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标准与技术

紧固件防松性能的评定

发布时间:2018-04-16   来源:易紧通整理  

  一、评定防松性能的试验方法

  对于如何评定紧固件的防松性能.目前国内外普遍采用两种标准的试验方法。第一种  是紧固件加速振动试验方法(GJB 715.3--1989),第二种是紧固件横向振动试验方法(ISO 16130:2015或GB/T 10431--2008)。两者都是加速紧固件连接松动的试验方法,各有特点,第一种方法目前在国内主要用于航空航天系统,而第二种方法在汽车、机车车辆、工程机械、农机、重型、矿山、煤矿机械,以及家电行业采用,尤其为我国铁路提速研制新型螺纹紧固件提供了有效数据。

  由于纯横向力(加力方向垂直于紧固件轴线的外力)是导致螺纹连接产生松动的最苛刻的外力,它能使紧固件连接在短时间内产生松动。所以,这两种试验方法均对紧固件施加纯横向力。两种试验方法均可对各种紧固件连接的防松性能提供可再现的评定结果。

  与第二种方法相比,第一种方法的加载方式和振动、冲击条件更接近于各种紧固件的实际使用状态。第二种方法无法评定紧固件松连接的防松性能,而第一种方法则可以对各种紧固件松连接的防松性能提供可对比的评定结果。在工作状态下的螺纹紧固件连接,由于支承面的磨损、被连接件的受压下陷、螺栓的过载屈服或外载荷的作用等各种原因,可能会丧失预紧力,使其由拧紧状态的紧连接变为没有预紧力(或预紧力不足)的松连接。此时'保持紧固件自身的锁紧,使其在一定时间内松而不脱,对防止被连接件因分离而失效至关重要。因此,在评定紧固件松连接的防松脱寿命方面,第一种方法是不可或缺的。

  与第一种方法相比,第二种方法是对螺栓(或螺钉)直接加力,所以,它能使紧固件连接在更短的时间内产生松动,试验效率更高。第二种方法的另一个特点是可以精确地测量紧固件连接在振动试验过程中预紧力的变量,描述试验中预紧力的变化过程,给出预紧力与振动次数(或时间)的关系曲线图,并以预紧力下降的变量作为衡量紧固件连接松动的准则。这比第一种方法更为直观和准确,也更便于操作。此外,第二种方法可以较为准确地评定紧固件连接的扭一拉关系对防松性能的影响,这为进一步研究和设计各种新型防松紧固件提供了更为有效的试验途径。

  二、防松性能的试验结果

  根据防松性能的试验结果来评定各种防松方法,对紧固件的选用和紧固件防松方法和研究设计都有参考价值。虽然各种紧固件的防松性能受其结构、尺寸、材料、涂镀层、制造工艺、安装条件等各项因素的影响,其工作环境也各不相同,但是,按照上述的标准试验方法,在试验条件以及影响防松性能的各项因素尽可能一致的条件下,对各种紧固件防松性能的评定及其对比结果,具有较好的可信度和可比性。国内外在这方面的许多试验结果及评定结论是极其相近的,而且试验结果是可以再现的。各种紧固件在实际工作环境中的防松能力与通过试验所做出的评定结论是基本一致的。

  图19—11和图19—12是按照第一种方法,即紧固件加速振动试验方法规定的夹具和试验条件对各种紧固件进行防松性能试验的对比结果。其试验条件为:振动频率29~30 Hz,全振幅(11.4±O.4)mm,相应的加速度约20g。在试验中.由于紧固件在夹具槽孔内横向

  动(跳动幅度达19 mm).其瞬间的冲击加速度可能高达50g~80g。


  三、防松性能的试验结果分析

  图19—11和图19—12的试验结果表明,有预紧力的开槽螺母、涂厌氧胶的螺母以及尼龙圈锁紧螺母的抗振松寿命最长,经受长时间的剧烈冲击、振动后,仍无任何松动的迹象。也就是说.在各种紧固件的对比试验中,它们的防松性能最佳。

  过去认为,传统的双螺母防松性能不高。试验表明。改变双螺母的安装方法(见图19—6),使其保持较高的预紧力,其抗振寿命可显著提高。

  开槽螺母加开口销的防松方法属于机械固定件的锁紧防松,具有很高的防松可靠性。但开槽螺母加开口销的安装方法对其防松性能有显著的影响。不拧紧(即无预紧力)或拧紧不足的开槽螺母,在剧烈的冲击、振动下,只能在一定时间内防止螺母从螺栓上脱落。无预紧力的松连接在严酷的工作环境中会导致紧固件或被连接的其他构件早期疲劳破坏。图1 9—1I的试验结果表明,无预紧力的开槽螺母,由于开口销在螺母槽内受到反复冲击和剪切力的作用,在经受4万多次的冲击、振动以后,开口销断裂,螺母与螺栓分离,连接失效。因此,对于长期经受剧烈冲击、振动的开槽螺母,在安装时,必须施加合理的预紧力。在螺母槽与螺栓销孔对中装配时,应从拧紧方向扳拧螺母,使开口销紧固在螺母槽内,避免开口销在槽内移动,以防止连接的疲劳失效。

  涂厌氧胶螺母的防松属于破坏螺纹运动副关系,即不可拆卸的防松,其防松性能极佳。经受长时间振动试验后,仍无松动迹象。由于厌氧胶对螺纹紧固件的粘合锁紧能力很高,所以其抗振松寿命很长也就不足为奇了。

  尼龙圈锁紧螺母在国内外的实际应用中早已表明其优良的防松性能。国外有关专家甚至称其为永不松动的锁紧螺母。试验结果表明,这种螺母的防松性能比其他锁紧螺母高得多。其防松之所以如此可靠是由于螺母的尼龙圈紧紧箍住螺栓从而形成高弹性的横向压紧。在使用尼龙圈锁紧螺母时,应考虑尼龙圈的老化及温度的影响,对有这方面要求的螺母,应改变尼龙的材料或配方,以提高其抗老化及温度的性能。

  高锁螺母属于非圆收口的全金属锁紧螺母。试验用的高锁螺母是铝合金螺母,与其相配的是钢螺栓。较软的铝合金能更好地吸收外来的冲击、振动能,所以它比钢制的全金属锁紧螺母的防松性能要好。

  齿形锁紧垫圈、弹簧垫圈以及没有锁紧特性的普通螺母,它们的抗振松寿命仅为尼龙圈锁紧螺母的1%。相比之下,它们的防松性能很差,一般只用于不重要的场合。

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