紧固件旋转和非旋转松动分析

点击数：17772021-10-22 09:45:53　

旋转和非旋转松动

在绝大多数应用中,螺纹紧固件都是要进行拧紧的,以便在接头中施加预紧力。松动可以定义为拧紧完成后的预紧力损失。这可以通过两种方法中的任何一种方法发生。旋转松动,通常称为自松,是指紧固件在外部载荷作用下发生相对转动。非旋转松动是指内螺纹和外螺纹之间没有相对转动,但会发生预加载损失。

紧固件因非旋转松动引起的松动

装配后,紧固件本身或接头变形可能导致非旋转性松动。这可能是这些界面部分塑性坍塌导致的结果。当两个表面相互接触时,每个表面上的微凸体承受支撑面压力载荷。由于凸点实际接触面积可能远远小于宏观面积,因此即使在中等载荷下,因表面粗糙度的凸出部分应力也会大于材料的屈服强度,这些凸出处就会承受非常高的局部应力,产生塑性变形。

这会导致拧紧操作完成后表面部分塌陷。这种塌陷通常称为嵌入。由于嵌入而损失的夹紧力的大小取决于螺栓和被连接件的刚度、接头内存在的界面数量、表面粗糙度和施加的接触应力。在中等的表面应力条件下,最初的塌陷通常会导致大约1%到5%的夹紧力损失,这些损失一半在接头拧紧后的前几秒钟内丢失。当随后通过施加的力对接头进行动态加载时,由于接头界面上会发生的压力变化,接头会进一步减小。

由于嵌入损失而导致的松动在由几个薄接合面和螺栓小夹持长度组成的接合处是有问题的。如果表面承载应力保持在接头材料的压缩屈服强度以下,则可计算嵌入损耗量,并可通过接头设计以补偿该损耗。

Junker紧固件自松理论

Gerhard Junker于1969年发表了一篇技术论文(“振动下紧固件自松的新标准”SAE论文690055,1969),给出了他完成的试验工作的结果,以支持他关于螺纹紧固件自松原因的理论。他的关键发现是,一旦啮合螺纹之间以及紧固件的支承面和夹紧材料之间发生相对运动,预紧紧固件就会因旋转而松动。Junker发现横向动态载荷比轴向动态载荷产生更严重的自松条件。其原因是轴向载荷作用下的径向运动明显小于横向载荷作用下的径向运动。

Junker研究表明,预紧的紧固件在配合螺纹与紧固件支承面之间发生相对运动时就会发生自松现象。当作用在接头上的横向力大于螺栓预紧产生的摩擦力时,会发生这种相对运动。对于较小的横向位移,螺纹侧面和支撑区域接触面之间就可能发生相对运动。一旦螺纹间隙被克服,螺栓将受到弯曲力,如果横向滑动继续,螺栓头支承面也将发生滑动。一旦出现这种情况,螺纹和螺栓头将只有很小的摩擦系数,甚至将暂时失去摩擦。由于作用在螺纹螺旋角上的预紧力而在螺纹上产生的转动扭矩,因此,就会在螺母和螺栓之间就会产生相关的旋转。

在反复的横向运动下,该机构可以完全松开紧固件。为了研究松脱的原因,容克开发了一种试验机,即所谓的“容克机”,它将量化紧固件设计的松脱阻力的有效性。

滚柱轴承用于消除移动和固定板之间摩擦的影响。当从螺母夹紧的移动板上施加横向运动时,压力传感器允许连续监测螺栓荷载。与冲击试验标准相比,这是一个主要优势,因为可以在试验期间测量预加载损失,并绘制预紧力与循环的关系图。Junker机器背后的想法是,凸轮产生的横向位移会导致接头发生摇摆(滑动),克服紧固件的摩擦力以后就会产生自松作用。

信息来源：标准件网