双螺母防松及其力关系

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1、双螺母防松及其力关系 双螺 母 防 松 及其力关系 重庆电力职工 大学 余钦义 机器 设备中的螺 纹 连接用 得很多 。 设备 在运行时的振 动 、 冲击 、 温 度变化 等原因会 影响到螺 纹连接的 紧固性和可靠性 。 因此 , 为保证安全 , 就 得认真考虑螺纹连 接 的强度 和 防松 问题 。 螺纹连 接 的防松 方法 颇多 , 而 双螺 母锁 紧是目前广泛采用的一种 , 尽管它 还有某些不足 之处 。 本文研究双螺 母防松的 有关机理 , 探讨正确使 用这种 连接的方 法 。 先观察一下双 螺母 防松 的可 能 操 作过 程 , 当用外力偶矩M : 施加在第一个螺母 (主螺母)上时 ,

2、 无疑在螺栓 与 螺母啮合牙 间 , 因弹性变形关系而产生一个相应 R ; 大 小的压 紧力图 1(a) 、 (b) 。 此l讨 , 螺杉 : 的轴向拉力和螺母与被 连接件接 触表面间,勺 紧力R d, 即未发生 双螺母应有的防松效果 。 所 谓锁 紧 防松 , 无非是要求在主 、 副螺母 之 间 , 人为产生一个R d 大小的附加 顶力 。 这 只要进一步继 续顺时针拧紧副螺母 , 或是 它 不 动而将主螺母逆向拧动 , 都能达 到 此目 目 。 显见 , 双螺母 防松操作可以 采用 两种方 法 : 第一种方法副螺母顺向旋紧法(副 顺 旋法) : 操作按 前述图 1 、 图2的顺 序 , 当

3、已经 达 到图 2 的终 了时 , 再 继续顺时针以大小为 匕匕匕 , , 】 I I I I I I I l l l l l l l 目目目一土 土 二二二二 刁刁口 口产 产 硬硬硬硬 图 2 ( a )(b) 图 l ( a )(b) 作用 力 , 其弋小也都 应是R , 。 然后 , 少 iJ外 力矩M。拧上第二个螺母(副螺 母 ) , 这 时 , 螺栓螺纹牙 的下表面将压 紧在 副螺母 螺 纹牙 的上表面上 , 同时 出现压 紧 力R :, 使 主螺母螺纹牙上表而 与螺栓螺纹 牙下表面间 的压紧力R : 随 之减弱 。 若 进一步加 大M F: , 则R : 也相应提高 , R :

4、继续诚 小 。 当力矩 M ;: 达 到一定值时 , 仁螺 母与螺栓 螺 纹牙 间就完全脱离啮合 , 此时主螺母 的作用只 相 当是一个加 厚了的平 垫 圈 。 两螺母 间 除出现 R : 的作用力外 , 并无防 松所需 要 的 附加顶 M ; 。 的外力矩旋 动副 螺母 。 此 时 , 主螺母 螺 纹牙 下表面将与螺栓螺纹牙 上表面逐 渐靠近 贴紧 , 并迫 使两个螺母间的 那段 螺栓 , 出现 附加 轴 向拉 力R d 。 它将 通 过啮合牙间传递 到两螺母接触 面上 , 这 就是 防松 听需 的顶紧 力图3(a : ) 、 (b) 。 同时 , 对应于外力矩 M ; 。 在 螺栓中产生

5、轴 力R 。 。 显 然 , 这个力 让螺母的螺纹牙 是不 负担的 , 它是通 过副螺 母 直接作用在主螺母体上 , 然后传给 被 连接 件图 3 (b ) 。 第二种方法主螺母逆向旋紧 法(主 逆 旋 法) : 这种方 法是 , 当已达 到图 2 的终了 时 , ( (机 械 , 1000一01, 第17卷 , 第1期 用扳手卡住副螺母 , 然后再逆向以M 23 的 外力矩旋动主螺母使它更进一步向上去贴紧 副螺母 , R 顶 紧力也随之发生 , 从而起到防 松效果图3( a: ) 、 (b) 。 此 时 , 其中的 力作用关系虽仍如图3(b ) 所示 , 但力 的各数值并非对应和 副顺旋法的

