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鎖緊螺母可以重復使用幾次?

普通螺母在使用過程由于振動等其它原因會自行松脫,為防止這種現象,于是就發(fā)明了自鎖螺母。

自鎖螺母它的功能主要是防松、抗振,用于特殊場合。

其工作原理一般是靠摩擦力自鎖,因為它們不是在“自由旋轉”,而是需要一定的有效力矩來完成裝配。

多年來,開發(fā)的鎖緊螺母樣式繁多,但我們將集中于兩大類別:全金屬鎖緊螺母和尼龍嵌件鎖緊螺母。

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全金屬鎖緊螺母

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尼龍鎖緊螺母

在國內外的許多鎖緊螺母標準(包括國際標準)中,沒有涉及螺母的重復使用性的內容,但一般都規(guī)定了螺母要進行5次或15次的鎖緊性能試驗。

這是否意味著,一個螺母經過5次或15次裝拆以后,便無法達到標準規(guī)定的鎖緊力矩要求,就應該報廢了?


目前研究鎖緊螺母重復使用特性的試驗方法不夠完善,本文結合實際使用的螺母和更多試驗手段進行進一步研究。


01

鎖緊螺母重復使用特性研究


1、重復使用,對緊固件防松性能的影響研究


選用兩種典型鎖緊螺母:全金屬自鎖螺母和尼龍自鎖螺母,各10顆/組,兩種螺母均(M12x1.25)8級,選擇相配(M12x1.25)8.8級標準六角頭螺栓,共20顆/組,各3組。


模擬緊固件重復使用、裝卸工況,在橫向振動機上,進行擰緊-振動-擰出-再擰緊試驗,試驗頻率為12.5Hz,振幅(±1.5)mm,每次擰緊時初始預緊力,均為螺栓保證載荷的75%,即40KN,橫向振動其他要求,按照GB/T10431-2008《緊固件橫向振動試驗方法》執(zhí)行,記錄每次擰緊后經過1500次振動時,緊固件的剩余預緊力占初始預緊力的比例,如圖1所示。

圖 1 重復使用對緊固件防松性能的影響


綜合觀察圖1:


  • 全金屬自鎖螺母的擰緊-振動試驗進行到(6~8)次時,初始預緊力下降超過20%,判定其防松性能已不再可靠的,故推薦重復使用全金屬自鎖螺母不要超過5次;

  • 而尼龍自鎖螺母進行50次擰緊-振動試驗后,殘余預緊力仍保持的不錯。

  • 對比前10次擰緊-振動試驗階段,全金屬自鎖螺母的殘余預緊力明顯小于尼龍自鎖螺母。


產生這種差異的原因是:螺母反復擰入擰出、振動過程中,有效力矩部分的材料出現應變,導致彈性變形力減小,螺紋聯接更易發(fā)生松動。


試驗前期,有效力矩變化,對鎖緊螺母旋轉松動貢獻更大,而全金屬自鎖螺母的等效有效力矩值及散差明顯大于尼龍自鎖螺母,受有效力矩部分影響很大,所以:全金屬自鎖螺母允許重復使用的次數小于尼龍自鎖螺母,防松能力也不如后者。


通過圖1(a)還可以看出:超過10次反復擰緊后,隨著擰緊次數的增大,尼龍自鎖螺母的殘余預緊力有變大的趨勢。


原因是:鎖緊螺母進行10次反復擰緊、振動試驗后,其有效力矩值較之前變的很小,此時,摩擦系數對防松性能的影響更加明顯。


隨著重復擰緊、振動的進行,摩擦系數變大,防松性能更好。


2、重復使用對緊固件擰緊扭矩的影響


重復裝卸鎖緊螺母,對其等效有效力矩Tpe和扭矩系數K都存在影響。


再次選取同一批次的兩種螺紋緊固件各3組,試驗按照GB/T16823.3-2010《緊固件扭矩-夾緊力試驗》要求進行,設定試驗夾緊力為40kN,擰緊速度20r/min,記錄每次擰緊到同樣夾緊力時,鎖緊螺母實際扭矩。


重復使用對緊固件擰緊扭矩的影響,如圖2所示:


  • 鎖緊螺母重復擰入擰出前期,擰緊扭矩主要受有效力矩減小的影響,有一定下降趨勢,而夾緊力變大是有利于防松的,因此使用初始扭矩反復擰緊全金屬自鎖螺母在5次以內是完全可行的;

  • 而對于尼龍自鎖螺母,重復使用超出20次后就要考慮增大擰緊扭矩,否則可能導致夾緊力不足;

  • 超過40次以后,發(fā)現3組樣件所需擰緊扭矩值偏差極大,已超過擰緊扭矩值的20%,說明部分尼龍嵌件內部出現了失效,此時很難通過扭矩值T較準確的控制夾緊力F的大小,故推薦重復使用尼龍自鎖螺母不要超過40次。


圖 2 重復使用對緊固件擰緊扭矩的影響


3、重復使用特性總結


全金屬自鎖螺母的等效有效力矩及散差,大于尼龍自鎖螺母,前者受有效力矩減小的影響很大,建議重復使用次數在5次以內。


尼龍自鎖螺母反復使用40次,仍有較好的防松性能,但重復使用20次后,需要加大擰緊扭矩,實際擰緊扭矩值通過反復擰入擰出試驗確定;


若超過40次繼續(xù)使用,內部尼龍嵌件可能發(fā)生破壞,扭矩已不能準確控制夾緊力,不推薦繼續(xù)使用。


02

總 結


  • 建議重復使用全金屬自鎖螺母不要超過5次;而尼龍自鎖螺母可以重復使用40次,但超過20次后需要根據試驗適當增大擰緊扭矩值,超過40次后則不要繼續(xù)使用;

  • 針對重要連接部位,建議一次性使用,不可重復使用;

  • 每種樣式的螺母都有優(yōu)點和缺點。全金屬鎖緊螺母可以在比尼龍嵌件螺母更高的溫度下使用,但是不同批次的尼龍嵌件螺母往往有更一致的夾緊力。



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