В качестве механической основы застежка имеет тенденцию переходить от структурной застежки к функциональной. С развитием автомобильной, высокоскоростной железной дороги, авиации и других отраслей требования к свободному сопротивлению крепежных элементов становятся все более строгими.
В настоящее время существует множество неплотных форм крепежа, нет единого руководящего принципа, нет основы для проектирования и выбора. Поэтому очень важно оценить сопротивление затяжки крепежа. Обычно характеристики крепежа оценивают путем теоретических расчетов и сравнительных испытаний.
В настоящее время проверка прочности крепежных изделий дома и за рубежом проходит в основном двумя методами.
Gjb715.3-89 (метод ускоренного испытания на вибрацию), режим нагрузки, а также условия вибрации и удара более близки к фактическому состоянию использования различных крепежных деталей, особенно при оценке срока службы крепежа, предотвращающего ослабление соединения, которое в основном используется в аэрокосмической промышленности.
Gb / t10431-2008 метод испытания на поперечную вибрацию для крепежа, этот метод может точно измерить переменные силы предварительной затяжки соединения крепежа во время испытания на вибрацию, описать процесс изменения силы предварительной нагрузки в испытании, дать диаграмму кривой зависимости между усилием предварительного затягивания и временем (или временем) вибрации, и возьмите переменную уменьшения предварительного натяга в качестве критерия для измерения ослабления соединения крепежа, а эффективность испытания высока.Применимы все отрасли, кроме аэрокосмической.
Сравнение испытаний нескольких распространенных противосвязывающих застежек проводится с помощью метода испытаний на поперечную вибрацию, который обеспечивает справочную информацию для выбора противослабляющих застежек и более масштабных испытаний.
1 、 Сравнительный тест
Для сравнения было выбрано пять видов застежек, предотвращающих расшатывание. Каждая застежка была выбрана из 10 групп квалифицированных образцов с каждым показателем эффективности, соответственно:
Болт (gb / t5782) + общая гайка (gb / t6170) + плоская шайба (gb / t97.1);
Болт (gb / t5782) + контргайка с переменным зубцом (tb / t3019);
Болт (gb / t5782) + общая гайка (gb / t6170) + пружинная шайба (gb / t93);
Болт (gb / t5782) + гайка общая (gb / t6170) + самоконтрящаяся шайба (замок Nord);
Болт (gb / t5782) + общая гайка (gb / t6170) + предохранительная шайба (по сравнению с типом).
Спецификация болта, выбранная в этом испытании, - M14, а класс эффективности - 10,9; Класс эффективности гайки - 10, а плоской колодки - 300hv.
2 、 Метод испытания
Сравнительное испытание было проведено 3000 раз поперечной вибрации в соответствии с gb / t10431-2008, и ослабление усилия предварительной затяжки испытательного болта регистрировалось в реальном времени.
Взаимосвязь между моментом затяжки T, осевым предварительным натягом F и номинальным диаметром D болта в резьбовом соединении может быть выражена коэффициентом крутящего момента: T=kxfxd (1)
Поскольку разница в коэффициенте крутящего момента K между образцами будет влиять на результаты испытаний, в этом испытании не используется тот же момент затяжки, но используется тот же метод начальной осевой предварительной нагрузки. Начальный предварительный натяг - это осевое растяжение при пределе текучести 70% образца болта, т.е. f=(rpo.2xas) X70% (2)
Где:
F - начальная осевая предварительная нагрузка;
Rp0.2 - непропорциональное напряжение растяжения, указанное для образцов болтов, rp0.2=640 МПа, см. Gb / t3098.1-2010;
Как и номинальная площадь поперечного сечения болтов, as=157 мм, см. Gb / t3098.1-2010.
Критерии оценки: после 3000 испытаний поперечной вибрации по 240 с отношение остаточного предварительного натяга к начальному предварительному натяжению составляет не менее 70%, и характеристики образца&# 39 против расшатывания могут быть признаны аттестованными.
3 、 Результаты испытаний и анализ
（1） Болт + общая гайка + плоская шайба
В первой группе испытаний используются обычные гайки и плоские колодки, которые в принципе не обладают вибрацией и устойчивостью к расшатыванию, поэтому они используются в качестве контрольной группы для сравнительных испытаний.
