機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)調(diào)研分析

1、飛機(jī)構(gòu)件中的螺紋連接防松簡(jiǎn)述13071036摘要本文通過(guò)對(duì)北航航空航天博物館中飛機(jī)構(gòu)件展品中所采用的螺紋防松方式進(jìn)行觀察與調(diào)研，結(jié)合與相關(guān)資料，對(duì)螺紋松動(dòng)的原因及飛機(jī)構(gòu)件中常用的螺紋防松方式進(jìn)行了分析與總結(jié)。：北航航空航天博物館 飛機(jī)構(gòu)件 螺紋防松螺紋連接是飛機(jī)構(gòu)件中常用的連接方式之一。松動(dòng)失效是承受交變載荷螺紋連接的主要失效形式之一。雖然螺紋連接具有自鎖性，在靜載荷時(shí)一般是可靠的,但是由于飛機(jī)在工作運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常承受動(dòng)載荷(變載、沖擊、振動(dòng))，工作溫度也經(jīng)常發(fā)生較大變化, 這些都可能會(huì)引起螺紋連接的松動(dòng),從而造成螺紋連接預(yù)緊力的減小, 甚至喪失預(yù)緊力,使螺紋連接的質(zhì)量降低, 甚至造成連接松脫

2、, 導(dǎo)致設(shè)備故障和飛行事故。因此, 如何實(shí)現(xiàn)螺紋連接防松是個(gè)值得研究的重要問(wèn)題1 螺紋連接松動(dòng)原因?qū)唧w的螺紋連接而言, 引起螺紋連接件松動(dòng)的原因很多, 但歸納起來(lái)主要有以下三個(gè)方面原因:1.1 連接結(jié)合面變形產(chǎn)生松動(dòng)螺紋連接時(shí)施加一定的預(yù)緊力使螺栓產(chǎn)生拉伸變形, 在連接件的接觸面上 產(chǎn)生塑性環(huán)形壓陷, 螺紋副表面粗糙度、波紋度及形位誤差等產(chǎn)生局部塑性變形。在使用的過(guò)程中, 塑性變形的繼續(xù)發(fā)生, 使螺紋副和支撐面上產(chǎn)生微小的滑動(dòng), 進(jìn)而使預(yù)緊力下降, 促使螺紋連接發(fā)生松動(dòng)。1.2 受軸向載荷作用產(chǎn)生松動(dòng)當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋連接受到軸向載荷作用時(shí), 螺栓受軸向力的拉伸。螺紋牙斜面上受到徑向分力的

3、作用, 螺紋接觸面間會(huì)產(chǎn)生微小的相對(duì)滑動(dòng)。在載荷的反復(fù)作用下, 這種相對(duì)滑動(dòng)逐漸增大, 當(dāng)達(dá)到破壞螺紋連接的自鎖條件時(shí), 會(huì)致使螺母松動(dòng)回轉(zhuǎn), 連接失效。1.3 受橫向載荷作用產(chǎn)生松動(dòng)當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋連接受到垂直于軸線的橫向載荷作用時(shí), 在橫向力的反復(fù)作用下, 使螺紋發(fā)生彈性的扭轉(zhuǎn)變形或零件接觸面之間有垂直于螺紋軸線方向的相對(duì)滑移。逐漸累積起的扭轉(zhuǎn)位移, 迫使螺旋副沿螺旋方向下滑, 從而逐漸使預(yù)應(yīng)力減小,甚至, 進(jìn)而使螺紋連接出現(xiàn)松動(dòng)。1上述 3 個(gè)方面的原因往往是在變載、沖擊、振動(dòng)等機(jī)械作用下同時(shí)出現(xiàn), 相互作用。此外, 工作溫度的較大變化, 也會(huì)引起螺紋連接松動(dòng)甚至連接失效。為防止螺紋

4、連接松動(dòng), 可以通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu), 以使其在特定條件下, 螺紋連接結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性,在工程實(shí)踐中, 人們已采取了多種措施。2 螺紋連接的防松方法防松的本質(zhì)是防止螺紋副間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法, 按其工作原理可分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺紋副關(guān)系防松等。2.1 摩擦防松摩擦防松的原理是使螺紋副中始終有不隨連接所受外載荷而變的壓力，因而始終存在摩擦力矩防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用方法有采螺母防松, 彈簧墊圈, 一般自鎖螺母等。2.1.1 雙螺母防松雙螺母防松是一種常用的螺紋防松方式。使用兩個(gè)相同規(guī)格的螺母替代原有的單螺母。這種雙螺母裝配可以首先采用百分之八十的裝配扭矩來(lái)擰緊下面的螺母, 然后再利用百分之百

5、的扭矩來(lái)擰緊上面的螺母, 這樣造成下螺母螺紋牙與螺栓螺紋承壓面和上螺母螺紋牙與螺栓螺紋牙承壓面緊密貼合，使上下螺母對(duì)頂契緊，保證了螺紋副中穩(wěn)定的軸向壓緊而產(chǎn)生足夠的摩擦力防止螺母的松動(dòng)。在螺栓受拉, 螺母受壓時(shí), 應(yīng)要集中在第一圈螺紋線, 因此一般不能用于受沖擊、振動(dòng)和變載的機(jī)件連接。2圖一 雙螺母防松2.1.2 彈性墊圈防松彈性墊圈主要有彈簧彈性墊圈、波形彈性墊圈、鞍形彈性墊圈以及齒形彈性等類型, 使用彈性墊圈的原理主要是利用墊圈所帶有的彈簧的外彈力或者翹齒的摩擦力來(lái)防止螺紋緊固件連接松動(dòng), 為螺紋連接提供一定的緊鎖作用。使用彈性墊圈防松連接簡(jiǎn)單, 成本低廉, 安裝使用方便,是廣泛采用的防松

