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史特牢紧固件技术分享:防松动弹簧垫圈技术原理

发布者:好工品    发布时间:2018-12-28    

史特牢在与航空航天标准紧固件研究中心、中车机车车辆研究所,以及国检中心的工程们的交流中了解到,在实际装配工作中弹垫断裂和松弛失效问题比较严重。很多弹簧垫圈厂家基于成本考虑,在选材、热处理、生产工艺上考虑到成本,这样会导致垫圈弹性疲劳降到更低。螺母在拧紧施压装配时弹势应力不均,弹簧垫圈在使用时是完全压平状态下。从来没有看到哪一家在装配时不是把弹簧垫圈完全压平使用,实际势能在完全压平下弹力作用就会消失!


航空紧固件研究所:弹簧垫圈和平垫圈没有防松效果。弹簧垫圈实际可以起到的作用是缓解力矩系数。但由于弹簧垫圈的刚性远小于应变刚性,所以弹簧垫圈对缓解力矩系数的贡献远不足道。除了均布预紧力,平垫圈和弹簧垫圈实际上是累赘,尤其是弹簧垫圈,分散预紧力还不如螺母自身。认为至少弹簧垫圈这种产品应该取缔。


      国检中心主任:现在我们公司接触到的一些紧固联接中,弹垫还在用的,但是在我们一些测试数据上来看,弹垫的防松性能确实不是*的。弹垫还有一个风险,有些小厂家会节约成本,做的硬度很高脆性很大,有脆断风险,断裂件还有可能引起其他故障的风险,比如卡住关键部位,比如引起电气打火。


      中车集团研究所:弹簧垫圈的DIN127德标已经取消,国内和日本还在大量使用,主要是基于成本考虑。南车戚墅堰机车车辆工艺研究基于安全设计的考虑,将从动车到普通车辆全部淘汰使用弹垫!还有很多弹垫采用镀锌没有除氢直接使用,可能也是造成断裂的主要原因。(史特牢紧固件技术分享:防松动弹簧垫圈技术原理)

 

在紧固件连接装配中,弹簧垫圈是常用的紧固件之一,但是弹簧垫圈的很多缺陷是使用者并不知道的。根据多年的紧固件工作经验,以及通过长期与汽车及铁路紧固件工程师们的交流,我们有了解到弹簧垫圈在实际使用中经常有断裂的问题,以及导致螺栓更快松脱的现象!

 

而本次史特牢与中车集团分享防松动弹簧垫圈技术原理,弹簧垫圈的开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件表面,从而防止螺栓相对于被连接件回转。对于商用重型车桥部分,弹簧垫圈的使用比较广泛,有约50%以上的螺栓采用弹簧垫圈来防松。

 

弹簧垫圈的防松原理是在把弹簧垫圈的压平后,弹簧垫圈会产生一个持续的弹力。使螺母与螺栓的螺纹连接副持续保持一个摩擦力,产生阻力矩,防止螺母松动。实际案例以10.9级M16螺栓为例,车桥主减速器与桥壳的连接使用10.9级M16X100螺栓,拧紧力矩为280+20 Nm,使用高精度电动拧紧机拧紧。在有弹簧垫圈和没有弹簧垫圈两种状态下检测螺栓拧紧过程中力矩随转角的变化。对比力矩转角曲线,发现在有弹簧垫圈的情况下,一直有约10 Nm的预紧力矩;而没有弹簧垫圈的情况下,螺栓在力矩显著上升前,力矩处于0 Nm状态。


验证:以此推断用约10 Nm的螺栓预紧力矩就可以将弹簧垫圈完全压平。再通过用数显扭矩扳手检测,发现螺栓扭矩还未达到20 Nm,弹簧垫圈已经完全被压平,验证了上述推断的正确性。分析以上两点说明,弹簧垫圈只能提供10 Nm的弹力,而10 Nm的弹力对于280 Nm的螺栓预紧力矩来说可以忽略。其次,这么小的力,不足以使弹簧垫圈切口处的尖角嵌入螺栓和被连接件表面。折卸后观察,螺栓和被连接件表面都没有明显的嵌痕。所以,弹簧垫圈对螺栓的防松作用可以忽略。另外,在螺栓与被连接件之间增加一个垫圈,如果垫圈质量有问题,相当于给螺栓连接又增加了一个安全隐患。

 

综上所述,当螺栓扭矩较大时(大于200 Nm),用弹簧垫圈给螺栓防松的方式弊大于利。因此,在冲击、振动和变载的作用下,预紧力可能在某一瞬间消失,连接有可能松脱。想通过弹力来达到防松目的因不确定因素的存在,弹簧垫圈很难有实际作用!(史特牢紧固件技术分享:防松动弹簧垫圈技术原理,转载请注明出处)

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