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常识

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

来源:林中祥胶粘剂技术信息网2017年11月20日

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  螺母与螺栓产生松动原因

  我们常说的“螺丝钉精神”寓意就是螺丝钉虽小,其作用是不可估计的;而在日常的工作中,螺母、螺栓是也一个小小的零部件,甚至并不起眼,平时我们对螺栓的拧紧力矩也没有真正的关注过,但其在各领域所起的作用不可或缺。

  螺纹联接是现代结构和机械设备常用的联接方式之一。松动失效是承受交变载荷螺纹联接的主要失效形式之一。每一个工程产品,不管其构成有多复杂,实际上都需要用到螺纹紧固件。与其他大部分联结方式相比,螺纹紧固件的重要优势在于能拆卸并重复使用。然而,这也是问题的根源所在,因为螺纹紧固件容易发生自松动现象。自从工业革命以来,螺纹自松动一直是一个没有很好解决的问题。

  那么,螺母、螺栓的松动是如何产生的呢?

  Gerhard Junker 在 1969 年发现横向振动远远超过轴震动是螺纹自松动的主要诱因。如下图,滚针轴承的作用时使测试仪器的滑动部分给予紧固件一个横向运动,并使联结件的表面具有最小的摩擦力。

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

  当配套的螺纹和紧固件支撑表面之间发生相对运动时,拧紧的紧固件就会发生自松动现象。当作用于联结件上的横向力超过由预紧力产生的摩擦抵抗力,那么相对运动就会发生。在重复的横向运动中,这样的机制可以完全导致紧固件的松动。

  通过研究发现,螺纹在紧固过程的扭矩分布,见下图。

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

  由图可知,锁紧力矩=座面(螺母)摩擦扭矩 + 螺紋摩擦扭矩 + 螺旋角(夹紧)扭矩;同样,分析螺母、螺栓发生松动时的状态,座面(螺母)摩擦扭矩和螺紋摩擦扭矩继续存在,而螺旋角(夹紧)扭矩消失。即,松动扭矩 = 座面(螺母)摩擦扭矩 + 螺紋摩擦扭矩 - 螺旋角(夹紧)扭矩;所以,要想防止螺母、螺栓松动,就是要克服螺纹螺旋角扭矩消失带来的影响,涂胶就是避免螺纹螺旋角扭矩的最有效的方法。

  防松方法

  其实在螺丝业界,为了螺栓与螺母的装配通用性,要求螺丝走下限值,螺帽走上限值,这就形成了螺丝锁紧后形成单面摩擦,螺丝与 螺帽间产生齿间隙(如下图),使得螺丝更不易维持螺牙夹紧力而产生松脱!

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

  那么,我们如何来防松呢?

  螺纹联接副的防松要考虑两个方面的要求,一是要可靠,二是对于要经常拆卸维修的要便于拆卸。

  防松有摩擦锁合、机械锁合、材料锁合等几种类型,常用的防松形式主要有以下几种:弹簧垫圈、弹性垫圈、止动垫圈、双螺母、锁紧螺母、带孔螺栓开槽螺母加开口销、涂胶黏剂等。

  下面选有代表性的进行分别介绍:

  1、垫圈类

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  2、锁紧螺母

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  (弹簧、弹性、止动)垫圈,依靠弹力及其切口尖角的嵌入起到防松的作用,但由于弹力不均,也不十分可靠,多用于不甚重要的联接,对联接表面不允许划伤和经常拆卸的场合不宜选用。

  非金属嵌件锁紧螺母的锁紧原理是当外螺纹件拧入后,由于尼龙材料良好的弹性产生锁紧力,达到锁紧。在震动不大的情况下还可以用于调整位置的场合。但该类螺母由于尼龙熔点的限制,一般最高工作温度应小于120℃,以100℃以下为宜。而且安装非金属嵌件锁紧螺母时存在以下问题:①要适当增大拧紧力矩;②对螺栓选配要求比较严格,长度合适,且螺栓上不得有开口销孔及毛刺(对螺栓的加工精度要求比较高)。

  带孔螺栓开槽螺母加开口销适用于变载、振动场合的重要部位联接的防松,性能可靠,但设计及装配不便。

  3、采用粘接剂粘接旋合螺纹,方法简单、经济并有效。其防松性能与粘接剂直接相关,根据松退力矩和温度条件,以及可以拆卸或不可拆卸等要求,选用适当的粘接剂。

  预涂胶知识

  上面我们简要介绍了螺母、螺栓的防松的一些方法,尤其是采用涂胶黏剂是最经济有效的方法。但随着工业自动化、专业化的发展,螺栓装配时现涂胶黏剂存在以下问题:1)、大多为手工涂胶,生产效率低下,且涂胶的可监控性差;

  2)、用胶现场凌乱,不利于现场规范化管理;

  3)、现场涂胶方式也存在诸如锁固胶胶液浪费量较大、涂胶不规范、螺纹处涂胶量大小不好控制等问题;

  如今,对螺栓和螺母进行预涂胶处理的工艺逐渐盛行,现将预涂胶的一些知识简要与大家分享。

  预涂胶是一系列可以预先涂布在螺纹上的热塑型或热固型的材料,使用前按胶液要求,预先用手工或自动化设备将其涂敷在螺纹表面,待干燥(加热)后便可粘附于螺纹表面形成一层有一定附着力的胶膜,从而起到对螺栓的防松等作用。

  预涂胶种类繁多, 工艺要求严格, 对不同工作温度、工作环境的适用性区别较大, 预涂紧固件材质、 表面处理和预处理与涂装后性能密切相关。

  一、预涂胶的分类:

  1、按预涂涂胶螺栓的用途分,螺纹锁固型、管螺纹密封型、螺纹润滑型;

  2、按材料特性分,物理型防松预涂胶和化学型防松预涂胶;

  3、按预涂胶所用材料分,丙烯酸酯型、环氧型、以及尼龙粉末;

  4、按预涂胶的形态分固态(如,尼龙粉末型)和液态;其中液态又分为水性胶和溶剂型胶。

  二、预涂胶的使用工艺与设备:

  根据预涂胶的使用特点大体可分为:针涂型、辊(滚)涂型和滴涂型。

  1、针涂型,如下图:

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

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  该涂胶机型的特点:设备占地小,涂胶精细(涂胶量、螺纹上胶膜厚度控制),对预涂胶液的要求高(易堵塞涂胶针头),单头涂胶效率较低(约40个/min);

  2、辊(滚)涂型,如下图:

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

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  辊涂型设备特点:设备占地偏小,设备操作简单,涂胶螺栓的范围宽,涂胶效率较高(约50~70个/min),涂胶量较难控制,用胶量较大;

  3、淋(滴)涂型,如下图:

 

详解螺母和螺栓的松动原因及解决方案-预涂胶

  淋涂设备特点:设备操作简单,涂胶螺栓的范围宽,涂胶效率较高(约50~70个/min),设备占地偏大,涂胶量较难控制,用胶量较大。

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