焊接、粘接等方法,使螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆连接。这种方式的缺点是栓杆只能使用一次,且拆卸十分困难,必须破坏螺栓副方可拆卸。

       结构防松是利用螺纹副自身结构,即唐氏螺纹防松方式。前三类防松方式主要依靠第三者力进防松,主要是指摩擦力,其防松效果的好坏取决于第三者力的大小。而结构防松不依靠第三者力,仅依靠自身结构。结构防松方式即唐氏螺纹防松方式,也是目前最先进和效果最好的防松方式。

 
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