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鎖緊螺母的機械性能與工作性能


2018-5-23 00:00:00

對鎖緊螺母的機械性能要求與普通螺母基本相同。但對有效力矩型的全金屬鎖緊螺母應具有較高的機械性能等級。機械性能等級低的螺母容易使其非圓收口的部位在擰入螺栓時產生塑性變形,難以保證彈性鎖緊的功能要求。全金屬鎖緊螺母的機械性能等級通常是8~12級。5級的螺母,成本較低,但其防松能力和重復使用性較差,壹般只用於不重要的使用場合,並應盡量減少重復裝拆的次數。

  壹個工作性能良好的鎖緊螺母主要應具備如下4個基本條件:

  1)穩定並可靠的鎖緊力矩(又稱有效力矩);

  2)對螺栓公差有良好的適應性;

  3)良好的重復使用性;

  4)良好的扭-拉關系。

  (1)鎖緊力矩

  壹個防松可靠的鎖緊螺母,其鎖緊力矩應保持在標準規定的範圍內,而且其第1次擰入最大力矩應保持最小,其多次(通常是第5次或第15次)擰出最小力矩應保持最大。第1次擰入力矩過大會造成擰人困難.降低裝配效率,也會使鎖緊力矩難於保持穩定,降低螺母的防松可靠性和緊固件的重復使用性。所以.第壹次擰入力矩越小越好,但小到壹定程度後,可能會無法保證多次擰出後的力矩達到標準規定的力矩值。螺母的多次擰出力矩是指用螺栓反復擰入擰出5次或15次後,其第5次或15次擰出時所保持的力矩值。這壹力矩越大,螺母的防松能力就越高。換句話說,如果經過多次擰人擰出的螺母,其鎖緊力矩仍能穩定地保持在較高的水平上,就能使螺紋連接具有較高的防松可靠性。影響鎖緊力矩保持穩定的因素包括:螺母非圓收口部位的結構及尺寸(指全金屬鎖緊螺母)、鎖緊部位的回彈性能、螺紋公差、螺紋的潤滑條件等。尼龍圈鎖緊螺母,由於其結構特點及尼龍材料的良好性能,在各種使用條件下其鎖緊力矩壹般均能保持在穩定和合理的範圍內,因此,它是目前各種自鎖螺母中防松可靠性最高的壹種螺母。

  (2)對螺栓公差的適應性

  鎖緊螺母與螺栓旋合時,其鎖緊部位的螺紋孔與螺栓的配合是幹涉配合。當螺母達到上偏差螺紋孔(螺紋孔的平均直徑最大)並與下偏差螺栓(螺栓的平均直徑最小)旋合時,幹涉量可能很小,由幹涉量所產生的鎖緊力矩也可能很小;反之,螺母的下偏差螺紋孔(螺紋孔平均直徑最小)與上偏差螺栓(螺栓的平均直徑最大)旋合時,幹涉量可能很大,由幹涉量所產生的鎖緊力矩可能會遠遠大於標準規定的第1次擰入最大力矩。壹個工作性能優良的鎖緊螺母,它對螺栓(螺紋)公差應具有良好的適應性。即它與高限螺栓或低限螺栓旋合時,都能獲得符合標準規定的最佳鎖緊力矩值。鎖緊螺母對螺栓公差是否具有良好的適應性,應通過螺栓公差試驗(又稱永久變形試驗)來進行檢查。這壹試驗對試驗螺栓的螺紋精度要求很高,相應的試驗成本也很高。因此,壹般用途的鎖緊螺母不要求進行這壹試驗,而用於航空航天等重要場合的全金屬鎖緊螺母則必須進行這壹試驗。由於尼龍材料具有優良的回彈性能,所以,尼龍圈鎖緊螺母對螺栓公差的適應性極佳,在壹般情況下,可以不進行螺栓公差試驗。凡是對螺栓公差適應性良好的鎖緊螺母,其重復使用性也良好。

