目前,車用緊固連接大多數采用的是普通六角螺栓、六角螺母、彈簧墊圈等緊固件進行連接。中崋標準件網為了讓大家車用緊固件螺栓、螺母連接有更多的了解,下面分享有關普通緊固件螺栓、螺母的防松情況、普通緊固件螺栓、螺母失效分析和車用幾種防松螺母的比較。
1、普通緊固件螺栓、螺母防松情況
螺栓防松結構型式主要有:六角法蘭面螺栓,增大接觸面積;六角法蘭面承面帶齒螺栓,增大接觸面積同時增大摩擦系數;六角頭頭部帶孔螺栓、六角頭蝶桿帶孔螺栓裝配后通過鋼絲機械鎖緊;
螺母防松結構型式主要有:六角法蘭面螺母,增大接觸面積;非金屬嵌件六角鎖緊螺母、非金屬嵌件六角法蘭面鎖緊螺母通過嵌件阻止松動;全金屬六角鎖緊螺母、全金屬六角法蘭面鎖緊螺母通過頭部凸緣增加有效力矩;六角開槽螺母采用開口銷機械止退。
墊片防松結構型式主要是:止退和增加彈力,有彈簧墊圈、錐形彈性墊圈、外鋸齒鎖緊墊圈等。在施工中也常用螺紋涂膠、機械鎖緊如帶孔螺栓用鐵絲緊固、鎖片鎖緊等防松措施。
2、普通緊固件螺栓、螺母失效分析
車架是汽車各部件的承載體,各部件直接或間接緊固在車架上,而汽車作為運動設備,受到載荷、路面作用力,車架產生變形、緊固件松動是自然而然的事情。
緊固件連接失效分析首先從工作機理分析,裝配時扳手的擰緊力矩通過摩擦力轉化為螺紋的預緊力,現場質量控制只檢查擰緊力矩。從這個過程可分析出影響緊固件失效的因素有擰緊工具、擰緊力矩、螺紋結構、緊固件質量、被連接件、外力、設計等。
工具示值與實際不符,工具定期效驗;壓縮空氣壓力不符合要求,檢查整改;螺栓、螺母在線擰緊,沒有特殊要求的螺栓、螺母由風動扳手打緊即可,特殊要求的螺栓、螺母先采用風動扳手擰緊,再用定值扳手復緊,失效原因簡單,就是力矩不符合技術要求;螺紋本身的摩擦系數直接決定預緊力,而不同的壓力角擰緊力矩轉化為預緊力也是不同的;緊固件質量,如鍛造爆裂、尺寸超差、摩擦系數偏離等;被連接件因素有表面漆膜質量、漆膜厚度,被聯接件間的間隙,聯接件的彈性等;外力因素主要表現在震動、沖擊、受力變形等;設計因素表現在緊固件選擇不當,預緊力偏小或偏大,剪切力、拉伸長度變形滿足不了實際需求等。
從擰緊過程受力分析來看,擰緊力矩需克服擰緊端面摩擦力矩、螺紋副摩擦力矩、被連接件彈性變形力矩等,剩余部分才轉化成夾緊力。因此,在相同使用條件下,決定擰緊力的關鍵因素的應該是螺紋本身的結構和本質質量,如結構、材料、熱處理、表面處理、品質控制等。
可見,緊固件的失效主要表現在松動、粘連、變形、脫絲、斷裂,導致被連接件固定不牢、解體、損壞,甚至引發交通事故,造成人員傷害、財產損失,如傳動軸前部脫落,前端著地將車輛撐起引起翻車,轉向花鍵軸螺栓脫落引發轉向失靈等。緊固件在汽車結構中看似不起眼的小件,緊固件裝配卻是整車裝配的主要工作,且品種多,數量大,是影響整車裝配的重要因素,不可小視。
3、車用幾種防松螺母的比較
3.1普通六角頭螺母
普通六角頭螺栓、螺母生產批量大,技術成熟,成本低,仍將是汽車用緊固件的主流。多年來,許多緊固件生產企業都在致力于螺紋防松的研究,也針對普通六角螺栓、螺母松動問題作了專門的分析,重點分析了普通六角頭螺母在制造環節影響預緊力的因素,影響預緊力的主要原因是牙形形狀、摩擦系數等,初步分析,對于普通標準螺紋,螺紋咬合時大部分載荷集中作用在第一、二牙的螺紋面上,不均布,并且摩擦系數離散性大(見圖1) ;使用者往往存在認識誤區,認為摩擦力越大越好。其實不然,摩擦副間的摩擦系數越小,軸向夾緊力越大,則緊固性能越好。按照摩擦系數的變化對擰緊效率及緊固度的影響呈“剪刀差”變化趨勢的理論,并通過試驗驗證,采用“中值”摩擦系數,即比現用螺栓、螺母摩擦系數小的,我們稱之為小摩擦系數。而大批量生產,所有件保持一個固定的數值是無法實現的,通過和供應商聯合設計公關,改進工藝,盡可能保持摩擦系數一般在合理的范圍內波動。
3.2永不松動螺母
許多企業生產的緊固件都宣稱永不松動,如美國的DTFLOCK (施必牢)鎖緊螺母、日本的HARDLOCK(哈德羅克)鎖緊螺母、美國的DISC-LOCK防松墊圈、瑞典的NORD-LOCK防松墊圈等等。通過比較最終選擇對比試用小摩擦系數螺母進行比較,DTFLOCK鎖緊螺母和日本的HARDLOCK鎖緊螺母。
1)DTFLOCK螺母
DTFLOCK螺母在內螺紋的牙底處有一個30°的楔形斜面,當螺栓、螺母擰緊時,螺栓的牙尖就緊緊地頂在螺母的楔形斜面上,從而產生了很大的鎖緊力。由于牙形的角度改變,使施加在螺紋間接觸所產生的法向力與螺栓軸成60°角(見圖2),而不是像普通螺紋那樣的30°角,DTFLOCK螺紋法向壓力遠遠大于扣緊壓力,因此,所產生的防松摩擦力也就必然大大增加了。
2)HARDLOCK螺母
HARDLOCK是雙螺母(見圖3),內螺母外側設有偏心的突起;外螺母為普通螺母結構,其內側設有同心的凹槽;外螺母備緊時內螺母的外側凸起與螺栓不同心,內螺母的偏心突起與螺栓受到外螺母的擰緊擠壓產生徑向力,相當于在螺紋間隙中增加了鍥子,螺紋全方位鎖緊。