6、相等 。 而且 两种方法操作 , 其中各力变化过程并不 相 同 。 下面就上述问题 , 作一些粗浅的讨论 。 E E E E E 日日日L L L曰曰 一一 J J J 卜卜卜 一 l l l 卜卜 劝劝尸尸尸尸 . . . . . 叫叫叫叫叫叫叫 一一一一一 J J J J J 70 )% 的范围内 。 现取其 平均值( 6O%)应 是 G = 口560 % , 对35号正火钢则应为 a 二as 60% 二 1 92MPa 。 因M1 2 螺栓的有效断面 积S = 7 6 . 3mm 2 , 故螺栓的理想轴力应为 R 理, 3= a S = 192 x 76 . 3、14 . 5 kN 现

7、分别采 用两种锁紧防松办法作实验 , 每次实验的初始都使螺栓所受 轴力处于理想 值R (理): , 然后按前述条件施振 , 一分钟后 将发现轴力由R 理): 下降至某一R值 。 轴力 下降意味防松 的可靠程度相对降低 , 现在用 一个百分 数来表示连接的可靠度 e 。 无疑 , R 。理): 一 R R (理) 。 x 100% (1) 凡幼3 (图( al )(b) 4 现在用MiZ螺母(G B52 一7 6)和M12 x 60 (GBS 一76 )的螺栓来作模 拟实验 , 实验 件 材料为3 5号钢护经正火处理且表面光洁 , 其 6撼 屈服限极 口。= 3 2 0MPa . 上被连接件是一

8、块1 0 0 它是一个无 量钢的 相对值 , R越小 或R (翻: 越大都 可以使 e 增 加 , 连接 也就越可 靠 , 实 验曲线示 于 图 5 。 由图可 知拧 紧力矩M的大 小对 。的影响, 当M28声N m 时 , 9 D加 7 D加胭普通钢板 , 下被连接件则为一个钢质套筒它 兼作传感器用 , 一 , 其纵向变形量通过二次仪表 传入记录仪 , 由此可以得 到螺栓的轴向拉 力 R : 。 实验时对 上被连接件给以全幅H = 2 . 5 mm 、 频率f = 2 1/ sec 垂直于螺栓轴线 的横 向振动 , 为统一标准 , 每 次均施振一分钟 , 振动120次(图 4 ) 。 、 实

9、践证明螺栓较理想的 工作状 态是 , 将 其工作应力 。 保持在所用材料屈服 限(5 0 尹尹尹尹 . . .L _ _ 卜 、 ! ! ! 一一一一 乙产 产产产产产产产产产产 . . . . . . . . . 一 . .匕匕匕匕匕匕匕匕匕 口口口口口口口.口 . . . . . 卜、 、 - 一一了一 一一一一 , , , , , , 一一一 / . . . r r r r r r r r r / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / , , , , , , , , , , , , , , I I I I I I I I I I I I I

10、I I 图 5 红红红 洲洲 匕匕匕匕 日日日 呀呀呀呀呀呀呀呀呀 - 占占占 落己录丫义义 一一一一一一一一一一一 . . . . . . . . . . 。总是 高于9 0% 且 近 乎水平 , 它显 示 此 时 的 顶 紧效果较好较稳定 。 而 e 的大小及变化与 螺栓 中轴力 , 以及螺母 、 螺栓啮合螺纹牙 间 之作用力 的变化有较密切 的关系 。 所以 , 只 有弄清 这些参数 之间互为影响 的关系 , 才能 得 到双螺母防松的最佳控制方法 。 下 面研究图6和图8 , 它们表示在不施 振的静态 条件下螺母被旋 动时 的扭转 角e , 外加于其 上 之力矩M和螺栓 内相应的轴力R

