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塔器等地脚螺栓采用 双螺母防松 的原理

时间:2020-09-30 来源:卢梭说压力容器 浏览:
一、什么是螺栓的预紧力?
 
当拧紧螺纹紧固件时,向紧固件输入能量,撤去拧紧力矩后,由于螺旋副的自锁作用和螺母、螺栓头与被联接件支撑面接触表面上的摩擦力,这个能量大部分被存储在紧固件中,使螺栓承受拉力,被联接件承受压力,这就是预紧力
若没有外界因素使这个能量释放出来,预紧力就不会减少或消失。但是,当螺纹联接受冲击振动或交变载荷作用时,螺纹副之间和支撑面之间的摩擦力可能瞬时消失,或在经过一段时间后会使联接松动甚至松脱,从而导致机器不能正常工作甚至发生严重事故。在高温或温度变化较大的情况下,由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛,也会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小,导致联接松动。因此为保证联接安全可靠,必须采取有效的防松措施,避免螺母松动
 
二、常见的防松措施
 
螺纹联接防松的实质,在于防止工作时螺栓与螺母的相对转动,具体的防松方法和防松装置很多。常见的诸如:双螺母、弹簧垫圈、开缝螺母、锁紧螺母、紧定螺钉固定不完整螺尾等,都属于摩擦防松。
摩擦防松原理是在螺旋副中产生附加压力,从而始终有摩擦力矩存在,防止螺母相对螺栓转动。一般而言,摩擦防松具有结构简单、操作方便的特点,但防松的可靠性较差,对于振动、冲击和动载较大的工况,同样会产生不同程度的螺母松动现象,同时摩擦防松对于防止螺纹联接的初期松脱非常有效,但当螺纹联接已经松脱到一定程度后,该类防松方法就不再起作用。
 
三、双螺母防松的受力分析
 
双螺母是靠增大摩擦力来防松的一种方法,是比弹簧垫圈有效得多的一种方法。
由图2.5a)可见,当拧上第一个螺母时,螺母螺纹牙形的上侧与螺栓螺纹牙接触,拧上第二个螺母(称副螺母或防松螺母)后,螺母和螺栓的牙接触发生变化。在实际操作过程中,双螺母拧紧有两种情况:
1)当施加在第二个螺母上的力矩不足以抵消下螺母所受的压力时(如图 2.5b),这时上、下螺母副之间没有附加的压力,上下螺母只相当于一个螺母。在受到交变载荷时,下螺母与螺杆形成的螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失,上螺母与螺杆所形成的螺旋副间的摩擦力也有可能减小和瞬时消失,上下螺母就有可能松动,这时双螺母起不到防松作用。
2)当施加在上螺母上的力矩足以克服下螺母所受的力时(如图 2.5c),这时,上螺母螺纹牙形的上侧与螺栓螺纹牙下侧接触,而下螺母螺纹牙的下侧与螺栓螺纹牙的上侧接触。两个螺母对顶拧紧后,螺母副始终受到附加的压力和摩擦力的作用,工作载荷有变化时该摩擦力仍然存在,这样就起到了防松的作用。

 

 

四、为什么两个螺母选一样的大小?
 
严格地讲,在装配过程中,双螺母联接防松应使厚螺母在上作为主螺母。目前,国内常用的安装方法是先使用规定拧紧力矩的 80% 拧紧副螺母,再用 100% 的拧紧力矩拧紧主螺母;而国外的安装方法是先用规定拧紧力矩的 25% ~ 50% 拧紧副螺母,然后用 100% 的拧紧力矩拧紧主螺母。
但在实践中,考虑到薄厚螺母装配顺序容易颠倒,在结束状态时,因主螺母承载较大,若主螺母较薄,受载后螺纹牙承载能力较弱,使其螺旋副容易出现滑丝或脱扣导致“拧紧对顶”失效,以及预紧时扳手的有效厚度对预紧效果的影响,所以宜使用等厚度的两个螺母装配,以达到预期的防松效果
 
本文前三小节抄录自参考文献[1],第四小节摘录自文献[2]
[1] 景秀并. 双螺母防松振动性能分析与研究[D]. 天津: 天津大学, 2004
[2] 李宏天. 双螺母防松联接螺母合理使用研究[J]. 矿山机械, 2013, 41(3)
 
另,推荐两篇文献供参考:
[3] 苑雪涛, 朱勇钢, 严海纲, . 双螺母防松结构分析[J]. 煤矿机械, 2016, 37(2).
[4] 余钦义. 双螺母防松及其力关系[J]. 机械, 1990(01).
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