當(dāng)擰緊螺紋緊固件時,向緊固件輸入能量,撤去擰緊力矩后,由于螺旋副的自鎖作用和螺母、螺栓頭與被聯(lián)接件支撐面接觸表面上的摩擦力,這個能量大部分被存儲在緊固件中,使螺栓承受拉力,被聯(lián)接件承受壓力,這就是預(yù)緊力。
若沒有外界因素使這個能量釋放出來,預(yù)緊力就不會減少或消失。但是,當(dāng)螺紋聯(lián)接受沖擊振動或交變載荷作用時,螺紋副之間和支撐面之間的摩擦力可能瞬時消失,或在經(jīng)過一段時間后會使聯(lián)接松動甚至松脫,從而導(dǎo)致機器不能正常工作甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。在高溫或溫度變化較大的情況下,由于螺紋聯(lián)接件和被聯(lián)接件的材料發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛,也會使聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力逐漸減小,導(dǎo)致聯(lián)接松動。因此為保證聯(lián)接安全可靠,必須采取有效的防松措施,避免螺母松動。
螺紋聯(lián)接防松的實質(zhì),在于防止工作時螺栓與螺母的相對轉(zhuǎn)動,具體的防松方法和防松裝置很多。常見的諸如:雙螺母、彈簧墊圈、開縫螺母、鎖緊螺母、緊定螺釘固定和不完整螺尾等,都屬于摩擦防松。
摩擦防松原理是在螺旋副中產(chǎn)生附加壓力,從而始終有摩擦力矩存在,防止螺母相對螺栓轉(zhuǎn)動。一般而言,摩擦防松具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的特點,但防松的可靠性較差,對于振動、沖擊和動載較大的工況,同樣會產(chǎn)生不同程度的螺母松動現(xiàn)象,同時摩擦防松對于防止螺紋聯(lián)接的初期松脫非常有效,但當(dāng)螺紋聯(lián)接已經(jīng)松脫到一定程度后,該類防松方法就不再起作用。
雙螺母是靠增大摩擦力來防松的一種方法,是比彈簧墊圈有效得多的一種方法。
由圖2.5(a)可見,當(dāng)擰上第一個螺母時,螺母螺紋牙形的上側(cè)與螺栓螺紋牙接觸,擰上第二個螺母(稱副螺母或防松螺母)后,螺母和螺栓的牙接觸發(fā)生變化。在實際操作過程中,雙螺母擰緊有兩種情況:
(1)當(dāng)施加在第二個螺母上的力矩不足以抵消下螺母所受的壓力時(如圖 2.5b),這時上、下螺母副之間沒有附加的壓力,上下螺母只相當(dāng)于一個螺母。在受到交變載荷時,下螺母與螺桿形成的螺旋副間的摩擦力可能減小或瞬時消失,上螺母與螺桿所形成的螺旋副間的摩擦力也有可能減小和瞬時消失,上下螺母就有可能松動,這時雙螺母起不到防松作用。
(2)當(dāng)施加在上螺母上的力矩足以克服下螺母所受的力時(如圖 2.5c),這時,上螺母螺紋牙形的上側(cè)與螺栓螺紋牙下側(cè)接觸,而下螺母螺紋牙的下側(cè)與螺栓螺紋牙的上側(cè)接觸。兩個螺母對頂擰緊后,螺母副始終受到附加的壓力和摩擦力的作用,工作載荷有變化時該摩擦力仍然存在,這樣就起到了防松的作用。
嚴(yán)格地講,在裝配過程中,雙螺母聯(lián)接防松應(yīng)使厚螺母在上作為主螺母。目前,國內(nèi)常用的安裝方法是先使用規(guī)定擰緊力矩的 80% 擰緊副螺母,再用 100% 的擰緊力矩擰緊主螺母;而國外的安裝方法是先用規(guī)定擰緊力矩的 25% ~ 50% 擰緊副螺母,然后用 100% 的擰緊力矩擰緊主螺母。
但在實踐中,考慮到薄厚螺母裝配順序容易顛倒,在結(jié)束狀態(tài)時,因主螺母承載較大,若主螺母較薄,受載后螺紋牙承載能力較弱,使其螺旋副容易出現(xiàn)滑絲或脫扣導(dǎo)致“擰緊對頂”失效,以及預(yù)緊時扳手的有效厚度對預(yù)緊效果的影響,所以宜使用等厚度的兩個螺母裝配,以達到預(yù)期的防松效果。
本文前三小節(jié)抄錄自參考文獻[1],第四小節(jié)摘錄自文獻[2]:
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