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螺栓连接的拧紧与防松研究

发布日期:2022-12-23 14:56:52   浏览量 :256
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螺栓连接广泛应用于机械装备、航天航空、汽车、轨道交通等领域,是紧固件连接中最基本的结构形式。汽车装配过程中,螺栓连接具有可批量化、标准化、结构简单、易于拆卸等优点而得到最为广泛的应用。车辆在行驶过程中,因为振动、高低载荷变化、冲击或者长期处于工作状态时,螺栓容易产生松动甚至脱落现象,给汽车的行驶带来很大的安全隐患,对于汽车用螺栓连接的拧紧与防松的研究成为各汽车厂研究的课题。

螺栓紧固原理

采用螺栓连接的目的是使2个被连接件紧密贴合,因为连接件要承受一定的动载荷,所以还需要被连接件具备足够的压紧力,以保证被连接零件的可靠连接和正常工作。这样就要求作为连接的螺栓在拧紧后要具有足够的轴向预紧力。轴向预紧力的施加是依靠“拧 紧”来实现的,拧紧的过程就是施加扭矩的过程,如图 1 所示。

 在拧紧的过程中,扭矩、 预紧力随着角度的变化而变化,大致可以分为3个阶段(见图 2)。

第1阶段:在开始拧紧时,由于螺栓与被连接件未接触,故压紧力为零,但是存在一定的摩擦力,所以扭矩T保持在一个较小的数值。

第2阶段:当螺栓与被连接件开始接触后,压紧力F和扭矩T随转角A的增加迅速上升。

第3阶段:达到屈服点,螺栓开始塑性变形,转角增加较大而压紧力和扭矩却增加较小,甚至不变。如在继续拧紧,扭矩T和压紧力F下降,螺栓产生断裂。 

根据螺纹的特性和拧紧过程中的力学分析,T 与 F 的关系为:T=K F d,其中:T 为拧紧扭矩;F 为预紧力;d 为公称直径,与螺栓的型号有关;K 为扭矩系数,与支承面粗糙 度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。


螺栓连接的防松措施

螺栓防松是通过消除(或限制)螺纹副之间的相对运动, 或增大相对运动的难度,防止连接松脱,保证连接安全可靠。防松的措施多种多样,下面介绍几种常用的防松措施。 


附加摩擦力的防松 

附加件摩擦力防松主要有3种方式:双螺母拧紧结构、弹簧垫圈拧紧结构及自锁螺母拧紧结构。双螺母拧紧结构是通过增加一颗螺母与原有紧固螺母相互挤压,使其受到附加的压力和摩擦力,从而增加防松效果,如图 6 所示。弹簧垫 圈拧紧结构是依靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧,同时垫圈斜口的尖端抵住螺栓或者螺母与被连接件的支撑面,也有防松作用。但这种结构在振动冲击载荷作用下防松效果较差,一般用于非关键连接,如图 7 所示。自锁螺 母拧紧结构有全金属自锁金螺母和非金属嵌件锁紧螺母两种,两种螺母在使用过程中,通过自身的形变产生锁紧效果,在底盘的关键部位使用广泛,如图 8 所示。


机械防松 

机械防松主要有六角开槽螺母配开口销、圆螺母与止动垫片等结构。六角开槽螺母配开口销 是开口销穿过螺母的槽和螺栓末端的销孔,并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧,将螺母和螺栓 锁紧,如图 9 所示。这种结构防松可靠,可用于激烈的冲击、振动部位。圆螺母与止动垫片是将单耳或者双耳止动垫片分别向螺母和被连接件的侧面折弯贴紧,如图 10 所示。


其他方式 

化学防松:在螺纹间增加厌氧胶等密封材料,拧紧螺母后,厌氧胶经过一定的时间可以固化,从而可靠地粘结螺纹,防止螺纹相对运动。 

永久防松:在螺栓与螺母接触面上通过端铆、冲点、点焊等方式,使螺栓与螺母形成刚性连接防止其相对运动。 

除了以上防松的措施外,还可以通过更换细牙螺栓、增大预紧力(在可行的范围呢)、提高员工的操作技能、提升零件螺栓和连接件的制造精度等途径提升螺栓的防松效果。

螺栓的拧紧和防松是一个复杂的课题,相信随着机械行业技术的不断发展和技术人员的不断研究,汽车用螺栓连接的拧紧技术和防松技术也会得到进一步提升。

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