目前,车用紧固连接大多数采用的是普通六角螺栓、六角螺母、弹簧垫圈等紧固件进行连接。中崋标准件网为了让大家车用紧固件螺栓、螺母连接有更多的了解,下面分享有关普通紧固件螺栓、螺母的防松情况、普通紧固件螺栓、螺母失效分析和车用几种防松螺母的比较。
1、普通紧固件螺栓、螺母防松情况
螺栓防松结构型式主要有:六角法兰面螺栓,增大接触面积;六角法兰面承面带齿螺栓,增大接触面积同时增大摩擦系数;六角头头部带孔螺栓、六角头蝶杆带孔螺栓装配后通过钢丝机械锁紧;
螺母防松结构型式主要有:六角法兰面螺母,增大接触面积;非金属嵌件六角锁紧螺母、非金属嵌件六角法兰面锁紧螺母通过嵌件阻止松动;全金属六角锁紧螺母、全金属六角法兰面锁紧螺母通过头部凸缘增加有效力矩;六角开槽螺母采用开口销机械止退。
垫片防松结构型式主要是:止退和增加弹力,有弹簧垫圈、锥形弹性垫圈、外锯齿锁紧垫圈等。在施工中也常用螺纹涂胶、机械锁紧如带孔螺栓用铁丝紧固、锁片锁紧等防松措施。
2、普通紧固件螺栓、螺母失效分析
车架是汽车各部件的承载体,各部件直接或间接紧固在车架上,而汽车作为运动设备,受到载荷、路面作用力,车架产生变形、紧固件松动是自然而然的事情。
紧固件连接失效分析首先从工作机理分析,装配时扳手的拧紧力矩通过摩擦力转化为螺纹的预紧力,现场质量控制只检查拧紧力矩。从这个过程可分析出影响紧固件失效的因素有拧紧工具、拧紧力矩、螺纹结构、紧固件质量、被连接件、外力、设计等。
工具示值与实际不符,工具定期效验;压缩空气压力不符合要求,检查整改;螺栓、螺母在线拧紧,没有特殊要求的螺栓、螺母由风动扳手打紧即可,特殊要求的螺栓、螺母先采用风动扳手拧紧,再用定值扳手复紧,失效原因简单,就是力矩不符合技术要求;螺纹本身的摩擦系数直接决定预紧力,而不同的压力角拧紧力矩转化为预紧力也是不同的;紧固件质量,如锻造爆裂、尺寸超差、摩擦系数偏离等;被连接件因素有表面漆膜质量、漆膜厚度,被联接件间的间隙,联接件的弹性等;外力因素主要表现在震动、冲击、受力变形等;设计因素表现在紧固件选择不当,预紧力偏小或偏大,剪切力、拉伸长度变形满足不了实际需求等。
从拧紧过程受力分析来看,拧紧力矩需克服拧紧端面摩擦力矩、螺纹副摩擦力矩、被连接件弹性变形力矩等,剩余部分才转化成夹紧力。因此,在相同使用条件下,决定拧紧力的关键因素的应该是螺纹本身的结构和本质质量,如结构、材料、热处理、表面处理、品质控制等。
可见,紧固件的失效主要表现在松动、粘连、变形、脱丝、断裂,导致被连接件固定不牢、解体、损坏,甚至引发交通事故,造成人员伤害、财产损失,如传动轴前部脱落,前端着地将车辆撑起引起翻车,转向花键轴螺栓脱落引发转向失灵等。紧固件在汽车结构中看似不起眼的小件,紧固件装配却是整车装配的主要工作,且品种多,数量大,是影响整车装配的重要因素,不可小视。
3、车用几种防松螺母的比较
3.1普通六角头螺母
普通六角头螺栓、螺母生产批量大,技术成熟,成本低,仍将是汽车用紧固件的主流。多年来,许多紧固件生产企业都在致力于螺纹防松的研究,也针对普通六角螺栓、螺母松动问题作了专门的分析,重点分析了普通六角头螺母在制造环节影响预紧力的因素,影响预紧力的主要原因是牙形形状、摩擦系数等,初步分析,对于普通标准螺纹,螺纹咬合时大部分载荷集中作用在第一、二牙的螺纹面上,不均布,并且摩擦系数离散性大(见图1) ;使用者往往存在认识误区,认为摩擦力越大越好。其实不然,摩擦副间的摩擦系数越小,轴向夹紧力越大,则紧固性能越好。按照摩擦系数的变化对拧紧效率及紧固度的影响呈“剪刀差”变化趋势的理论,并通过试验验证,采用“中值”摩擦系数,即比现用螺栓、螺母摩擦系数小的,我们称之为小摩擦系数。而大批量生产,所有件保持一个固定的数值是无法实现的,通过和供应商联合设计公关,改进工艺,尽可能保持摩擦系数一般在合理的范围内波动。
3.2永不松动螺母
许多企业生产的紧固件都宣称永不松动,如美国的DTFLOCK (施必牢)锁紧螺母、日本的HARDLOCK(哈德罗克)锁紧螺母、美国的DISC-LOCK防松垫圈、瑞典的NORD-LOCK防松垫圈等等。通过比较最终选择对比试用小摩擦系数螺母进行比较,DTFLOCK锁紧螺母和日本的HARDLOCK锁紧螺母。
1)DTFLOCK螺母
DTFLOCK螺母在内螺纹的牙底处有一个30°的楔形斜面,当螺栓、螺母拧紧时,螺栓的牙尖就紧紧地顶在螺母的楔形斜面上,从而产生了很大的锁紧力。由于牙形的角度改变,使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60°角(见图2),而不是像普通螺纹那样的30°角,DTFLOCK螺纹法向压力远远大于扣紧压力,因此,所产生的防松摩擦力也就必然大大增加了。
2)HARDLOCK螺母
HARDLOCK是双螺母(见图3),内螺母外侧设有偏心的突起;外螺母为普通螺母结构,其内侧设有同心的凹槽;外螺母备紧时内螺母的外侧凸起与螺栓不同心,内螺母的偏心突起与螺栓受到外螺母的拧紧挤压产生径向力,相当于在螺纹间隙中增加了锲子,螺纹全方位锁紧。
