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施必牢螺纹防松技术原理及应用

| 2020-11-16

各种机器及部件在连接装配中离不开紧固件。紧固件给机械工业带来了方便,但是,它有一个不可避免的弱点,即在剧烈震动中会自行松脱,致使部件或一台完整的设备损坏、解体甚至致酿成事故。

为解决紧固件的松脱问题,从螺纹紧固件诞生开始,世界上许多国家的科学家和工程师作了大量的实验和研究,他们采用锁片、销钉、尼龙嵌入、变形螺纹、化学涂胶等方法,在一定的程度上延缓了紧固件会自行松脱的时间,但是,没有根本解决问题。

螺纹紧固件的松脱问题的关键在于螺纹的结构形状。为此,美国工程师在研究了紧固件螺纹的形状及受力情况后,重新设计螺纹的几何形状,于七十年代末发明了这种现在被称为“施必牢”的螺纹技术,从根本上解决了紧固件的松脱问题。

一、 拧紧时松动的原因

标准螺纹连接松动主要原因有五点:螺纹公差、表面光洁度、电镀累积、螺纹牙型几何/不匹配侧面角、螺距误差累积。

在标准内外螺纹配合后,外螺纹的牙顶和内螺纹的牙根间存在横向间隙,在横向振动或横向力达到一定程度时,内外螺纹间将产生相对的横向移动。试验表明,此移动,微小的移动,很容易将紧固系统所贮存的变形能释放掉,即螺栓的弹性变形或张力失去了,导致松动。这一结论也为美国许多研究机构所证实。

标准螺纹紧固件在横向振动情况下容易松动的原因。

二、施必牢的解决方法

施必牢的螺纹形状是在它的牙根上有一种独特的30度楔形斜面。这种斜面是用特别的施必牢工具制作完成的。当装配施必牢螺母时,外螺纹的牙顶就紧紧地顶在施必牢螺纹30度的楔形斜面上,这样,就可以防止相对于母螺纹产生的任何螺纹的横向移动。

标准螺纹啮合后,啮合各牙的受力极不均匀。第一牙受力最大,第二牙次之,最后一牙最小甚至是悬浮状态,头两牙受力之和一般是螺栓张力的70%甚至80%。这是一种很不稳定的受力状态,在据烈振动及温差大的情况下前一牙的应力可能超过屈服点而发生塑性变形,造成松动。这也就容易理解标准螺纹头几牙容易磨损及滑牙了。

施必牢由于配合面为楔形斜面(锥形螺旋面),使得旋合区各螺纹的受力极为均匀。

由此可知,施必牢螺纹克服了造成普通标准螺纹松动的两个根本原因,即横向间隙及各牙受力极不均匀现象的存在,从而使它有良好的防松

从设计上解决了螺纹的松动这一问题。

三、施必牢防松产品在汽车工业中的应用

经过8年的发展,上海底特的产品被广泛应用于汽车、工程机械、铁路、城轨、桥梁、航空等许多行业和领域,特别是被指定用于青藏铁路、磁浮工程、东海大桥、杭州湾跨海大桥、青岛四方庞巴迪高级客车等多项国家大型工程上。已拥有包括振华港机、一汽、东风、宇通、金龙、上汽、重汽、陕汽、上柴、大柴、福田重工、三一重工、宝钢集团、长春客车厂、宝鸡桥梁厂、宝鸡石油机械厂、齐齐哈尔机车车辆厂、西安飞机制造厂等五十几家大型国企单位。

在重型汽车上的应用

美国某重型汽车公司在生产的重型汽车的四轮驱动变速箱采用施必牢螺纹丝锥制作箱体上的螺纹孔。以前紧固的方法包括有三个部分,即适用8级的双头螺栓,一个锁紧垫圈片和一个螺母。用了施必牢螺纹后,不仅简化了装配工序,而且还消除了箱体表面上的双端螺栓松脱问题。施必牢螺纹技术现已用到该公司生产的各类重型载货车上。施必牢螺母的防松特性逐渐被中国的汽车行业所了解。车轮螺母是容易松动脱落,成为安全隐患。采用了施必牢车轮螺母后,到目前为止,还没有发现螺母松动的情况。目前,汽车的传动轴与后桥连接螺母、汽车发动机支承架螺母也开始采用施必牢螺母。

施必牢紧固件已逐渐进入了包括飞机、汽车、火车、铁路、船舶、建筑、机械、石油、农机、电力、军工、医疗器材等众多领域。这是美国宇航技术成功地运用到民用工业的成功范例,是对传统的螺纹技术的一场革命。

在柴油机中的应用

在柴油机上的增压器、排气支管等部件的链接紧固件有一个共同的要求:即耐高温和承受强烈振动。采用尼龙螺母、化学涂胶等防松锁紧螺母,在高温下会失效;而双螺母加止推垫圈,在温度高的状况下情况比较好一些,但是,安装麻烦,而且防松效果也并不理想。

施必牢螺母独特的结构,有效地克服了以上的弱点,在紧固件拧紧时,能够在高温下承受强烈的振动。柴油机上的增压器、排气管、输油导管等部件上,改用施必牢螺母后,有效的解决了紧固件在高温状态下松动的问题。因而,在柴油机行业,立刻引起涟漪效应。目前全国许多柴油机制造厂,在这些部位都采用了施必牢螺母,起到了良好的防松锁紧效果。

 
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