今天,螺絲君將分析扭轉外載荷是如何導致旋轉松動?哪些因素會影響螺紋連接的抗旋轉松動能力?以及如何優化?
在帶輪扭轉載荷下,如果位置1和位置2均不會產生滑動,那么就不會產生螺栓連接的旋轉松動。
根據螺紋擰緊的計算公式:
現在我們思考下,帶輪給螺栓連接系統施加順時針和逆時針載荷時,位置1和位置2如何產生滑動,螺紋連接才會發生旋轉松動?
從上圖的左側看,當帶輪施加順時針扭轉載荷時,即螺栓擰緊的方向,位置1必須產生滑動,因為當位置1沒有滑動時,螺栓會被擰緊;當帶輪施加逆時針扭轉載荷時,即螺栓擰松的方向,此時位置2產生滑動,但位置1不能有滑動,因為當位置1也滑動時,螺栓就不會被擰松。
因此,為了讓帶輪交替施加順時針和逆時針扭轉載荷時,螺栓會產生松動,需滿足以下條件:
當滿足公式5后,帶輪交替的施加順時針和逆時針扭轉載荷時,螺栓只會被擰松,而不會被擰緊。
通過以上分析,扭轉載荷下,發生旋轉的松動的必要條件是在螺紋摩擦面和端面摩擦面均需要發生相對滑動和公式5的條件成立。
2 扭轉載荷下旋轉松動的臨界滑動量
當螺紋連接的相對轉角較小時,螺栓的扭轉變形即可吸收扭轉轉角,這點和螺栓的傾斜和彎曲可以抵消剪切下載荷的變形是相類似的。
那么,多大的扭轉角是連接結構無法抵消的呢?連接件之間不產生旋轉松動的最大相對扭轉角度被稱為臨界扭轉角,即連接件的相對轉角超過臨界扭轉角,同時公式5滿足,旋轉松動就會發生。
螺絲君參考了相關資料,
3 扭轉載荷下旋轉松動的影響因素分析
通過以上分析,當公式5不成立時,公式6的臨界扭轉角Qcr越大,螺紋連接越不容易發生旋轉松動,現在我們根據公式,看看哪些因素會旋轉松動以及如何優化以提高扭轉載荷下防旋轉松動能力?
第一個影響因素是p:螺距,當P越小時,公式5越不會成立,Qcr也越大,因此,減低螺距可提升螺紋連接防旋轉松動的能力,細牙螺紋相比于粗牙螺紋更不易發生旋轉松動。
第二個影響因素是dw:端面摩擦直徑,當dw越大時,Qcr也越大,因此,增加dw可提升螺紋連接防旋轉松動的能力,如采用法蘭螺栓或采用法蘭更大的螺栓。
第三個影響因素是L:螺栓支承面到內螺紋嚙合末端的距離,當被螺栓越長,Qcr也越大。因此,增加L可提升螺紋連接防旋轉松動的能力。
第四個影響因素是d:螺栓直徑,螺栓直徑越小,Qcr也越大,因此,降低d可提升螺紋連接防旋轉松動的能力。綜合因素三和因素四,細而長的螺栓有利提升防旋轉松動的能力,這點和剪切載荷對旋轉松動的影響是一致的。
第五個影響因素是F:軸力,當F越大時,Qcr越大。因此,增大軸力可提升螺紋連接防旋轉松動的能力。
第六個影響因素是us:螺紋摩擦系數,uw:端面摩擦系數,為了讓公式5不成立,考慮是絕對值,應降低us,增加uw,這樣可使公式5左側數值絕對值更大,公式5越不成立。因此降低us,增加uw有利提升防旋轉松動的能力。
第七影響因素是GB:螺栓的剪切模量,GB越小,Qcr越大,通常鋼的GB是相接近的,鋁合金、銅合金、鈦合金的GB較小,但這類合金的螺栓應用相對較少,存在成本較高、強度低的問題。
考慮到旋轉松動對扭轉載荷沒有剪切載荷敏感,在實際應用時,如果考慮成本問題,對承受扭轉載荷的連接位置可不采用防松措施。
4 螺絲君經驗與總結
1) 扭轉載荷下,發生旋轉松動的必要條件是在螺紋摩擦面和端面摩擦面均需要發生相對滑動和公式5的條件成立。
2) 螺紋連接不發生旋轉松動的條件是相對轉角不超過臨界扭轉角Qcr,臨界扭轉角Qcr越大,公式5越不成立,越不容易發生旋轉松動。
通過理論研究,采用細而長的螺栓、增加擰緊軸力、采用細牙螺紋、增加螺栓支承面的摩擦直徑、大的支承面摩擦系數和小的螺紋摩擦系數均有利于提升扭轉載荷下螺紋連接的防旋轉松動能力。