GUIDE
导读
普通螺母在使用过程由于振动等其它原因会自行松脱,为防止这种现象,于是就发明了自锁螺母。
自锁螺母它的功能主要是防松、抗振,用于特殊场合。
其工作原理一般是靠摩擦力自锁,因为它们不是在“自由旋转”,而是需要一定的有效力矩来完成装配。
多年来,开发的锁紧螺母样式繁多,但我们将集中于两大类别:全金属锁紧螺母和尼龙嵌件锁紧螺母。
01
锁紧螺母重复使用特性研究
1、重复使用,对紧固件防松性能的影响研究
选用两种典型锁紧螺母:全金属自锁螺母和尼龙自锁螺母,各10颗/组,两种螺母均(M12x1.25)8级,选择相配(M12x1.25)8.8级标准六角头螺栓,共20颗/组,各3组。
模拟紧固件重复使用、装卸工况,在横向振动机上,进行拧紧-振动-拧出-再拧紧试验,试验频率为12.5Hz,振幅(±1.5)mm,每次拧紧时初始预紧力,均为螺栓保证载荷的75%,即40KN,横向振动其他要求,按照GB/T10431-2008《紧固件横向振动试验方法》执行,记录每次拧紧后经过1500次振动时,紧固件的剩余预紧力占初始预紧力的比例,如图1所示。
图 1 重复使用对紧固件防松性能的影响
综合观察图1:
全金属自锁螺母的拧紧-振动试验进行到(6~8)次时,初始预紧力下降超过20%,判定其防松性能已不再可靠的,故推荐重复使用全金属自锁螺母不要超过5次;
而尼龙自锁螺母进行50次拧紧-振动试验后,残余预紧力仍保持的不错。
对比前10次拧紧-振动试验阶段,全金属自锁螺母的残余预紧力明显小于尼龙自锁螺母。
产生这种差异的原因是:螺母反复拧入拧出、振动过程中,有效力矩部分的材料出现应变,导致弹性变形力减小,螺纹联接更易发生松动。
试验前期,有效力矩变化,对锁紧螺母旋转松动贡献更大,而全金属自锁螺母的等效有效力矩值及散差明显大于尼龙自锁螺母,受有效力矩部分影响很大,所以:全金属自锁螺母允许重复使用的次数小于尼龙自锁螺母,防松能力也不如后者。
通过图1(a)还可以看出:超过10次反复拧紧后,随着拧紧次数的增大,尼龙自锁螺母的残余预紧力有变大的趋势。
原因是:锁紧螺母进行10次反复拧紧、振动试验后,其有效力矩值较之前变的很小,此时,摩擦系数对防松性能的影响更加明显。
随着重复拧紧、振动的进行,摩擦系数变大,防松性能更好。
2、重复使用对紧固件拧紧扭矩的影响
重复装卸锁紧螺母,对其等效有效力矩Tpe和扭矩系数K都存在影响。
再次选取同一批次的两种螺纹紧固件各3组,试验按照GB/T16823.3-2010《紧固件扭矩-夹紧力试验》要求进行,设定试验夹紧力为40kN,拧紧速度20r/min,记录每次拧紧到同样夹紧力时,锁紧螺母实际扭矩。
重复使用对紧固件拧紧扭矩的影响,如图2所示:
锁紧螺母重复拧入拧出前期,拧紧扭矩主要受有效力矩减小的影响,有一定下降趋势,而夹紧力变大是有利于防松的,因此使用初始扭矩反复拧紧全金属自锁螺母在5次以内是完全可行的;
而对于尼龙自锁螺母,重复使用超出20次后就要考虑增大拧紧扭矩,否则可能导致夹紧力不足;
超过40次以后,发现3组样件所需拧紧扭矩值偏差极大,已超过拧紧扭矩值的20%,说明部分尼龙嵌件内部出现了失效,此时很难通过扭矩值T较准确的控制夹紧力F的大小,故推荐重复使用尼龙自锁螺母不要超过40次。
图 2 重复使用对紧固件拧紧扭矩的影响
3、重复使用特性总结
全金属自锁螺母的等效有效力矩及散差,大于尼龙自锁螺母,前者受有效力矩减小的影响很大,建议重复使用次数在5次以内。
尼龙自锁螺母反复使用40次,仍有较好的防松性能,但重复使用20次后,需要加大拧紧扭矩,实际拧紧扭矩值通过反复拧入拧出试验确定;
若超过40次继续使用,内部尼龙嵌件可能发生破坏,扭矩已不能准确控制夹紧力,不推荐继续使用。
02
总 结
建议重复使用全金属自锁螺母不要超过5次;而尼龙自锁螺母可以重复使用40次,但超过20次后需要根据试验适当增大拧紧扭矩值,超过40次后则不要继续使用;
针对重要连接部位,建议一次性使用,不可重复使用;
每种样式的螺母都有优点和缺点。全金属锁紧螺母可以在比尼龙嵌件螺母更高的温度下使用,但是不同批次的尼龙嵌件螺母往往有更一致的夹紧力。
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