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扭转外载荷对旋转松动有何影响?如何应对?

发布日期:2023-07-14 15:31:01   浏览量 :60
发布日期:2023-07-14 15:31:01  
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螺纹的松动主要有两类,一类是旋转松动,即内、外螺纹之间发生在松开方向的相对转动时发生的松动;另一类是非旋转松动,即内、外螺纹未发生相对转动时发生的松动。

影响旋转松动有三种载荷,即剪切载荷、扭矩载荷和拉伸载荷。三种载荷中旋转松动对剪切载荷是最敏感的,扭矩载荷次之,拉伸载荷影响最小。

今天,我们来分析一下扭转外载荷是如何导致旋转松动?哪些因素会影响螺纹连接的抗旋转松动能力?以及如何优化?

1、扭转载荷是如何影响旋转松动

我们通过下面这个例子,来理解扭转载荷是如何影响旋转松动?螺栓将带轮拧紧在轴上,带轮会承受顺时针和逆时针的扭转载荷并传递给螺纹连接系统。

在带轮扭转载荷下,如果位置1和位置2均不会产生滑动,那么就不会产生螺栓连接的旋转松动。

那么,如何在位置1和位置2产生滑动呢?即扭转载荷要大于位置1和位置2的滑动扭矩。根据螺纹拧紧的计算公式:


现在我们思考下,带轮给螺栓连接系统施加顺时针和逆时针载荷时,位置1和位置2如何产生滑动,螺纹连接才会发生旋转松动?

从上图的左侧看,当带轮施加顺时针扭转载荷时,即螺栓拧紧的方向,位置1必须产生滑动,因为当位置1没有滑动时,螺栓会被拧紧;当带轮施加逆时针扭转载荷时,即螺栓拧松的方向,此时位置2产生滑动,但位置1不能有滑动,因为当位置1也滑动时,螺栓就不会被拧松。

因此,为了让带轮交替施加顺时针和逆时针扭转载荷时,螺栓会产生松动,需满足以下条件: 

当满足公式5后,带轮交替的施加顺时针和逆时针扭转载荷时,螺栓只会被拧松,而不会被拧紧。

通过以上分析,扭转载荷下,发生旋转的松动的必要条件是在螺纹摩擦面和端面摩擦面均需要发生相对滑动和公式5的条件成立。


2、扭转载荷下旋转松动的临界滑动量

当螺纹连接的相对转角较小时,螺栓的扭转变形即可吸收扭转转角,这点和螺栓的倾斜和弯曲可以抵消剪切下载荷的变形是相类似的。

那么,多大的扭转角是连接结构无法抵消的呢?连接件之间不产生旋转松动的最大相对扭转角度被称为临界扭转角,即连接件的相对转角超过临界扭转角,同时公式5满足,旋转松动就会发生。


3、扭转载荷下旋转松动的影响因素分析

通过以上分析,当公式5不成立时,公式6的临界扭转角Qcr越大,螺纹连接越不容易发生旋转松动,现在我们根据公式,看看哪些因素会旋转松动以及如何优化以提高扭转载荷下防旋转松动能力?

第一个影响因素是p:螺距,当P越小时,公式5越不会成立,Qcr也越大,因此,减低螺距可提升螺纹连接防旋转松动的能力,细牙螺纹相比于粗牙螺纹更不易发生旋转松动。

第二个影响因素是dw:端面摩擦直径,当dw越大时,Qcr也越大,因此,增加dw可提升螺纹连接防旋转松动的能力,如采用法兰螺栓或采用法兰更大的螺栓。

第三个影响因素是L:螺栓支承面到内螺纹啮合末端的距离,当被螺栓越长,Qcr也越大。因此,增加L可提升螺纹连接防旋转松动的能力。

第四个影响因素是d:螺栓直径,螺栓直径越小,Qcr也越大,因此,降低d可提升螺纹连接防旋转松动的能力。综合因素三和因素四,细而长的螺栓有利提升防旋转松动的能力,这点和剪切载荷对旋转松动的影响是一致的。

第五个影响因素是F:轴力,当F越大时,Qcr越大。因此,增大轴力可提升螺纹连接防旋转松动的能力。

第六个影响因素是us:螺纹摩擦系数,uw:端面摩擦系数,为了让公式5不成立,考虑是绝对值,应降低us,增加uw,这样可使公式5左侧数值绝对值更大,公式5越不成立。因此降低us,增加uw有利提升防旋转松动的能力。

第七影响因素是GB:螺栓的剪切模量,GB越小,Qcr越大,通常钢的GB是相接近的,铝合金、铜合金、钛合金的GB较小,但这类合金的螺栓应用相对较少,存在成本较高、强度低的问题。

考虑到旋转松动对扭转载荷没有剪切载荷敏感,在实际应用时,如果考虑成本问题,对承受扭转载荷的连接位置可不采用防松措施。


4 、经验与总结

1) 扭转载荷下,发生旋转松动的必要条件是在螺纹摩擦面和端面摩擦面均需要发生相对滑动和公式5的条件成立。

2) 螺纹连接不发生旋转松动的条件是相对转角不超过临界扭转角Qcr,临界扭转角Qcr越大,公式5越不成立,越不容易发生旋转松动。

通过理论研究,采用细而长的螺栓、增加拧紧轴力、采用细牙螺纹、增加螺栓支承面的摩擦直径、大的支承面摩擦系数和小的螺纹摩擦系数均有利于提升扭转载荷下螺纹连接的防旋转松动能力。


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