螺栓松動(dòng)的5個(gè)原因及防松方式
- 2020-10-10 16:29:07
- 梁新瓊 原創(chuàng )
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螺栓松動(dòng)的5個(gè)原因及防松方式
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什么原因導致螺栓松動(dòng)?
在螺栓連接中,擰緊螺母實(shí)際上會(huì )使螺栓伸長(cháng),就像拉動(dòng)一個(gè)剛硬的彈簧一樣,如圖。這種拉力,或者叫張力,會(huì )對被連接件產(chǎn)生相反的夾緊力,將被連接件的兩部分或更多部分緊密的固定在一起。如果螺栓松動(dòng),夾緊力就會(huì )減弱降低。
螺栓松動(dòng)分為旋轉松動(dòng)和非旋轉松動(dòng)。
非旋轉松動(dòng)很難初期很難覺(jué)察到,只有長(cháng)時(shí)間預緊力下降,零件出現滑動(dòng),磨損等才能表現出來(lái),因此,這種松動(dòng)危害是比較大,同時(shí),這種松動(dòng)只要設計好了,往往能夠避免。
非旋轉松動(dòng)主要是嵌入損失、滑動(dòng)磨損、被連接件塑性變形、螺栓承受高溫蠕變、被連接件使用的與螺栓不一致的材料等。
螺栓擰緊后由于螺栓頭與被連接件、螺母端面與被連接件、螺紋、被連接件之間的接觸面存在微觀(guān)的表面凹凸不平,在擰緊后這些凹凸不平的高點(diǎn)就會(huì )產(chǎn)生材料的壓潰永久塑性變形,造成夾緊力的損失。
如果設計的夾緊力不足以抵抗外部的橫向載荷,就會(huì )在承受外載荷后結合面之間產(chǎn)生滑動(dòng),引起零件的磨損,引起被夾緊零件長(cháng)度減小,從而造成螺栓預緊力的降低。
被連接件如果設計的不合理,如襯套壁厚設計太薄,或襯套的材料強度比較低,在螺栓擰緊后,襯套承受的壓應力就會(huì )超出材料的強度,長(cháng)時(shí)間受力后就會(huì )造成預緊力的下降。
被連接件的塑性變形也包括開(kāi)檔(開(kāi)口)結構的零件設計的間隙太大,或平行度、平面度太大等,在螺栓擰緊后開(kāi)檔的鈑金件也會(huì )容易出現塑性變形,從而引起扭矩衰減和預緊力的下降。
螺栓連接應用于高溫場(chǎng)合時(shí),材料會(huì )產(chǎn)生蠕變,在高溫時(shí)造成預緊力的下降。由于螺栓和被連接件的材料不同,線(xiàn)膨脹系統不同,在設計時(shí)如果沒(méi)有考慮這些因素,例如在夏天裝配后,在冬天使用時(shí),由于鋁合金的線(xiàn)膨脹系數更大,預緊力會(huì )下降,有可能就不能達到設計時(shí)的要求。
旋轉松動(dòng)比較容易發(fā)現,由于目前大多數企業(yè)螺栓擰緊以后,會(huì )在螺栓和被連接件上畫(huà)上標記線(xiàn),只要出現松動(dòng)就能比較容易的發(fā)現。
螺栓受到橫向載荷、扭矩更加容易造成螺栓的旋轉松動(dòng),如果螺栓僅僅受到軸向載荷相對不會(huì )引起旋轉松動(dòng)。
螺栓松動(dòng)原因分析
螺栓松動(dòng)至少有五種原因,他們可以單獨發(fā)生,也可以同時(shí)發(fā)生:
1擰緊不足
根據前面說(shuō)明,擰緊不足的螺栓如果再出現松動(dòng),接頭便沒(méi)有足夠的夾緊力將各個(gè)部分固定在一起。這可能導致兩個(gè)零件之間橫向滑動(dòng)或連接件分離,從而就會(huì )在螺栓上施加不必要的剪切應力或較大的軸向應力,最終可能導致螺栓斷裂,如圖。
2振動(dòng)
對螺栓連接在振動(dòng)下的試驗表明,許多小的“橫向”滑動(dòng)導致連接的兩個(gè)部分相互運動(dòng),同時(shí)螺栓頭或螺母與被連接件也會(huì )產(chǎn)生運動(dòng)。這些重復的運動(dòng)會(huì )抵消螺栓和被連接件之間的摩擦力。最終,振動(dòng)將導致螺栓的螺紋上“旋轉松開(kāi)”,接頭失去夾緊力。
3嵌入和熱膨脹
設計開(kāi)發(fā)螺栓張力的工程師允許有一段磨合期,產(chǎn)生一定的預緊力損失,在此期間,螺栓的緊密度會(huì )松弛到一定程度。這種松弛是由于螺栓頭和/或螺母、螺紋及被連接件結合面之間嵌入造成的,并且可以在軟材料(如復合材料)以及硬質(zhì)拋光金屬都會(huì )發(fā)生。如果接頭設計不當,或者在開(kāi)始時(shí)螺栓未達到規定張力,則接頭的嵌入損失可能導致夾緊力小于所需的最小夾緊力。
4墊片蠕變
許多螺栓接頭在螺栓頭和接頭表面之間包括一個(gè)薄而軟的墊圈,以完全密封接頭,防止氣體或液體泄漏。墊圈本身也是能夠起到彈簧的作用,在螺栓和接合面的壓力下回彈。
隨著(zhù)時(shí)間的推移,尤其是接近高溫或腐蝕性化學(xué)品時(shí),墊圈可能會(huì )“蠕變”老化,這意味著(zhù)它失去彈性,導致夾緊力的損失。如果緊挨螺栓的墊圈區域被內部壓力沖破,或者螺栓沒(méi)有均勻地擰緊到接頭的整個(gè)表面,也可能發(fā)生這種情況。
如果螺栓和接頭的材料不同,由于環(huán)境快速變化或工業(yè)循環(huán)過(guò)程導致的溫度差異過(guò)大以及裝配和使用的環(huán)境溫度差異太大,都會(huì )導致螺栓材料迅速膨脹或收縮,可能會(huì )使螺栓松動(dòng)或預緊力下降。
5沖擊
來(lái)自機械、發(fā)電機、風(fēng)力渦輪機、汽車(chē)等設備的動(dòng)態(tài)或交變載荷可導致較大的機械沖擊,這樣沖擊力施加在螺栓或接頭上,導致螺栓發(fā)生相對滑動(dòng)。就像較大振幅的振動(dòng)一樣,這種滑動(dòng)最終會(huì )導致螺栓松動(dòng)。
這些工況在設計時(shí)候往往不會(huì )考慮到,或者這種載荷不常見(jiàn)或者基本不會(huì )發(fā)生,為了降低重量和成本,螺栓接頭在這種濫用工況下允許產(chǎn)生滑動(dòng),只要不被剪斷即可。
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