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弹簧垫圈(弹垫)的使用方法及原理分析

在各类机械连接件中,螺栓的防松是一个很重要的环节。生活中有很多方法来预防螺栓松动,其中就包括使用弹簧垫圈来防松。弹簧垫圈在螺丝行业,常叫为弹垫。那么为什么它会被频繁使用呢,这得从弹簧垫圈的作用及原理说开去。

一、弹簧垫圈的作用:

弹簧垫圈的基本作用是在螺母拧紧之后给螺母一个力,增大螺母和螺栓之间的摩擦力!也就是为了防止运行中的设备震动造成紧固螺栓的松动,而增加的一种防护措施。

二、弹簧垫圈的防松原理:

弹簧垫圈的防松原理是在把弹簧垫圈压平后,弹簧垫圈会产生一个持续的弹力,使螺母与螺栓的螺纹连接副持续保持一个摩擦力,产生阻力矩,从而防止螺母松动。同时弹簧垫圈开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件表面,从而防止螺栓相对于被连接件回转。

然而,实践证明,弹簧垫圈只能提供10 N/m的弹力,而10 N/m的弹力对于280 N/m的螺栓预紧力矩来说可以忽略。其次,这么小的力,不足以使弹簧垫圈切口处的尖角嵌入螺栓和被连接件表面。折卸后观察,螺栓和被连接件表面都没有明显的嵌痕。所以,弹簧垫圈对螺栓的防松作用可以忽略。

另附上弹簧垫圈的防松作用及原理图:



从弹簧垫圈的作用及原理来看,用弹簧垫圈来防松并不是一种很好的防松方法,还是该寻找一种比较理想的靠增加摩擦阻力矩的防松方法。


弹簧垫圈的防松案例

车桥主减速器与桥壳的连接使用10.9级M16X100螺栓,拧紧力矩为280+20 N.m,使用高精度电动拧紧机拧紧。在有弹簧垫圈和没有弹簧垫圈两种状态下检测螺栓拧紧过程中力矩随转角的变化。对比力矩转角曲线,发现在有弹簧垫圈的情况下,一直有约10 N.m的预紧力矩;而没有弹簧垫圈的情况下,螺栓在力矩显著上升前,力矩处于0 N.m状态。

以此推断用约10 N.m的螺栓预紧力矩就可以将弹簧垫圈完全压平。再通过用数显扭矩扳手检测,发现螺栓扭矩还未达到20 N.m,弹簧垫圈已经完全被压平,验证了上述推断的正确性。

分析以上两点说明,弹簧垫圈只能提供10 N.m的弹力,而10 N.m的弹力对于280 N.m的螺栓预紧力矩来说可以忽略,其次,这么小的力,不足以使弹簧垫圈切口处的尖角嵌入螺栓和被连接件表面。折卸后观察,螺栓和被连接件表面都没有明显的嵌痕。所以,弹簧垫圈对螺栓的防松作用可以忽略。

另外,在螺栓与被连接件之间增加一个垫圈,如果垫圈质量有问题,相当于给螺栓连接又增加了一个安全隐患。

综上所述,当螺栓扭矩较大时(大于200 N.m),用弹簧垫圈给螺栓防松的方式弊大于利。为此,在冲击、振动和变载的作用下,预紧力可能在某一瞬间消失,连接有可能松脱。在提高螺栓连接疲劳强度的前提下,减少疲劳失效的措施之一,多采用螺纹锁固胶防松技术,在螺纹部位涂防松锁固胶。就是通过把螺纹锁固胶填充到螺纹连接副间隙内,将内外螺纹粘接(固化)在一起,以达到防松要求的一种粘接防松技术。


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