這是否意味著,一個螺母經(jīng)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(yīng)該報廢了?
目前研究鎖緊螺母重復(fù)使用特性的試驗方法不夠完善,本文結(jié)合實際使用的螺母和更多試驗手段進行進一步研究。
1、重復(fù)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(fù)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(yù)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(jīng)過1500次振動時,緊固件的剩余預(yù)緊力占初始預(yù)緊力的比例,如圖1所示。


圖 1 重復(fù)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(yù)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(fù)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(yù)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(yù)緊力明顯小于尼龍自鎖螺母。
產(chǎn)生這種差異的原因是:螺母反復(fù)擰入擰出、振動過程中,有效力矩部分的材料出現(xiàn)應(yīng)變,導(dǎo)致彈性變形力減小,螺紋聯(lián)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(zhuǎn)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(fù)使用的次數(shù)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(fù)擰緊后,隨著擰緊次數(shù)的增大,尼龍自鎖螺母的殘余預(yù)緊力有變大的趨勢。
原因是:鎖緊螺母進行10次反復(fù)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(shù)對防松性能的影響更加明顯。
隨著重復(fù)擰緊、振動的進行,摩擦系數(shù)變大,防松性能更好。
2、重復(fù)使用對緊固件擰緊扭矩的影響
重復(fù)裝卸鎖緊螺母,對其等效有效力矩Tpe和扭矩系數(shù)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(shè)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(fù)使用對緊固件擰緊扭矩的影響,如圖2所示:
鎖緊螺母重復(fù)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(fù)擰緊全金屬自鎖螺母在5次以內(nèi)是完全可行的;
而對于尼龍自鎖螺母,重復(fù)使用超出20次后就要考慮增大擰緊扭矩,否則可能導(dǎo)致夾緊力不足;
超過40次以后,發(fā)現(xiàn)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(nèi)部出現(xiàn)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(fù)使用尼龍自鎖螺母不要超過40次。


圖 2 重復(fù)使用對緊固件擰緊扭矩的影響
3、重復(fù)使用特性總結(jié)
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(fù)使用次數(shù)在5次以內(nèi)。
尼龍自鎖螺母反復(fù)使用40次,仍有較好的防松性能,但重復(fù)使用20次后,需要加大擰緊扭矩,實際擰緊扭矩值通過反復(fù)擰入擰出試驗確定;
若超過40次繼續(xù)使用,內(nèi)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。