机械设计实践 使用弹簧垫圈 探讨

机械设计实践 使用弹簧 垫圈 探讨

记得刚参加工作不久

是选一个平垫圈加一个弹簧垫圈?那个更有效?

我们知道弹簧垫圈(G8/T93-1987)是一种用来锁紧螺母或螺钉的标准紧固件。 它是一种传统的防松紧固件

作为产品防松手段的基本选择至今没有改变。

在《机械设计手册》(化学工业出版社)对弹簧垫圈工作原理及使用是这样 介绍的:依靠弹簧垫圈在压平后产生的弹力及其切口尖角嵌入被联接件及紧固件 支承面起防松作用。结构简单、成本低、使用简便。GB/T93、GB/T859和 GB/T7244等传统使用的弹簧垫圈 重要的联接(而《机械工程师电子手册》对弹簧 垫圈介绍是:由于弹力不均

面不允许划伤和经常拆卸的场合不宜选用。) 《机械设计手册》是这样介绍平垫圈(G8/T97.1-1985)的:一般用于金属零 件 前面所提的两位老工程师谁也没说服对方际上他们的这种争论现在工 作中依然经常能听到。在一些机械设备的论坛中也常看到讨论。 单弹垫使用论者:弹垫的开口容易嵌入螺母及工件 如果下面增加平垫会大大消减其防松效果。因为加了平垫之后 尖角不是嵌入被联接件而是卡在平垫上了

更容易松扣了 平垫和弹垫使用论者:一起使用能做到不损伤工件表面 垫能使产品的受力面积增加 与弹簧垫一起使用的。\"实践是检验真理的唯一标准\"。 也有考虑更细的人:机械要紧固的话 较好的黑色金属零件直接用弹簧垫更能防松防逆转(前题是对工件表面损伤无要 求);如果螺栓孔比较大可以配合平垫使用。如果被联接件硬度较软(如有色金属 零件)(只能用于振动不大的场合);当 靠预紧力保证连接时 另外 用平垫。因为发现国外对弹簧垫圈很少使用;一些国外的图纸里面就不用垫圈; 有些进口的国外设备不使用弹簧垫圈。 到底弹簧垫圈和平垫圈的防松效果如何?大家可以参考下面的记载 验证弹簧垫圈和平垫圈的防松效果

(由于振动试验与测试不是按标准进行的)

试验结果:

以同时加弹簧垫圈和平垫圈的为最差。带法兰盘螺帽明显优于没有垫圈的 但因没有锁紧结构

同时加弹簧垫圈和平垫圈不如只加弹簧垫圈

加弹簧垫圈不如加平垫圈 加平垫圈不如不加垫圈。

加弹簧垫圈振动次数随着预紧力的增加而急速下降。

以不加垫圈为对比基准

动。 试验分析:

接触面大而预紧力保持相同

定律可知.摩擦力增大.防松效果就好。 以不加垫圈为对比基准 面。钢与钢摩擦系数μ取0.1-0.3l.

数量越多

弹簧垫圈防松机理理想的认为是靠垫圈压平后产生的弹力(增加摩擦力)。

动接触面;弹簧垫圈支承面面积小;当弹簧垫

圈压不平或一旦受冲击振动张开时.接触面发生变化(开口两端接触)

; .

(压坏) 上面的试验起码说明了使用弹簧垫圈的防松效果有问题。国外在螺母防松 上已很少使用加垫圈的方式了(国与国并不一样)

大家可以查一查。 下面是我了解的一些关于使用垫圈的建议和规定: HG/T20646.5-1999《化工装置管道材料设计技术规定》中规定:垫圈在一般 (柱)和螺母用于紧固非金属或有色金属连接 件时才使用。 (预紧力时会破坏弹垫)。 (GB/T93)在汽车行业上使用得越来越少了。而齿形 垫圈就可以证明。 德国在1987年版的弹簧垫圈DIN127\"适用范围\" 用于5.8级或5.8级以下螺栓的连接。 1987DODw-70336《弹簧垫 圈》。该标准没有使用范围的限制。日本的标准与之相近。 实际起不到什么作用。 对于要求可 紧固件。下面列出弹簧垫圈存在的缺点: 1.20 尼龙圈自锁螺母低60倍以上。 2.电镀锌的钢弹簧垫圈会产生氢脆断裂.形成多余物.