Из кривой зависимости осевого усилия от времени на Рисунке 1 видно, что 90% осевого усилия образцов болта резко уменьшилось в течение 30 секунд после испытания, что указывает на то, что пара статического трения болта и гайки быстро разрушается в течение 30 секунд, а предварительная нагрузка болта была полностью потеряно, что приводит к ослаблению болтового соединения.
Результаты испытаний показывают, что общая гайка и шайба не обладают функцией защиты от ослабления в условиях динамической нагрузки, ударов и вибрации. Следовательно, необходимо использовать фиксатор, предотвращающий расшатывание, для повышения надежности механического соединения.
Рис.1 Кривая затухания предварительной нагрузки группы 1
（2） Болт + контргайка с переменным зубцом
Во второй группе испытаний используется контргайка с переменным зубцом. Из кривой зависимости осевого усилия от времени на Рисунке 2 можно увидеть, что после 240-секундного испытания поперечной вибрации, за исключением того, что соотношение остаточной осевой силы и начальной осевой силы образца 9 составляет менее 70%, остаточная осевая сила оставшихся образцов может соответствовать критериям квалифицированного испытания, а среднее значение отношения остаточной осевой силы к начальной осевой силе составляет более 85%. Результаты показывают, что контргайка с переменным зубом имеет хорошие характеристики против ослабления и может удерживать резьбу самоблокировка в условиях динамической нагрузки, удара и вибрации.
Рисунок 2 Кривая затухания предварительной нагрузки группы 2
Резьба контргайки с переменным зубом отличается от резьбы метрической резьбы, и в нижней части зуба есть 30. Клиновидная наклонная поверхность болта будет наверху скоса внутренней резьбы после ввинчивания внутренней и внешней резьбы, так что нормальная сила, возникающая при контакте резьбы с осью болта, составляет 60 ° ， вместо 30 в метрических ° ， Нормальное давление между резьбой изменяется с f / sin60 ° на f / sin30 °。 Когда коэффициент трения между резьбой и осевая сила предварительного натяга F одинаковы, сила трения резьбы с клиновидной наклонной поверхностью равна намного больше, чем у обычной метрической резьбы, что значительно улучшает противодействующий крутящий момент.
Кроме того, резьба с клиновой фаской устранила большую несущую способность первой и второй сопрягаемых поверхностей, когда внутренняя и внешняя резьба согласована с метрической системой. Вся резьба винтовой резьбы не подвергается равномерному напряжению, и существует явление концентрации напряжений, которое эффективно улучшает характеристики защиты от расшатывания и вибрации, как показано на рис.3.
Рисунок 3spl резьба и метрическая резьба
Есть недостатки в гайке, которая очень чувствительна к диаметру резьбы болта. То есть диаметр резьбы болта находится в пределах диапазона допуска, и коэффициент крутящего момента после согласования с внутренней резьбой типа переменного зуба все еще имеет относительно большую скорость рассеивания.
Резьба болта большого диаметра будет деформироваться из-за контакта с наклонной поверхностью, что может привести к ослаблению осевого усилия при повторном использовании и в некоторой степени повлиять на его характеристики повторного использования.
（3） Болт + общая гайка + пружинная шайба
Во второй группе испытаний используются стандартные пружинные шайбы. Как видно из рисунка 4, предварительная осевая нагрузка всех испытательных образцов быстро падает до 0 узлов в течение 30 секунд после испытания, то есть винтовое соединение ослабло и вышло из строя.
Время проверки изображения / с
Рисунок 4: кривая затухания предварительной нагрузки группы 3
Сила упругой реакции пружинной шайбы сглаживается за счет упругой деформации, которая может непрерывно компенсировать осевую силу пары болтовых соединений и предотвращать ослабление болта из-за усталости, вызванной непрерывной вибрацией. При этом наклонный конец пружинной подушки упирается в опорную поверхность болта или гайки и поверхность соединяемой детали, что играет роль остановки и предотвращения расшатывания.
Однако испытание показывает, что пружинная шайба не может предотвратить расшатывание в условиях сильного удара и вибрации, поскольку прокладка из пружинной стали вырезает отверстие, а затем она подвергается упругой деформации, и ее сила упругой реакции значительно снижается; При этом размер шайбы мал, эквивалентный диаметр контактной поверхности между головкой болта и соединяемой деталью становится меньше, что значительно снижает трение и момент отрыва этой детали.
