鎖緊螺母,又稱自鎖螺母,目前主要包括全金屬鎖緊螺母、非金屬嵌件鎖緊螺母、金屬夾鎖緊螺母等。 全金屬鎖緊螺母分為3點端麵壓力,對螺紋的節距有一定的影響,形成鎖緊特性; 側面還有一種扁平化,使端螺紋從圓形變為橢圓形,形成鎖緊特性。
摩擦係數會影響最終的預緊力,這是大家所認可和重視的,但是對於自鎖螺母,這個擰緊扭矩怎麼設計呢?
相信你對這個問題還有很多疑問。 今天,螺絲君就來和你聊聊。
自鎖螺母零件的扭矩(VDI2230)說明
在VDI2230中,自鎖螺母的擰緊扭矩描述如下:
該說明表明,對於自鎖螺母等零件,在確定擰緊扭矩或計算擰緊扭矩時,除了正常的螺紋擰緊扭矩mg和端麵擰緊扭矩mk外,還有螺紋擰緊扭矩mu(自鎖螺母)和端部附件阻力扭矩(例如,用齒擰緊螺栓)的mkzu的影響。
但是,VDI 2230 標準還有另乙個注意事項,即對於高預緊力聯軸器,螺紋螺紋螺紋力矩 mu 可以忽略不計。 這句話的意思是,如果將螺栓擰緊到高預緊力,則不需要將螺紋擰緊扭矩mu新增到總扭矩中。 最後,擰緊到高預緊力需要多少,這樣就不需要新增,如何測量這個高預緊力?
鎖緊螺母的摩擦係數測量值
例如,在尼龍嵌件鎖緊螺母的情況下,在測試中僅擰緊螺母以說明問題。 鎖緊螺母的扭矩-角度和軸向力-角度曲線如下圖所示,從圖中的試驗結果可以看出,鎖緊螺母具有一定的旋入扭矩,即從螺栓到螺母,螺栓到達螺母的鎖緊部分,會產生一定的旋入扭矩或鎖緊扭矩; 螺栓從螺母完全伸出後,旋入扭矩將達到穩定階段,該階段扭矩不會繼續上公升; 當螺母完全連線到連線的零件上時,扭矩將成比例增加。
在旋入式扭矩階段,螺栓的軸向力基本為零,並且基本處於水平直線上,這意味著即使顯示一定的擰緊扭矩,此時螺栓的軸向力也基本為零。
鎖緊螺母的螺紋摩擦係數-旋轉角度、總摩擦係數-旋轉角度曲線如下圖所示,從螺紋摩擦係數曲線可以看出,摩擦係數隨擰緊角度的變化而變化,螺母完全附著在連線件上後,螺紋摩擦係數和總摩擦係數隨軸向力的增加而減小(或旋轉角度),這也說明:如果鎖緊螺母的擰緊扭矩比較低,則擰緊扭矩的設定或計算不能根據正常扭矩軸向力來計算,需要根據實際摩擦係數來計算,或者需要考慮一定的旋入扭矩才能更符合實際情況。
鎖緊螺母支撐面的摩擦係數相對變化不大,螺母附著在連線件上後,螺母支撐面的摩擦係數與正常非鎖緊螺母的摩擦係數曲線基本相同,支撐面的摩擦係數不會隨著預緊力(螺栓軸向力)的增加而變化很大。
如果鎖緊螺母是正常擰緊的,當鎖緊螺母按要求的摩擦係數發展時,可以按正常的擰緊扭矩擰緊,無需考慮擰緊扭矩的問題。
因此,在開發鎖緊螺母時,也要根據75%的保證載荷進行摩擦係數試驗,即摩擦係數滿足開發時正常擰緊扭矩時所需的摩擦係數。
從以上實際試驗結果可以看出,鎖緊螺母的螺紋摩擦係數在擰緊到1600°時基本保持不變,也就是說,當鎖緊螺母擰緊到1600°時,大約是最終預緊力的50%,螺紋摩擦係數基本變化不大,可以認為此時摩擦係數與最終相比基本沒有變化, 它可以是一致的。
因此,從這個試驗結果可以確定,如果鎖緊螺母的實際設計預緊力能達到保證載荷的40%以上,基本上可以不再考慮旋入扭矩。 換句話說,VDI 2230 標準中提到的高預載荷可以被認為是至少保證負載的 40% 或更多。 如果設計的扭矩過低,則需要考慮自鎖螺母的旋入扭矩。
此外,應該注意的是,VDI 2230標準沒有規定在螺栓頭,螺栓或螺母支撐面上有齒的情況下應考慮頭部下方的額外扭矩的情況。
可以這樣理解:對於帶齒的螺栓和螺母,摩擦係數(或等效摩擦係數)在擰緊過程中會逐漸增大,特別是當預緊力比較大時,等效摩擦係數會很大,相當於螺栓頭會切割連線零件的表面。
哪些零件(情況)需要考慮鎖緊螺母旋入扭矩
例如,安裝帶有安裝螺母的減震器中的活塞桿。 由於活塞桿等因素為了減輕重量,活塞桿的外徑不會設計得很大,往往有效接觸面只有3mm左右,甚至有些設計會更小,因此,在滿足要求的前提下,安裝螺母的擰緊扭矩不能配得太高, 否則,很容易使安裝件壓碎或永久塑性變形,導致擰緊扭矩衰減。
根據受力要求,這裡不需要很大的夾緊力來滿足外部載荷要求,因此減震器頂部螺母通常不需要設計具有較大的擰緊扭矩。 螺母設計為M14x15.螺紋規格,但擰緊扭矩往往在60Nm左右。 在這種情況下,由於自鎖螺母本身具有一定的旋入扭矩,例如M14X15-10個全金屬自鎖螺母的標準最大擰緊扭矩為31 Nm,如果設計擰緊扭矩接近31 Nm,如果擰緊扭矩設定為60 Nm,鎖緊力會降低嗎? 在這方面,確定自鎖螺母的摩擦係數非常重要。
螺絲君的經驗與總結
對於自鎖螺母,如果擰緊扭矩為正常扭矩,則在計算擰緊扭矩時無需新增螺紋部分的旋入扭矩,因為此時正常擰緊扭矩預緊力相對較高。
對於一些採用自鎖螺母的零件,擰緊力矩遠低於正常擰緊力矩,如正常擰緊力矩的50%,這時就要考慮自鎖螺母的旋入力矩,這是非常重要的,否則,實際鎖模力達不到要求的鎖緊力要求, 導致零件鬆動。
預緊力高,可視為螺栓保證載荷的40%。
對於帶齒螺栓和螺母,在所有情況下都需要考慮這種額外的扭矩。
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