锁紧螺母,又称自锁螺母,目前主要包括全金属锁紧螺母、非金属嵌件锁紧螺母、金属夹锁紧螺母等。 全金属锁紧螺母分为3点端面压力,对螺纹的节距有一定的影响,形成锁紧特性; 侧面还有一种扁平化,使端螺纹从圆形变为椭圆形,形成锁紧特性。
摩擦系数会影响最终的预紧力,这是大家所认可和重视的,但是对于自锁螺母,这个拧紧扭矩怎么设计呢?
相信你对这个问题还有很多疑问。 今天,螺丝君就来和你聊聊。
自锁螺母零件的扭矩(VDI2230)说明
在VDI2230中,自锁螺母的拧紧扭矩描述如下:
该说明表明,对于自锁螺母等零件,在确定拧紧扭矩或计算拧紧扭矩时,除了正常的螺纹拧紧扭矩mg和端面拧紧扭矩mk外,还有螺纹拧紧扭矩mu(自锁螺母)和端部附件阻力扭矩(例如,用齿拧紧螺栓)的mkzu的影响。
但是,VDI 2230 标准还有另一个注意事项,即对于高预紧力联轴器,螺纹螺纹螺纹力矩 mu 可以忽略不计。 这句话的意思是,如果将螺栓拧紧到高预紧力,则不需要将螺纹拧紧扭矩mu添加到总扭矩中。 最后,拧紧到高预紧力需要多少,这样就不需要添加,如何测量这个高预紧力?
锁紧螺母的摩擦系数测量值
例如,在尼龙嵌件锁紧螺母的情况下,在测试中仅拧紧螺母以说明问题。 锁紧螺母的扭矩-角度和轴向力-角度曲线如下图所示,从图中的试验结果可以看出,锁紧螺母具有一定的旋入扭矩,即从螺栓到螺母,螺栓到达螺母的锁紧部分,会产生一定的旋入扭矩或锁紧扭矩; 螺栓从螺母完全伸出后,旋入扭矩将达到稳定阶段,该阶段扭矩不会继续上升; 当螺母完全连接到连接的零件上时,扭矩将成比例增加。
在旋入式扭矩阶段,螺栓的轴向力基本为零,并且基本处于水平直线上,这意味着即使显示一定的拧紧扭矩,此时螺栓的轴向力也基本为零。
锁紧螺母的螺纹摩擦系数-旋转角度、总摩擦系数-旋转角度曲线如下图所示,从螺纹摩擦系数曲线可以看出,摩擦系数随拧紧角度的变化而变化,螺母完全附着在连接件上后,螺纹摩擦系数和总摩擦系数随轴向力的增加而减小(或旋转角度),这也说明:如果锁紧螺母的拧紧扭矩比较低,则拧紧扭矩的设定或计算不能根据正常扭矩轴向力来计算,需要根据实际摩擦系数来计算,或者需要考虑一定的旋入扭矩才能更符合实际情况。
锁紧螺母支撑面的摩擦系数相对变化不大,螺母附着在连接件上后,螺母支撑面的摩擦系数与正常非锁紧螺母的摩擦系数曲线基本相同,支撑面的摩擦系数不会随着预紧力(螺栓轴向力)的增加而变化很大。
如果锁紧螺母是正常拧紧的,当锁紧螺母按要求的摩擦系数发展时,可以按正常的拧紧扭矩拧紧,无需考虑拧紧扭矩的问题。
因此,在开发锁紧螺母时,也要根据75%的保证载荷进行摩擦系数试验,即摩擦系数满足开发时正常拧紧扭矩时所需的摩擦系数。
从以上实际试验结果可以看出,锁紧螺母的螺纹摩擦系数在拧紧到1600°时基本保持不变,也就是说,当锁紧螺母拧紧到1600°时,大约是最终预紧力的50%,螺纹摩擦系数基本变化不大,可以认为此时摩擦系数与最终相比基本没有变化, 它可以是一致的。
因此,从这个试验结果可以确定,如果锁紧螺母的实际设计预紧力能达到保证载荷的40%以上,基本上可以不再考虑旋入扭矩。 换句话说,VDI 2230 标准中提到的高预载荷可以被认为是至少保证负载的 40% 或更多。 如果设计的扭矩过低,则需要考虑自锁螺母的旋入扭矩。
此外,应该注意的是,VDI 2230标准没有规定在螺栓头,螺栓或螺母支撑面上有齿的情况下应考虑头部下方的额外扭矩的情况。
可以这样理解:对于带齿的螺栓和螺母,摩擦系数(或等效摩擦系数)在拧紧过程中会逐渐增大,特别是当预紧力比较大时,等效摩擦系数会很大,相当于螺栓头会切割连接零件的表面。
哪些零件(情况)需要考虑锁紧螺母旋入扭矩
例如,安装带有安装螺母的减震器中的活塞杆。 由于活塞杆等因素为了减轻重量,活塞杆的外径不会设计得很大,往往有效接触面只有3mm左右,甚至有些设计会更小,因此,在满足要求的前提下,安装螺母的拧紧扭矩不能配得太高, 否则,很容易使安装件压碎或永久塑性变形,导致拧紧扭矩衰减。
根据受力要求,这里不需要很大的夹紧力来满足外部载荷要求,因此减震器顶部螺母通常不需要设计具有较大的拧紧扭矩。 螺母设计为M14x15.螺纹规格,但拧紧扭矩往往在60Nm左右。 在这种情况下,由于自锁螺母本身具有一定的旋入扭矩,例如M14X15-10个全金属自锁螺母的标准最大拧紧扭矩为31 Nm,如果设计拧紧扭矩接近31 Nm,如果拧紧扭矩设置为60 Nm,锁紧力会降低吗? 在这方面,确定自锁螺母的摩擦系数非常重要。
螺丝君的经验与总结
对于自锁螺母,如果拧紧扭矩为正常扭矩,则在计算拧紧扭矩时无需添加螺纹部分的旋入扭矩,因为此时正常拧紧扭矩预紧力相对较高。
对于一些采用自锁螺母的零件,拧紧力矩远低于正常拧紧力矩,如正常拧紧力矩的50%,这时就要考虑自锁螺母的旋入力矩,这是非常重要的,否则,实际锁模力达不到要求的锁紧力要求, 导致零件松动。
预紧力高,可视为螺栓保证载荷的40%。
对于带齿螺栓和螺母,在所有情况下都需要考虑这种额外的扭矩。
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