  (3)重復使用性

  在國內外的許多鎖緊螺母標準(包括國際標準)中,沒有涉及螺母的重復使用性的內容,但壹般都規定了螺母要進行5次或15次的鎖緊性能試驗。這是否意味著.壹個螺母經過5次或15次裝拆以後,便無法達到標準規定的鎖緊力矩要求,就應該報廢了?實際上,5次或15次鎖緊試驗只是壹種試驗方法,並非意味著螺母只能用5次或15次。在壹般情況下,經過5次擰入擰出以後,鎖緊力矩由較大值下降到較小值而漸趨平穩,尤其是經過15次擰入擰出以後,螺母的擰出最小力矩值會壹直保持平衡不變。然而,這是否意味著鎖緊螺母的反復裝拆次數可以不受限制?對全金屬鎖緊螺母來說,螺栓多次擰人擰出螺母的非圓螺紋孔後,可能會造成金屬螺紋的磨損和局部塑性變形,從而導致鎖緊力矩值的不穩定.甚至會低於標準規定的擰出最小力矩值。因此,在重要使用場合,建議適當限制螺母的重復裝拆次數。美國航空航天緊固件設計手冊推薦全金屬鎖緊螺母可以重復使用約10次。尼龍圈鎖緊螺母的重復使用性極佳,甚至經過1OO次擰入擰出以後,其擰出最小力矩仍能保持穩定不變。在使用過程中,不必限制其裝拆次數。

  (4)扭-拉關系

  扭-拉關系是指擰緊螺紋緊固件時,所施加的扭力矩與因擰緊而在緊固系統內產生的預緊力之間的關系。預緊力又稱螺栓的預拉力、軸力或緊固系統的夾緊力。螺紋緊固件緊固的可靠性在很大程度上取決於這個力。實踐證明,螺紋緊固件松動失效和疲勞破壞的主要原因之壹是由於沒有合理的預緊力。所謂合理的預緊力。壹般是指緊固件和被連接件在不因擰緊而產生破壞的情況下,緊固系統應具有穩定不變的足夠高的預緊力。足夠高的預緊力能大大降低外加的應力幅,從而增加防松和抗疲勞的可靠性。

  用力矩扳手來擰緊緊固件是國內外長期以來在裝配過程中普遍采用的方法,這種方法所獲得的預緊力是很不精確的。在壹般情況下,對於非鎖緊的普通螺母,其支承面上的摩擦所造成的單位力矩損耗約占總力矩的50%,螺紋接觸面上的摩擦所造成的單位力矩損耗約占總力矩的40%.而產生預緊力的扭力矩僅占總力矩的10%左右。因此,在擰緊螺母時,即使對相同的螺母施加相同的擰緊力矩,其預緊力的偏差也可能高達±25%。為安全起見,只能將螺母擰緊到較低的預緊力值,以免預緊力過大而損壞螺紋連接。與普通螺母相比,靠增大螺紋或支承面摩擦力來獲得鎖緊性能的鎖緊螺母,其扭壹拉關系的不確定性會更大。對於帶齒形面的自由旋轉型鎖緊螺母,由於支承面摩擦狀態的改變以及被連接表面的劃傷,其扭壹拉關系會產生非線性變化,即在施加相同的扭力矩時,所獲得預緊力值的分散性會更大。對於有效力矩型鎖緊螺母.其鎖緊力矩的變化會影響到扭壹拉關系的穩定。在壹般情況下,對這種螺母所施加的扭力矩應等於對普通螺母所施加的力矩再加上鎖緊力矩。全金屬鎖緊螺母的鎖緊力矩在使用過程中往往變化較大,其預緊力值的分散性也隨之增大。
壹個性能良好的鎖緊螺母應具有良好的扭壹拉關系。良好的扭壹拉關系是指對於相同條件的緊固件,其扭力矩與預緊力的關系是穩定的線性關系,施加相同的扭力矩時,可獲得穩定不變的預緊力。也只有良好的扭壹拉關系,緊固系統才可能獲得足夠高的預緊力    對於全金屬鎖緊螺母,提高螺紋精度,改善對螺栓公差的適應性可以穩定鎖緊力矩,使其具有良好的扭壹拉關系。對於尼龍圈鎖緊螺母,由於其鎖緊力矩很穩定,所以其扭壹拉關系比全金屬鎖緊螺母更好。

  與普通螺母壹樣,對鎖緊螺母的螺紋及支承面進行潤滑能顯著改善其扭壹拉關系,因為潤滑能改善螺紋及支承面的摩擦狀況,同時也穩定了鎖緊力矩,減少摩擦對穩定預緊力的不利影響。因此,在重要場合使用的鎖緊螺母,常常是帶有幹膜潤滑層的或者在裝配時添力加潤劑的螺母。

 

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