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螺絲螺紋防鬆技術原理及應用

螺絲防鬆技術原理及應用
為解決緊固件的鬆脫問題,從螺紋緊固件誕生開始,世界上許多國家的科學家和工程師作了大量的實驗和研究,他們採用鎖片、銷釘、尼龍嵌入、變形螺紋、化學塗膠等方法,在一定的程度上延緩了緊固件會自行鬆脫的時間,但是,沒有根本解決問題。

螺紋緊固件的鬆脫問題的關鍵在於螺紋的結構形狀。為此,美國工程師在研究了緊固件螺絲螺紋的形狀及受力情況後,重新設計螺紋的幾何形狀,於七十年代末發明了這種現在被稱為“施必牢”的螺紋技術,從根本上解決了緊固件的鬆脫問題。

各種機器及部件在連接裝配中離不開緊固件。緊固件給機械工業帶來了方便,但是,它有一個不可避免的弱點,即在劇烈震動中會自行鬆脫,致使部件或一台完整的設備損壞、解體甚至致釀成事故。

一、擰緊時鬆動的原因

標準螺紋連接鬆動主要原因有五點:螺紋公差、表面光潔度、電鍍累積、螺紋牙型幾何/不匹配側面角、螺距誤差累積。

在標準內外螺紋配合後,外螺紋的牙頂和內螺紋的牙根間存在橫向間隙,在橫向振動或橫向力達到一定程度時,內外螺紋間將產生相對的橫向移動。試驗表明,此移動,微小的移動,很容易將緊固系統所貯存的變形能釋放掉,即螺栓的彈性變形或張力失去了,導致鬆動。這一結論也為美國許多研究機構所證實。

標準螺紋緊固件在橫向振動情況下容易鬆動的原因。

二、施必牢的解決方法

標準螺紋嚙合後,嚙合各牙的受力極不均勻。第一牙受力最大,第二牙次之,最後一牙最小甚至是懸浮狀態,頭兩牙受力之和一般是螺栓張力的70%甚至80%。這是一種很不穩定的受力狀態,在據烈振動及溫差大的情況下前一牙的應力可能超過屈服點而發生塑性變形,造成鬆動。這也就容易理解標準螺紋頭幾牙容易磨損及滑牙了。

施必牢的螺紋形狀是在它的牙根上有一種獨特的30度楔形斜面。這種斜面是用特別的施必牢工具製作完成的。當裝配施必牢螺母時,外螺紋的牙頂就緊緊地頂在施必牢螺紋30度的楔形斜面上,這樣,就可以防止相對於母螺紋產生的任何螺紋的橫向移動。

施必牢由於配合面為楔形斜面(錐形螺旋面),使得旋合區各螺紋的受力極為均勻。

由此可知,施必牢螺紋克服了造成普通標準螺紋鬆動的兩個根本原因,即橫向間隙及各牙受力極不均勻現象的存在,從而使它有良好的防鬆

從設計上解決了螺紋的鬆動這一問題。

三、施必牢防鬆產品在汽車工業中的應用

經過8年的發展,上海底特的產品被廣泛應用於汽車、工程機械、鐵路、城軌、橋樑、航空等許多行業和領域,特別是被指定用於青藏鐵路、磁浮工程、東海大橋、杭州灣跨海大橋、青島四方龐巴迪高級客車等多項國家大型工程上。已擁有包括振華港機、一汽、東風、宇通、金龍、上汽、重汽、陝汽、上柴、大柴、福田重工、三一重工、寶鋼集團、長春客車廠、寶雞橋樑廠、寶雞石油機械廠、齊齊哈爾機車車輛廠、西安飛機製造廠等五十幾家大型國企單位。

在柴油機中的應用

施必牢螺母獨特的結構,有效地克服了以上的弱點,在緊固件擰緊時,能夠在高溫下承受強烈的振動。柴油機上的增壓器、排氣管、輸油導管等部件上,改用施必牢螺母后,有效的解決了緊固件在高溫狀態下鬆動的問題。因而,在柴油機行業,立刻引起漣漪效應。目前全國許多柴油機製造廠,在這些部位都採用了施必牢螺母,起到了良好的防鬆鎖緊效果。

在柴油機上的增壓器、排氣支管等部件的鏈接緊固件有一個共同的要求:即耐高溫和承受強烈振動。採用尼龍螺母、化學塗膠等防鬆鎖緊螺母,在高溫下會失效;而雙螺母加止推墊圈,在溫度高的狀況下情況比較好一些,但是,安裝麻煩,而且防鬆效果也並不理想。


在重型汽車上的應用

美國某重型汽車公司在生產的重型汽車的四輪驅動變速箱採用施必牢螺絲螺紋絲錐製作箱體上的螺紋孔。以前緊固的方法包括有三個部分,即適用8級的雙頭螺栓,一個鎖緊墊圈片和一個螺母。用了施必牢螺紋後,不僅簡化了裝配工序,而且還消除了箱體表面上的雙端螺栓鬆脫問題。施必牢螺紋技術現已用到該公司生產的各類重型載貨車上。施必牢螺母的防鬆特性逐漸被中國的汽車行業所了解。車輪螺母是容易鬆動脫落,成為安全隱患。採用了施必牢車輪螺母后,到目前為止,還沒有發現螺母鬆動的情況。目前,汽車的傳動軸與後橋連接螺母、汽車發動機支承架螺母也開始採用施必牢螺母。

施必牢緊固件已逐漸進入了包括飛機、汽車、火車、鐵路、船舶、建築、機械、石油、農機、電力、軍工、醫療器材等眾多領域。這是美國宇航技術成功地運用到民用工業的成功範例,是對傳統的螺紋技術的一場革命。

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