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螺栓松動的5個原因及防松方式

2020-10-10 16:29:07
梁新瓊
原創(chuàng)
14070

螺栓松動的5個原因及防松方式

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什么原因導致螺栓松動?

    在螺栓連接中,擰緊螺母實際上會使螺栓伸長,就像拉動一個剛硬的彈簧一樣,如圖。這種拉力,或者叫張力,會對被連接件產(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,夾緊力就會減弱降低。


    螺栓松動分為旋轉松動和非旋轉松動。

    非旋轉松動很難初期很難覺察到,只有長時間預緊力下降,零件出現(xiàn)滑動,磨損等才能表現(xiàn)出來,因此,這種松動危害是比較大,同時,這種松動只要設計好了,往往能夠避免。

    非旋轉松動主要是嵌入損失、滑動磨損、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的表面凹凸不平,在擰緊后這些凹凸不平的高點就會產(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,就會在承受外載荷后結合面之間產(chǎn)生滑動,引起零件的磨損,引起被夾緊零件長度減小,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超出材料的強度,長時間受力后就會造成預緊力的下降。

    被連接件的塑性變形也包括開檔(開口)結構的零件設計的間隙太大,或平行度、平面度太大等,在螺栓擰緊后開檔的鈑金件也會容易出現(xiàn)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合時,材料會產(chǎn)生蠕變,在高溫時造成預緊力的下降。由于螺栓和被連接件的材料不同,線膨脹系統(tǒng)不同,在設計時如果沒有考慮這些因素,例如在夏天裝配后,在冬天使用時,由于鋁合金的線膨脹系數(shù)更大,預緊力會下降,有可能就不能達到設計時的要求。

    旋轉松動比較容易發(fā)現(xiàn),由于目前大多數(shù)企業(yè)螺栓擰緊以后,會在螺栓和被連接件上畫上標記線,只要出現(xiàn)松動就能比較容易的發(fā)現(xiàn)。

    螺栓受到橫向載荷、扭矩更加容易造成螺栓的旋轉松動,如果螺栓僅僅受到軸向載荷相對不會引起旋轉松動。

螺栓松動原因分析

    螺栓松動至少有五種原因,他們可以單獨發(fā)生,也可以同時發(fā)生:

1擰緊不足

    根據(jù)前面說明,擰緊不足的螺栓如果再出現(xiàn)松動,接頭便沒有足夠的夾緊力將各個部分固定在一起。這可能導致兩個零件之間橫向滑動或連接件分離,從而就會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

    對螺栓連接在振動下的試驗表明,許多小的“橫向”滑動導致連接的兩個部分相互運動,同時螺栓頭或螺母與被連接件也會產(chǎn)生運動。這些重復的運動會抵消螺栓和被連接件之間的摩擦力。最終,振動將導致螺栓的螺紋上“旋轉松開”,接頭失去夾緊力。

3嵌入和熱膨脹

    設計開發(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)以及硬質拋光金屬都會發(fā)生。如果接頭設計不當,或者在開始時螺栓未達到規(guī)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。

    隨著時間的推移,尤其是接近高溫或腐蝕性化學品時,墊圈可能會“蠕變”老化,這意味著它失去彈性,導致夾緊力的損失。如果緊挨螺栓的墊圈區(qū)域被內部壓力沖破,或者螺栓沒有均勻地擰緊到接頭的整個表面,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)過程導致的溫度差異過大以及裝配和使用的環(huán)境溫度差異太大,都會導致螺栓材料迅速膨脹或收縮,可能會使螺栓松動或預緊力下降。

5沖擊

    來自機械、發(fā)電機、風力渦輪機、汽車等設備的動態(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。就像較大振幅的振動一樣,這種滑動最終會導致螺栓松動。

 

    這些工況在設計時候往往不會考慮到,或者這種載荷不常見或者基本不會發(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,只要不被剪斷即可。

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