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【兆恒機(jī)械】為什么螺栓會松動,什么是預(yù)加載?

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  • 添加日期:2022年08月12日
螺栓松動的5個原因

01


擰緊不足

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擰緊不足或假擰緊的螺栓本來就是預(yù)緊力不足,如果再出現(xiàn)松動,接頭便沒有足夠的夾緊力將各個部分固定在一起。這可能導(dǎo)致兩個零件之間橫向滑動,螺栓就會受到不必要的剪切應(yīng)力,最終可能導(dǎo)致螺栓斷裂。

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02


振動

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對螺栓連接在振動下的試驗表明,許多小的“橫向”運動導(dǎo)致連接的兩個部分相互運動,同時螺栓頭或螺母與被連接件也會產(chǎn)生運動。

這些重復(fù)的運動會抵消螺栓和被連接件之間的摩擦。最終,振動將導(dǎo)致螺栓的螺紋上“旋轉(zhuǎn)松開”,接頭失去夾緊力。

03


嵌入

設(shè)計開發(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,螺栓的緊密度會出現(xiàn)松弛。

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)拋光金屬都會發(fā)生。

如果接頭設(shè)計不當(dāng),或者在開始時螺栓未達(dá)到規(guī)定張力,則接頭的嵌入可能導(dǎo)致夾緊力損失而達(dá)不到所需的最小夾緊力。

結(jié)合面之間存在微觀的凹凸不平,在擰緊后螺栓預(yù)緊力作用下就會產(chǎn)生凸點壓潰,永久塑性變形,從而螺栓的夾緊長度會降低,最終導(dǎo)致螺栓的預(yù)緊力下降。

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04


墊片蠕變和熱膨脹

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

隨著時間的推移,尤其是接近高溫或腐蝕性化學(xué)品時,墊圈可能會“蠕變”,這意味著它失去彈性,導(dǎo)致夾緊力的損失。

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,會導(dǎo)致螺栓材料迅速膨脹或收縮,可能會使螺栓松動。

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05


沖擊

沖擊-較大沖擊載荷超過螺栓預(yù)緊時摩擦力,產(chǎn)生滑動。

來自機(jī)械、發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)等的動態(tài)或交變載荷可導(dǎo)致機(jī)械沖擊——施加在螺栓或接頭上的沖擊力——導(dǎo)致螺栓發(fā)生相對滑動。

就像振動一樣,這種滑動最終會導(dǎo)致螺栓松動。甚至沖擊往往在設(shè)計接頭連接時候還未考慮到這么大的載荷。

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什么是預(yù)加載?

在工程中具有多種含義的術(shù)語。一個是緊固件在最初擰緊時產(chǎn)生的張力(載荷)。當(dāng)螺栓伸展時,螺栓和螺母之間的部件壓縮,從而增加所謂的夾緊負(fù)荷,直到緊固過程結(jié)束。

螺栓松動的危害

01


法蘭泄漏


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02


風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)艙分離脫落


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03


船舶發(fā)動機(jī)震動連接螺栓脫落


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船舶發(fā)動機(jī)震動連接螺栓脫落,并隨著船舶滾動,造成設(shè)備的進(jìn)一步損壞。

在螺栓連接中,擰緊螺母實際上會使螺栓伸長,就像拉動彈簧一樣。這種拉力,或者說張力,會產(chǎn)生相反的夾緊力,將被連接件的兩部分緊密的固定在一起。


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如果螺栓松動,夾緊力就會減弱。

松動的螺栓不僅僅是一個令人頭疼的麻煩。如果接頭沒有迅速重新擰緊,就可能開始泄漏液體或氣體,螺栓可能斷裂,設(shè)備可能損壞,或可能發(fā)生災(zāi)難性事故。image.png

灌滿燃料的運載火箭

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螺栓固定的鐵軌


總結(jié)

“最好的防松是保證預(yù)緊力足夠,不會使接頭產(chǎn)生滑動、開口等問題”


以上分析可以看出由于預(yù)緊力不足或降低導(dǎo)致松動的原因就達(dá)到了3個,因此需要特別控制螺栓的預(yù)緊力來控制松動的風(fēng)險。

只要預(yù)緊力足夠滿足要求,只要不是太短的夾緊長度(如lk≥3d),即使存在一定的振動載荷,螺栓一般也不會自松動。

良好的螺栓連接設(shè)計、適當(dāng)?shù)膴A緊力開發(fā)和適當(dāng)?shù)穆菟ǚ浪裳b置相結(jié)合,可以可靠地固定螺栓連接,以應(yīng)對這里提出的許多松動挑戰(zhàn)。

一個好的螺栓連接將被設(shè)計成適當(dāng)尺寸和類型的螺栓和螺母,并指定最佳的張力,以達(dá)到保持連接完整性所需的夾緊力。

在應(yīng)用中,適當(dāng)?shù)膴A緊力要求每個螺栓中的張力(預(yù)緊力)達(dá)到正確水平,并在整個使用壽命期間保持在該水平。

因此在螺栓上保持適當(dāng)?shù)膹埩κ侵陵P(guān)重要的,可以在設(shè)計時候采用超聲波來測量螺栓的軸力,保證螺栓的預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計要求,茲懋的超聲波軸力測量儀就是專門用來測量螺栓的軸力,還具有二維碼功能,可實時追溯該螺栓的軸力。