振動環(huán)境下,緊固件的松動就像一顆“隱形炸彈”,隨時可能引發(fā)設備故障。今天,法士威分享一場硬核對比測試,揭秘8種螺母組合的防松性能,幫你找到最適合的防松解決方案。

松動的根源無非是拉扯、擠壓和扭轉(zhuǎn),振動工況集齊了這些誘因。螺栓和螺母的接合面在振動中就像被一雙無形的手反復“拉扯”“擠壓”和“扭轉(zhuǎn)”:
1、拉扯:拉扯工況的軸向力拉伸螺栓,導致螺栓伸長。
3、扭轉(zhuǎn):振動下的反向扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切向力,導致螺母或螺栓旋轉(zhuǎn)松動。
這些力的共同作用會導致螺栓或螺母的相對運動,從而消減摩擦力,最終導致松動。
面對以上罪魁禍首,怎么對癥下藥呢?為減少松動,通常從以下三個方面入手:
1、增加接觸面積和摩擦力:通過調(diào)整導程角、側(cè)面角和引入錐度來增加螺紋的接觸面積和摩擦力。
2、化學粘合:使用化學膠粘劑防止螺紋之間的相對運動。
3、機械鎖緊:通過特殊的機械結(jié)構設計來增加摩擦力或限制運動。
針對振動松動問題,以下幾種典型螺母組合解決方案可供參考:
1、普通螺母:通用件,螺紋間的摩擦提供基本咬合功能。
2、雙螺母:通過兩個螺母的配合產(chǎn)生額外的摩擦力防松。
3、墊圈類:平墊/彈簧墊/帶齒墊/尼龍墊,通過墊圈設計分散壓力、增加摩擦力。
4、尼龍鎖緊螺母:帶有尼龍嵌件,利用尼龍的彈性增加摩擦力來減少相對滑動。
5、化學膠鎖緊螺母:通過化學膠粘劑來防止螺母松動。
通過模擬振動環(huán)境并實時監(jiān)測夾緊力變化,可以精準評估每種螺母組合的防松效。
針對防松性能的試驗裝置一般由電動機、凸輪機構、負載測量單元、振動傳遞機構等組成:
1、電動機:提供穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)運動;
2、滑輪裝置:將電動機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到另一軸,確保動力的高效傳遞。
3、凸輪機構:安裝在旋轉(zhuǎn)軸上,將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為固定頻率的擺動運動。
4、負載測量單元:用于測量被測試螺栓夾緊的兩板之間的夾緊力。
5、接近開關:通過記錄軸的旋轉(zhuǎn)次數(shù),精準統(tǒng)計振動次數(shù)。
振動傳遞機構:將振動傳遞到待測件。通過調(diào)整滑輪步進,可以改變振動頻率,模擬不同強度的振動環(huán)境。

基于兩種高強度螺栓搭配8種不同螺母墊圈組合進行試驗;

振動板末端的振幅為0.175 mm,振動頻率3 Hz。每種組合至少進行10000次振動循。測量單元實時收集測試數(shù)據(jù)。
為了確保結(jié)果的可靠性,所有實驗均重復進行三次,以獲得平均數(shù)據(jù)并減少隨機誤差的影響。
試驗后,收集、整理并分析不同螺母和墊圈組合在M16和M10高強度鋼螺栓上的松動情況,以及不同初始夾緊力對螺栓松動的影響。
首先,我們來看不同螺母組合在M16高強度鋼螺栓上的實時夾緊力變化情況:

以通用螺母為基準,平墊圈的防松性能略有提升,但效果有限;
雙螺母/帶齒墊片/彈簧墊/化學膠/尼龍鎖緊螺母都能夠有效減少松動,效果顯著;其中,尼龍鎖緊螺母在試驗中表現(xiàn)突出。
不同尺寸的螺栓組合是否也適用于以上發(fā)現(xiàn)呢,我們再來看看M10高強度鋼螺栓上的松動對比情況:

以通用螺母為基準,平墊圈的防松性能略有提升,但效果有限;
外齒墊/彈簧墊/尼龍墊都能夠有效減少松動;雙螺母優(yōu)勢更明顯;尼龍鎖緊螺母和化學膠鎖緊螺母在試驗中表現(xiàn)最突出。
5.3 不同初始夾緊力下,各螺母在M16高強度鋼螺栓上的松動情況
最后,我們分析不同初始夾緊力對M16高強度鋼螺栓松動情況的影響:

對于所有初始夾緊力,松動趨勢幾乎相同。10200次后夾緊力相對于初始夾緊力的松動率計算如下表所示。

當初始夾緊力超過11kN時,松動最小。原因可能是較高的初始夾緊力使緊固件在接觸點處發(fā)生較大的變形,增加了摩擦阻力,從而減少松動。但是,過高的夾緊力也可能對緊固件結(jié)構造成損傷從而影響防松性能。
在防松性能中,不僅螺栓和螺母起著關鍵作用,墊圈等緊固件也同樣重要。此外,合適的初始緊固力對于確保緊固件的穩(wěn)定性至關重要。在測試的多種抗松動緊固組合中,化學膠鎖緊螺母表現(xiàn)出最顯著的抗松動能力,其次是尼龍鎖緊螺母。
通過今天的分享,希望你能更好地理解不同鎖緊螺母在振動環(huán)境下的表現(xiàn),并為選擇合適的防松方案提供科學依據(jù)。