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          緊固件知識

          為什么螺栓會松動?



          發布時間:2019/7/2 10:35:02 點擊次數:503次

          螺栓是多個行業和應用中的首選緊固件,原因很簡單,它們易于拆卸。然而,這也使它們易于自行松動和失去預載。

          2018年9月12日,星期三

          根據應用,螺栓松動會產生深遠的影響。一個松動的螺栓可能會使整個生產工廠陷入停頓并使公司損失數千美元,而在其他應用中,松動螺栓會造成嚴重的安全隱患。那么,螺栓松動的原因是什么?從廣義上講,主要有兩個原因:自發松動和松弛。

           

          “失敗的主要原因和后果取決于螺栓連接的目的,環境以及通常在工業上,”Siegenia-Aubi KG的Georg Dinger說,他研究了螺栓自松動的原因和影響廣泛。

          “For example, the petrochemical industry is primarily concerned with corrosion problems, while fatigue and vibration loosening are usually of minor concern. On the other hand, the automotive industry would probably name self-loosening and corrosion as the two main problems. The primary concerns for the structural steel industry are joint slip and corrosion, but self-loosening and leakage are less common. The aerospace industry would probably list fatigue first.”

          “在螺紋扭矩的作用下,在刀柄扭矩的影響下,接觸面之間的重復相對位移會導致螺栓或螺母逐漸旋轉,”Dinger繼續說道。“這會導致螺栓預載損失,從而導致螺栓連接失效。這種效果是眾所周知的,但預防通常只在發生自我放松事件后通過實驗進行。“

          主螺栓松動的原因:

          • 自發螺栓松動 - 沖擊,振動,動態載荷
          • 松弛 - 沉降,蠕動,放松


          為了防止自發螺栓松動,需要消除連接部件之間的滑動或至少降低到臨界水平以下。這可以通過增加軸向張力,增加夾緊部件之間的摩擦或減小循環載荷(例如,沖擊,振動或循環熱負荷)來實現。

          另一種常見方法是增加螺栓螺紋之間的摩擦力。有許多解決方案可以做到這一點,雖然其中一些是有效的,但它們也有其缺點。膠水或粘合劑可以是有效的基于摩擦的方法,但是當涉及拆卸和移除螺栓時,干燥的膠可能是有問題的。此外,增加螺紋之間的摩擦會降低在特定扭矩水平下可實現的預載荷。鎖定線是航空業中常用的方法。

          疲勞是螺栓和夾緊部件的永久性損壞或變形。這是由于預緊力的損失導致關節開口。預負荷損失有兩種基本機制 - 自發松動和松弛。

          當螺栓由于沖擊,振動或動態載荷而旋轉松動時,自發松動或旋轉自松動。即使輕微旋轉也足以使螺栓連接失去其所有預載荷。這是螺栓松動的最常見原因。

          松弛是由三種機制引起的:沉降,蠕變和松弛。“當動力荷載發生時,沉降是至關重要的。當接頭受到動態工作載荷的應力增加時,夾緊材料會發生永久變形,”Nord-Lock集團技術經理Harlen Seow解釋道。“如果零件中的應力沒有超過屈服強度,螺栓連接的大多數零件將在釋放后恢復形狀。接觸面中的某些材料,如油漆,很可能會永久變形,”他說。

          如果材料沉降,即使只是幾微米,螺栓的拉伸也會減少,并導致預載荷的損失。

          蠕變是一種永久變形,由于長期暴露于低于接頭材料屈服強度的高應力水平而發生。在高溫應用中它更嚴重。

          松弛是指接頭材料中的微觀結構重組,在一段時間內將現有的彈性變形轉化為塑性變形。與沉降或蠕變不同,夾具長度不會改變,這使得檢測更加困難。“測量預載損失的一種方法是在運行一段時間后測量螺栓長度,并在緊固后立即與螺栓長度進行比較,”Seow補充道。“然而,這不會發現放松,這使它更成問題。”

          避免疲勞的關鍵是良好的設計,近年來由于對許多螺栓連接的需求增加和輕質材料的使用增加而變得越來越重要。重要的是不僅要關注螺栓的拉伸能力,因此要忽略其他參數,例如彈性和剛度,這些參數也很重要。

          “正確的接頭設計是實現高強度摩擦夾持連接的關鍵,具有高預載水平,因此在整個使用壽命期間具有高防滑性,”Dinger說。“到目前為止,設計工程師一直關注螺栓斷裂的失敗。隨著性能的提高和關節重量的減少,其他失效機制變得越來越重要。在輕量化設計中,預載松弛和自松動的機制越來越普遍。“

           

          根據螺栓和應用以及預加載損失的原因,通常有多種選擇來設計更優化的螺栓連接。

          “在存在熱負荷的情況下,可以通過選擇夾緊部件具有相同熱膨脹系數的材料來優化接頭,”Dinger說。“為了減少沉降并在操作過程中保持較高的預載荷,可以減少接觸面之間的粗糙度。細孔直徑或齒形表面等措施有助于減少相對位移。“

          “一般來說,一個好的螺栓連接由非常有彈性的螺栓和非常堅硬的夾緊部件組成,并且有不同的方法來實現這一點。彈性地改進螺栓的一種方法是具有長的夾緊長度。但是如果你有一個法蘭,夾具長度不能太長,你可以用更多但更小的螺栓來改變設計。因此,代替使用五個螺栓,您可以使用十個較小的螺栓,這將產生更有彈性的關節,“Seow說。

          總的來說,實現最佳螺栓連接需要考慮多個變量和設計選項。

           

          什么是預加載?

          一個在工程中有很多含義的術語。一個是緊固件在最初擰緊時產生的張力(載荷)。隨著螺栓伸展,螺栓和螺母之間的部件壓縮,從而增加所謂的夾緊負荷,直到緊固過程結束。觀看下面有關預載的解釋器視頻。


           

           

          容克測試

          對螺栓自松動原因的研究已經持續了近60年,然而,它仍然是德國工程師格哈德容克在20世紀60年代的開創性工作,它構成了自我放松預防背后的現代方法和理論的基礎。他的測試方法,用于確定緊固件在受到振動時何時開始松動,現在通常被稱為Junker測試,并已被采用為國際標準,例如DIN 65151和ISO 16130。

          Junker測試被認為是螺栓連接的最嚴重的振動測試。觀看下面的視頻,了解如何使用它來比較不同螺栓鎖定方法的性能。

          • (來源:中華標準件網)
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