6、方式之一。但是值得注意的是, 彈性墊圈材料容易氫脆, 防松的效果一般, 在有激烈沖擊或的部位不宜使用彈性墊圈防松, 重要的螺紋連接不能單獨(dú)使用彈性墊圈防松。圖二 彈性墊圈防松2.1.3 自鎖螺母防松常見(jiàn)的自鎖螺母有尼龍圈鎖緊螺母和金屬鎖緊螺母。前者是在螺母的一端安裝有尼龍防松環(huán)，環(huán)上不制螺紋。當(dāng)螺母擰上螺栓后，由于尼龍環(huán)的彈性作用增加螺紋之間的摩擦，以防止螺紋副在工作時(shí)松動(dòng)。后者則是利用螺母橢圓口的彈性變形來(lái)箍緊螺栓，產(chǎn)生橫向壓緊力。用此種方造的螺母防松性能優(yōu)良，可以在沖擊、振動(dòng)等比較惡劣的條件下使用。圖三 自鎖螺母防松2.2 機(jī)械防松機(jī)械防松是在擰緊螺母后使用便于更換的止動(dòng)元件鎖住螺紋副其相

7、對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方法防松可靠，應(yīng)用廣泛，最常用的有以下幾種：2.2.1 開(kāi)口銷與開(kāi)槽螺母開(kāi)槽螺母擰緊后, 將開(kāi)口銷穿入螺栓尾部和螺母的槽內(nèi), 并將開(kāi)口銷尾部掰開(kāi)與螺母?jìng)?cè)面貼緊，防松性能可靠。由于螺母一般每隔 60 度開(kāi)一條槽，如果要裝配到一定的扭矩大小，螺母上的槽不一定與螺栓上的孔對(duì)準(zhǔn)，如要螺母上的槽與螺栓上的孔對(duì)準(zhǔn)的話，必須將螺母扳緊或放松，則扭矩不是大就是小。所以開(kāi)口銷與開(kāi)槽螺母的防松方法，對(duì)扭矩控制比較低，裝配不方便。這種防松方法可用于承受變載、振動(dòng)的重型機(jī)械的重要螺栓連接。3圖四 開(kāi)口銷與開(kāi)槽螺母防松2.2.2 止動(dòng)墊圈止動(dòng)墊圈螺母擰緊后, 將單耳或雙耳止動(dòng)墊圈分別向螺母和被連接件側(cè)面折彎

8、貼緊, 即可將螺母鎖住。若兩螺栓需要雙聯(lián)鎖緊, 可采聯(lián)止動(dòng)墊圈, 使兩螺母相互制動(dòng)。止動(dòng)墊圈靠墊圈塑性變形卡住螺母,動(dòng)載荷連接?？捎糜诓唤?jīng)常拆卸的重型、圖五 止動(dòng)墊圈防松2.2.3 串聯(lián)鋼絲用低碳鋼鋼絲穿入螺栓頭部或螺母的孔（或開(kāi)槽螺母）內(nèi)，使幾個(gè)螺栓或螺母串聯(lián)一起而互相制約達(dá)到防松的目的。用這種方法防松，使用時(shí)注意鋼絲的走向，保證一個(gè)螺母回松時(shí)使另一個(gè)螺母有擰緊的趨勢(shì)，這種防松方法多用于不常拆卸的成組的密集型螺紋副的連接。圖六 串聯(lián)鋼絲防松2.3 破壞螺紋副關(guān)系防松該類防松主要有以下幾種防松方法：點(diǎn)焊防松。螺母擰緊后在螺紋緊靠螺母處用電焊點(diǎn)焊破壞螺紋。點(diǎn)沖法防松。螺母擰緊后在螺紋緊靠螺母處點(diǎn)

9、沖破壞螺紋。粘合防松。通常采用厭氧膠粘結(jié)劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后粘結(jié)劑能夠自行，防松效果良好。該類防松方法方便、可靠，但拆開(kāi)連接時(shí)必須破壞螺紋，多用于很少拆開(kāi)或不拆開(kāi)的連接。4圖七 破壞螺紋副關(guān)系防松3 總結(jié)本文從螺紋連接松動(dòng)的原因出發(fā), 結(jié)合在航空館觀察到的螺紋防松措施, 對(duì)各類防松方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。螺紋防松方法多種多樣，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，使用者只有因地制宜，緊密結(jié)合螺紋緊固件使用的具體情景, 才能正確合理地選擇相應(yīng)的螺紋防松方式。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高螺紋連接的可靠性，就要求在設(shè)備設(shè)計(jì)中盡量減少對(duì)連接件的沖擊和振動(dòng);在制造中降低螺栓和被連接件接觸表面的表面粗糙度和形狀誤差;在裝配過(guò)程中, 減少螺紋連接的拆卸次數(shù), 防止連接表面的損傷