面镀锌和镀镉,弹簧垫圈上,。

3.垫圈开口处的尖棱易损伤被连接表面。

4.弹簧垫圈有时会出现\"涨圈\"现象。( 现开口值m 有人称为\"涨圈\"。)

;

5.使紧固系统受力偏斜.破坏了螺栓作用力的中心性.使螺纹承受附加的弯

曲应力;

6.增加被连接件的柔性.即降低连接件的刚度

降。

基于以上原因的许多产品设计中.早已采用各种新型防松紧固件来

替代传统的弹簧垫圈防松。

我们知道 星等 全性的要求非常严格要进行探索性的

试。

下面是航空工业的工程师为了选择弹簧垫圈最佳者替代品

能进行了对比试验结果(试验方法按美航天标准NAS3350)。

试验所选用的紧固件有:有(无)预紧力的槽螺母和开口销、尼龙圈自锁螺母、 全金属自锁螺母和内(外)齿弹性垫圈等9种。 试验结果表明: 有预紧力的槽螺母加开口销和尼龙圈自锁螺母的抗振寿命最长12 多万次后20倍以上

簧垫圈高60倍以上。 无预紧力的槽螺母、全金属自锁螺母的抗振寿命也比较长。内齿和外齿弹 性垫圈、弹簧垫圈、无锁紧装置的普通螺母抗振寿命最短 1125~6000次。 无预紧力的槽螺母的抗振寿命远比有预紧力的槽螺母低 在螺母槽内受到反复冲击而出现早期疲劳断裂。 齿形弹簧和弹簧垫圈除了抗振寿命短、防松可靠性差之外 低.又使抗振寿命大为缩短。 齿形弹性垫圈是因为其结构形式而无法承受高压力。这些垫圈在重要连接中不 宜采用。 齿形弹簧和弹簧垫圈除了抗振寿命短、防松可靠性差之外 低.又使抗振寿命大为缩短。 齿形弹性垫圈是因为其结构形式而无法承受高压力。这些垫圈在重要连接中不 宜采用。 既然弹簧垫圈在重要连接中不宜采用 除了国家标准有规定的场合面几种方法可以采用。 1.选用尼龙圈自锁螺母替代部分弹簧垫圈防松 这是一种有效力矩型的嵌件型自锁螺母 龙圈与螺栓啮合时所产生的强大摩擦阻力。尼龙圈的材料采用工程尼龙66 种材料除了具有强度高、弹性好(包括良好复原性和反复使用性)等优点外 对外来的冲击、振动还有良好的吸收和阻尼作用。所以这种螺母具有很高的防 松可靠性。这种螺母的优点较全面(-

50~+100℃).只能用于常温和低温

①十分优良的防松能力。优良的防松能力是因为螺母具有非常稳定而可靠

15次拧出最小力矩能保持最大。其抗振寿命是各紧固件中首

屈一指的。

②良好的反复使用性和对螺栓螺纹公差的适用性。由于尼龙材料的良好特 性使这种螺母可以在不需要润滑的情况下拧入拧出50次甚至100次后仍能保持

非常稳定的自锁力矩。

⑧适用范围宽广。适用于从低强度到高强度、从低螺纹精度到高螺纹精度

的各种螺栓。

④尼龙圈的防老化性能好。中国曾经进行了尼龙圈自锁螺母的老化试验。 将螺母(其尼龙圈材料是未加防老化剂的尼龙66) 军常规进行飞行作业选七年之久.15

螺母的防老化性能是能够满足型号要求的。

《机械工程师电子手册》对非金属嵌件六角锁紧螺母介绍

是:GB/T889~889.2-2000和GB/T6182-2000锁紧螺母和GB/T6183.1~6183-2000 非法兰面锁紧 纹件拧入后, 龙熔点的限制,一般最高工作温度应小于120℃,以100℃以下为宜。如遇特殊需 要,改换材料可达240℃由于尼龙属惰性物质,不受工业中常用化学产品的腐蚀, 400; ;故在振动不大的情况下还

可用于调整位置 问题。 安装时应注意: 1. 纹; 2.适当增大拧紧力矩; 3.2~3牙为宜; 4.;螺母拧紧后少量尼龙丝 (脂) 低。) 2.用涂胶来锁紧螺纹紧固件 涂胶锁紧的优点是防松可靠性很高。用厌氧胶 其抗振寿命高达10100倍以上。

M10螺母的瞬间拧动力矩高达31N·m

见其防松能力极佳。凡是要求高可靠而且装配后不再拆卸的螺纹连接部位应尽 可能采用涂胶锁紧。 3 这种螺母之所以能防松是因为在螺母体上的某一部分进行收口变形.使螺纹 孔径小于螺栓栓径.

件的松转。

.

螺母壁厚也可以很薄.而且可用于较高的温度。所以.它是使用广泛的一种自锁

螺母。在飞机、火箭、导弹的壳体和各种重要结构上应用非常广泛。 美国早在50、60年代就制定了MIL-N-25027和NAS3350全金属自锁螺母标

在选用全金属自锁螺母时应注意如下几个问题。

①由于螺母强度较高(低强度无法保证弹性自锁所需的强度特性)

②由于这种螺母对螺栓螺纹公差适应性要求很严一所以不允许与螺纹精度

较低的螺栓配用。通常要求螺栓螺纹精度应在5h以上。如果与6h的螺栓配用.

会影响自锁力矩的稳定性。

是非常重要的.不可缺少的。润滑的主要作用有三: 擦伤和卡死;第二.稳定自锁力矩. 15高防松的可靠性;

-拉关

证防松的可靠性。