螺栓松動(dòng)的5個(gè)原因及防松方式

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什么原因?qū)е侣菟ㄋ蓜?dòng)?

    在螺栓連接中，擰緊螺母實(shí)際上會(huì)使螺栓伸長(zhǎng)，就像拉動(dòng)一個(gè)剛硬的彈簧一樣，如圖。這種拉力，或者叫張力，會(huì)對(duì)被連接件產(chǎn)生相反的夾緊力，將被連接件的兩部分或更多部分緊密的固定在一起。如果螺栓松動(dòng)，夾緊力就會(huì)減弱降低。

    螺栓松動(dòng)分為旋轉(zhuǎn)松動(dòng)和非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)。

    非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)很難初期很難覺察到，只有長(zhǎng)時(shí)間預(yù)緊力下降，零件出現(xiàn)滑動(dòng)，磨損等才能表現(xiàn)出來，因此，這種松動(dòng)危害是比較大，同時(shí)，這種松動(dòng)只要設(shè)計(jì)好了，往往能夠避免。

    非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)主要是嵌入損失、滑動(dòng)磨損、被連接件塑性變形、螺栓承受高溫蠕變、被連接件使用的與螺栓不一致的材料等。

    螺栓擰緊后由于螺栓頭與被連接件、螺母端面與被連接件、螺紋、被連接件之間的接觸面存在微觀的表面凹凸不平，在擰緊后這些凹凸不平的高點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生材料的壓潰永久塑性變形，造成夾緊力的損失。

    如果設(shè)計(jì)的夾緊力不足以抵抗外部的橫向載荷，就會(huì)在承受外載荷后結(jié)合面之間產(chǎn)生滑動(dòng)，引起零件的磨損，引起被夾緊零件長(zhǎng)度減小，從而造成螺栓預(yù)緊力的降低。

    被連接件如果設(shè)計(jì)的不合理，如襯套壁厚設(shè)計(jì)太薄，或襯套的材料強(qiáng)度比較低，在螺栓擰緊后，襯套承受的壓應(yīng)力就會(huì)超出材料的強(qiáng)度，長(zhǎng)時(shí)間受力后就會(huì)造成預(yù)緊力的下降。

    被連接件的塑性變形也包括開檔(開口)結(jié)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)的間隙太大，或平行度、平面度太大等，在螺栓擰緊后開檔的鈑金件也會(huì)容易出現(xiàn)塑性變形，從而引起扭矩衰減和預(yù)緊力的下降。

    螺栓連接應(yīng)用于高溫場(chǎng)合時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生蠕變，在高溫時(shí)造成預(yù)緊力的下降。由于螺栓和被連接件的材料不同，線膨脹系統(tǒng)不同，在設(shè)計(jì)時(shí)如果沒有考慮這些因素，例如在夏天裝配后，在冬天使用時(shí)，由于鋁合金的線膨脹系數(shù)更大，預(yù)緊力會(huì)下降，有可能就不能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的要求。

    旋轉(zhuǎn)松動(dòng)比較容易發(fā)現(xiàn)，由于目前大多數(shù)企業(yè)螺栓擰緊以后，會(huì)在螺栓和被連接件上畫上標(biāo)記線，只要出現(xiàn)松動(dòng)就能比較容易的發(fā)現(xiàn)。

    螺栓受到橫向載荷、扭矩更加容易造成螺栓的旋轉(zhuǎn)松動(dòng)，如果螺栓僅僅受到軸向載荷相對(duì)不會(huì)引起旋轉(zhuǎn)松動(dòng)。

螺栓松動(dòng)原因分析

    螺栓松動(dòng)至少有五種原因，他們可以單獨(dú)發(fā)生，也可以同時(shí)發(fā)生：

1擰緊不足

    根據(jù)前面說明，擰緊不足的螺栓如果再出現(xiàn)松動(dòng)，接頭便沒有足夠的夾緊力將各個(gè)部分固定在一起。這可能導(dǎo)致兩個(gè)零件之間橫向滑動(dòng)或連接件分離，從而就會(huì)在螺栓上施加不必要的剪切應(yīng)力或較大的軸向應(yīng)力，最終可能導(dǎo)致螺栓斷裂，如圖。

2振動(dòng)

    對(duì)螺栓連接在振動(dòng)下的試驗(yàn)表明，許多小的“橫向”滑動(dòng)導(dǎo)致連接的兩個(gè)部分相互運(yùn)動(dòng)，同時(shí)螺栓頭或螺母與被連接件也會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。這些重復(fù)的運(yùn)動(dòng)會(huì)抵消螺栓和被連接件之間的摩擦力。最終，振動(dòng)將導(dǎo)致螺栓的螺紋上“旋轉(zhuǎn)松開”，接頭失去夾緊力。

3嵌入和熱膨脹

    設(shè)計(jì)開發(fā)螺栓張力的工程師允許有一段磨合期，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力損失，在此期間，螺栓的緊密度會(huì)松弛到一定程度。這種松弛是由于螺栓頭和/或螺母、螺紋及被連接件結(jié)合面之間嵌入造成的，并且可以在軟材料(如復(fù)合材料)以及硬質(zhì)拋光金屬都會(huì)發(fā)生。如果接頭設(shè)計(jì)不當(dāng)，或者在開始時(shí)螺栓未達(dá)到規(guī)定張力，則接頭的嵌入損失可能導(dǎo)致夾緊力小于所需的最小夾緊力。

4墊片蠕變

    許多螺栓接頭在螺栓頭和接頭表面之間包括一個(gè)薄而軟的墊圈，以完全密封接頭，防止氣體或液體泄漏。墊圈本身也是能夠起到彈簧的作用，在螺栓和接合面的壓力下回彈。

    隨著時(shí)間的推移，尤其是接近高溫或腐蝕性化學(xué)品時(shí)，墊圈可能會(huì)“蠕變”老化，這意味著它失去彈性，導(dǎo)致夾緊力的損失。如果緊挨螺栓的墊圈區(qū)域被內(nèi)部壓力沖破，或者螺栓沒有均勻地?cái)Q緊到接頭的整個(gè)表面，也可能發(fā)生這種情況。

    如果螺栓和接頭的材料不同，由于環(huán)境快速變化或工業(yè)循環(huán)過程導(dǎo)致的溫度差異過大以及裝配和使用的環(huán)境溫度差異太大，都會(huì)導(dǎo)致螺栓材料迅速膨脹或收縮，可能會(huì)使螺栓松動(dòng)或預(yù)緊力下降。

5沖擊

    來自機(jī)械、發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)、汽車等設(shè)備的動(dòng)態(tài)或交變載荷可導(dǎo)致較大的機(jī)械沖擊，這樣沖擊力施加在螺栓或接頭上，導(dǎo)致螺栓發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。就像較大振幅的振動(dòng)一樣，這種滑動(dòng)最終會(huì)導(dǎo)致螺栓松動(dòng)。

    這些工況在設(shè)計(jì)時(shí)候往往不會(huì)考慮到，或者這種載荷不常見或者基本不會(huì)發(fā)生，為了降低重量和成本，螺栓接頭在這種濫用工況下允許產(chǎn)生滑動(dòng)，只要不被剪斷即可。