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安全连接的螺纹锁紧方法

2022-01-04

螺纹连接,如螺栓和螺母,广泛应用于从塑料玩具到大型桥梁的各种应用中。将它们联系在一起的一个相似之处是,当我们希望它们在一起时,它们需要保持在一起,但在需要时也需要分开。例如,发动机上的气门室盖在行驶时必须保持在原位,但我们也需要它们是可拆卸的,这样我们才能维修发动机部件。




本文将探讨不同的方法,以确保在需要时这些类型的连接保持在一起。术语“螺纹锁紧”通常用于确保螺纹保持原位而不松动的方法,本文将经常使用。


定义螺纹连接


螺纹连接的种类很多,但主要类型如下:


1. 螺栓和螺母——这可能是最常见、成本最低的螺纹连接类型。它用于从汽车到蜂窝天线塔的各种应用。下图显示了螺栓、螺母和平垫圈的示例。




2. 螺钉和螺纹孔——通过这种类型的连接,我们将螺钉安装到已钻孔的孔中,并将其攻入外壳或机械部件中。螺钉和螺栓之间最常见的区别是,螺钉通常进入螺纹孔,而螺栓穿过2个无螺纹部件并用螺母紧固。下图显示了固定在螺纹铝挤压件中的螺钉。




我们可以看到三个带帽螺钉,它们都进入螺纹铝组件。这些可以用来代替螺栓,以提高精度,便于组装,减少部件间隙,这可能是我们已经提到的因素的组合。


3. 螺纹部件——这些部件通常是轴或外壳(通常为圆柱形),它们都已通过螺纹固定在一起。手电筒灯泡和电池管就是一个很好的例子。下图说明了两个圆柱形壳体螺纹连接在一起的概念。




我想谈的最后一个想法是扭矩和预载的概念。螺纹部件被拧紧在一起,以产生某种形式的轴向预载。该扭矩以单位测量,如磅或N-m,但始终只是作用于“扭转”部件的力。对于螺纹部件,这种扭矩共同产生一个称为预载的轴向力。下图显示了螺栓拧紧前后的图片。红色锁紧垫圈处于展开状态,但当总成一起拧紧时,锁紧垫圈会被压缩并起到弹簧的作用。




在某些情况下,该预载产生的摩擦力足以将紧固件固定在一起。但在其他情况下,我们需要使用螺纹锁。其中一些情况是高振动、预期应力松弛(塑料蠕变)和循环应力。


螺纹锁定类别和方法


螺纹锁紧可分为以下几类,使用机械部件防止松动或使用粘合剂防止松动:


机械硬件——这些是用于防止螺纹紧固件松动的物理部件。一些常见的项目是:


1. 锁紧垫圈——有几种类型的锁紧垫圈,但它们都放在螺栓或螺钉的头部下方,目的是防止螺栓或螺钉松动并保持预紧力。下图是一个分体式锁紧垫圈。




拧紧螺栓时,这种垫圈起弹簧的作用。弹簧动作保持一定的预紧力,即使螺钉稍微放松。但是,这些部件在高振动条件下的有效性可能较低。另一种锁紧垫圈是Nord lock,它依靠机械斜面和轮齿防止松动,如下所示:




齿咬住螺栓或螺钉头,以及垫圈下的材料,同时斜面的方向使其“爬升”到会松开紧固件的方向。换句话说,要解除螺栓的扭矩,必须增加预载,同时克服斜坡。这些都是有效的,但相对昂贵,通常用于较大的硬件。还有许多其他锁紧垫圈样式,因此我鼓励您研究其他选项。


2. 尼龙插入锁(nylock)螺母–这些螺母具有圆形尼龙插入件,通过在配合螺纹上变形将螺纹锁定到位。它们可能不会在所有振动情况下保持峰值预载,但它们通常会保留螺母,即使螺母失去一些预载。尼龙插入螺母的图像如下所示。




这些通常用于非安全关键应用的高振动环境中,您仍然希望防止螺母可能松动和脱落。例如,这种类型的紧固件用于我的挂接式山地自行车车架,如下所示。




在这种应用中,如果预紧力丢失,则不会有直接的安全危险,因为螺钉仍然以双剪方式支撑荷载。但是,如果螺钉脱落,可能存在安全问题,因此我们需要确保螺栓保持连接。


3. 安全线——安全线的使用在航空航天、国防和赛车中非常普遍。它的工作原理是通过螺钉、螺栓或螺母上的孔安装钢丝,并将其固定到另一个项目上。通常在一系列紧固件之间使用安全线将它们固定在一起。下图详细介绍了这样一个应用程序。




我们可以看到,由于导线的方向,一个螺母要松开,另一个螺母必须拧紧。记住这一点非常重要,因为安装在错误方向的安全线几乎完全无用。


4. 槽形螺母/弹簧卡子/固定销–槽形螺母有几次迭代,但它们的行为方式类似。通过螺纹轴或螺栓放置某种类型的销,以防止螺母脱落。下图显示了一个槽形螺母:




在这种应用中,在螺栓上钻一个孔,以便开口销可以穿过槽形螺母中的槽。这可以防止螺母向任何方向旋转,以防止松动,但仍允许在需要时拆下销并松开螺母。下图是用于将轮毂固定到位的槽形螺母示例:




粘合剂


在许多情况下,使用粘合剂将螺纹锁定到位。在许多情况下,它们甚至与上述机械方法结合使用。在石油和天然气行业,钻井环境会出现极端振动,通常使用锁紧垫圈和粘合剂。粘合剂可分解如下:


1. 螺纹锁固胶(乐泰、振动器)——这类产品可以包含多种粘合剂,但它们都用于将螺纹粘合到位。下图显示了应用于螺栓的Loctite 242(蓝色)示例。




需要注意的是,乐泰有多种等级,其中一些等级不可拆卸。您必须确保为您的应用程序使用正确的等级。


2. 干补丁——字面意思是预先涂在螺纹上的干补丁,作为螺纹锁固剂。在某些情况下,它只是一种干尼龙,而在其他情况下,它是一种活性粘合剂。下图显示了用于密封气动泄压阀的螺纹锁固剂/密封剂组合的干补丁。




正如我们在这里看到的,有很多方法可以防止螺纹在正常操作下松动。但是,为应用程序选择正确的方法很重要。在选择您的方法时,与供应商和同事一起仔细查看这些选项将有助于使您的应用程序与您的应用程序紧密匹配。

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