11、间 的关系 。 图6是 副顺旋法锁紧 , 它对应于 图1 、 图2和 图3( a : )的旋拧次序,图 机 械 , 1 9 9 0一0 1 , 第1 1 卷 , 第 1期 8 则是对应图 1 、 图2和图3( a : )顺序的 主逆旋法防松 。 两图 中 , 横坐标由O点到A 点对应图 l的拧动 过程,AB 段 则对 应图2 , 而B点以后则分别对应图 3 ( a , )所示 副 顺旋法 , 和图 3( a : )表示 的 主逆 旋过 程 。 此处 , 要特别注意图8的曲线中有一水 平段 , 它是主螺母被逆旋时(e出现负值) 发生的 , 到图 6 中即在副顺旋法时 , 因无逆 旋过程所以没有这

12、一特征 。 主螺母时 , 所用力矩M : 就不该太大 , 主螺 母不 要拧得 很紧 。 要让对应于A点的R : (曲 线a : 点)的最上限R : 二幻 、 比实际理论计 算值R , 为小 。 这时因O A段曲线上的 a: 、 a. 点都减小下移 , 所以其后 的A B段和B点后 的曲线也随 之往下降 , 就有可能使b , 点的R 值达到或接近R (理): (娜 14 . 5kN) 。 R 。 可 以用公 式(2)来计算 , 即 卫 2 n a L . h , ,O O O O O O O坛 : : : 洲洲 I I I _ _ _ _ _ _ _ _ _ / - - -/ 小小 I I I

13、/ / / / / / / / / 几几几 I I I 气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气气 汤汤份 ,、神神神神 口口 , , , , , , l l l l l l l l l l l l l l l ll l l / / / / / / / / / / / . . .呢 呢 一 汽 弄 片片片 I I I I I 如如 _ : ; ; ; ; ; ; ; / / / / / I I I I I l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l, , , 卜卜卜卜卜卜卜 公公公公 形 - - - - - R 。 = R (理)

14、“ 一了, 了 , 二1 二- 宁 .二 二, 入 。 入 (2) 式中R (理): 螺栓理想 轴力(kN) , ht o 相啮合螺母内螺纹实际外 径与 螺栓外螺纹实际内径之差 , 即 h = D 一d 图7, K . 被连接件的刚性系数(kN/ mm) ; K 一 螺栓 、 螺母 系 统 刚性系 数 (kN/琪m) , 日 螺纹 牙 剖面角( “ ) 。 结合图7说 明 , 公式( 2) 中h tan日 /2是 考虑到在由图1发展至图 3时, 主螺母与螺 、全 . , , 震 一、 一 沈; 卜; “ 丁 图 一 吞 免研究科顺旋法(图 6) 。 在OA阶段 彗外约矩M打增茄吁详 轴加 ,

15、也随之加大 。 福在A甘段轴力 R : 也是随着作用于副螺母 上 的外力矩M ,: 的增火而变大 。 此 时特别要注 意 , 当万如达到一定值时主螺母的螺纹牙 就 木和味检螺纹牙相接触 , 所以主螺母牙那 时 就不交力 , 仅仅起着一个垫 圈的作用 。 这是 人斌陇的“个特点 。 “当达到横坐标的B点 , 防梢所稿附对顶力 R d 就开始出现 。 正如前 超 , 翻桂的理想轴拉力R阅) 3二 5 . as 6 0% , 所以级好是“当达到B点的轴 力(图 中b R 点)就是R 翻 : , 这也正 是前面实验所用的 螺栓轴向拉力值 。 可是 , 图6的b,点表现 的轴向拉力值R 。 (、1 8

16、k N)已远 远超过 R国) 。 。 如果想将R 。 下降 , 就必须把图中 整条曲线往下移 。 或者说 , 当按图1开始拧 图 7 栓螺纹 牙接触面发生 改变所出现 的 相对位 1 1 _ _ 、_ _ _二 移 , 云 + 丈 是系统 刚性 。 所以 , 公式的那 项分式项 , 表示全系统变形 对 轴力的影响 。 式中的 这些参数 , 由于 连接件的 制造误差 以 及材质条件等客观 因素影响 , 不能取得精确 32 机 械 ) , 199 0 一01, 第17卷 , 第1期 值 。 致使由公式算出的R 。 值也 就与 . 实际要 求的有差别 。 这样 , 就会使操作者为难 , 他 不易封断按图 1旋拧主螺母终了时 , 是否已 满足不等式条件R : 抽司R 。 操作 者就不必受R