Пружинная шайба легко расширяется, а наклонный конец отверстия легко повредить соединительную поверхность при быстрой затяжке. Поэтому не рекомендуется использовать пружинную шайбу в качестве средства предотвращения ослабления ключевых деталей соединения с сильной вибрацией и высоким риском расшатывания.
（4） Болт + общая гайка + самоконтрящаяся шайба
В четвертой группе испытаний используется самоблокирующаяся шайба с двумя зубьями (замок Норд). После 240 секунд поперечной вибрации отношение остаточной осевой силы к начальной осевой силе для 10 групп образцов составляет 82,51–87,61%, как показано на Рисунке 5, и все они соответствуют стандарту квалифицированных испытаний на устойчивость к расшатыванию.
Рисунок 5: кривая затухания предварительной нагрузки группы 4
Двухслойный зубчатый самоблокирующийся слой шайбы имеет наклонные зубья, которые сцепляются друг с другом, а радиальные зубцы находятся на двух установочных поверхностях шайб. При затяжке радиальные зубцы могут врезаться в опорную поверхность и установочную поверхность болта или гайки.
Когда болты или гайки ослабляются из-за сильной вибрации, наклонные зубья между шайбами поднимаются ступенчатым движением. Угол наклона a наклонного зуба больше, чем угол подъема метрической резьбы, что может привести к удлинению болта и достижению стабильного усилия предварительной затяжки. Это необходимо для увеличения усилия предварительной затяжки, чтобы предотвратить ослабление при растяжении болта, как показано на рисунке 6.
Рисунок 6nl шайба
Использование шайбы должно иметь большое усилие предварительной затяжки, чтобы соединение и опорная поверхность болта или гайки образовывали вмятины и становились единым целым. Без углубления она не будет выполнять функцию предотвращения ослабления шайбы, то есть шайба подходит для предотвращения ослабления высокопрочных креплений.
（5） Болт + общая гайка + предохранительная шайба
В пятой группе испытаний использовалась предохранительная шайба (по сравнению с типом), и среднее значение отношения остаточной осевой силы к начальной осевой силе для 10 групп образцов после сильной вибрации в течение 240 секунд составляет около 86. 7%, как показано на Рисунке 7. Отношение остаточной осевой силы к начальной осевой силе для каждой группы образцов составляет более 70%, что означает, что все они соответствуют стандарту оценки теста на устойчивость к расшатыванию.
Рис.7 Кривая затухания предварительной нагрузки группы 5
Предохранительная шайба (тип vs) представляет собой конструкцию с двусторонним храповым механизмом конической формы (см. Рис. 8). Под действием предварительного натяга храповик вдавливается в соединительный корпус и опорную поверхность болта или гайки и становится одним телом, что увеличивает силу обратного трения шарнирной поверхности. В то же время коническая структура обладает эластичностью и может компенсировать потерю усилия предварительного затягивания после нажатия и улучшать характеристики защиты от расшатывания в двух аспектах.
Рисунок 8 предохранительная шайба
Резюме
Когда застежка находится в состоянии изменения нагрузки, вибрации и ударов, важно выбрать подходящий и надежный антислабляющий тип, чтобы улучшить качество продукции и безопасность эксплуатации. Анализ показывает, что:
Стандартная пружинная шайба обладает ненадежной защитой от расшатывания. Он широко используется во всех сферах жизни из-за его простой установки и низкой стоимости, что сопряжено с риском.
Из-за рубежа внедряется технология контргайки с переменным зубом. После более чем десяти лет освоения и усовершенствования в Китае компания постепенно адаптировалась к потребностям отечественной путевой индустрии. Защита от расшатывания является надежной, и она стала своего рода обычным средством защиты от расшатывания в гусеничной индустрии.
Самоблокирующаяся шайба и предохранительная шайба являются запатентованной продукцией зарубежных производителей. Защита от блокировки является стабильной и надежной, но стоимость использования относительно высока. Если удастся установить соответствующие стандарты и завершить локализацию, это будет выгодно для крупномасштабного применения.
