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螺纹连接的抗振动及防松设计原理研究(上)

概述

螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接,具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。

螺纹连接一般都能满足自锁条件,拧紧螺母和螺栓头部等支承面上也有防松作用,所以在静载荷和工作温度变化不大时,螺纹连接不会自动松脱。但在冲击、振动、可变载荷作用下,或在高温或温度变化较大的情况下,螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失,导致连接失效。螺纹联接一旦失效,将严重影响设备和仪器仪表的正常工作甚至造成事故。

因此,为保证连接安全可靠,设计时必须采用有效的防松措施。

螺纹连接防松的实质就是在于防止螺旋副在受载的时候发生相对转动造成螺纹联接松脱。

现状

常规防松方法主要分为3大类:摩擦力防松、机械方法防松、永久止动。

(一)、摩擦力防松:弹簧垫片防松、对顶螺母防松、自锁螺母防松。

弹簧垫片防松:弹簧垫圈材料为弹簧钢,装配后垫片被压平,其反弹力能使螺纹间保持压紧力和摩擦力,从而实现防松。

对顶螺母防松:利用螺母对顶作用使螺栓始终受到附加的拉力和附件的摩擦力,由于多用一个螺母,并且工作并不十分可靠,目前已经很少使用。

自锁螺母防松:螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口,当螺母拧紧后,收口胀开,利用收口的弹力使使旋合螺纹间压紧。这种防松结构简单、防松可靠,可多次拆装而不降低防松性能。

前两种虽结构简单,但防松效果较差,不易用于变载荷振动冲击高温或温度变化较大的场合; 自锁螺母防松虽防松效果较好,但多次拆卸后会损伤螺杆螺纹,从而降低防松效果

(二)、机械方法防松:槽形螺母和开口销防松、止动垫片。

槽形螺母和开口销防松:槽形螺母拧紧后,用开口销穿过螺栓尾部小孔和螺母的槽,也可以用普通螺母拧紧后进行配钻销孔。

止动垫片:螺母拧紧后,将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧,实现防松。如果两个螺栓需要双联锁紧时,可采用双联止动垫片。

串联钢丝防松:用低碳钢钢丝穿入各螺钉头部的孔内,将各螺钉串联起来,使其相互制动。这种结构需要注意钢丝穿入的方向。

这几种防松方法虽防松可靠,但不可拆卸或不易反复装配。

(三)、永久止动防松:铆冲、点焊。

     在拧紧后采用冲点、焊接等方法,使螺纹副市区运动副特性而连接成为不可拆卸连接。

这种永久性的止动防松方法使得螺栓杆只能使用一次,且拆卸十分困难,必须破坏螺纹副方可拆卸。

新型螺纹防松结构形式:凹凸双螺母结构、施必牢螺纹、唐氏螺纹、抗振抱夹结构总成

(一)、凹凸双螺母结构

由凹、凸两种螺母构成,凸螺母上带有锥套,锥套沿轴向开有1-2条缝隙,缝隙间隙大于螺纹副最大理论间隙,锥套根部具有一道较深的螺纹退刀槽,当锥套的锥表面受到法向力作用时,锥套便可作径向运动形如抱箍状凹螺母上具有与锥套等长度等锥度的孔圈,孔圈小端略小于锥套小端直径。

安装时,凸螺母预先与设备拧紧( 锥套朝外) , 然后旋入凹螺母见图4,孔圈与锥套沿锥面接触产生垂直于锥面的正应力F,其轴向分力F1 及其反作用力作用于凹凸螺母螺纹副之间,螺纹受力情况与双螺母对顶防松相似; 其径向分力F2 作用于锥表面,使凸螺母螺纹在锥套区域内的螺牙与螺杆螺牙双侧面相互压紧,随着凹螺母的继续旋入,F1 将急剧加大,螺纹副在锥套区域内可以将间隙完全消除,产生极大的摩擦力矩,由于该摩擦力矩的大小仅与凹螺母的拧入程度有关,而与任何外界因素无关,因此防松性能很好

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