机械设计实践使用弹簧垫圈探讨

1、机械设计实践使用弹簧垫圈探讨记得刚参加工作不久暝到两位老l.f巾争论庄蜷栓防松设计中是连挎一个弹簧架圉述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在普面机械产品中被广泛地采用,采用弹篓淡圈作为产品防松手段的根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、本钱低、使用简便.GB/T93、GB/T859和GB/T7244等传统使用的弹簧垫圈山住力不均也不十分京多用不必

2、重要的联接广泛用经常拆开的联接姓c而?机械工程师电子手册?对弹簧垫圈介绍是：由于弹力不均也不十分可靠多用了不甚重要的联接.对联接表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:一般用于金属零件以熠加支承面遮盖较大的孔眼以及预防损伤零件外表C前面所提的两位老工程师谁也没说服对方实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真正起到防松的H的c如果下面增加平垫会大大消减其防松效果.由于加了平垫之后弹簧垫的切H尖角不是嵌入被联接件而是卡在平垫上了如宋塔71.件之H摩擦

3、力不够大更容易松扣了熠加了一个摩擦面增加了一个不稳定的因素C平垫和弹垫使用论者：一起使用能做到不损伤工件外表弹垫可以防松平垫能使产品的受力面积增加来减小零件.外表,玉密.很妥公司的产品都是*工?与弹簧垫一起使用的.实践是检验真理的唯一标准.也有考虑更细的人分类考虑:机械要紧固的话只用怛垫尤其对硬度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外表损伤无要求;如果螺栓孔比拟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也须配合平垫使用以防破外写件外表只能用于振动不大的场合；当靠预紧力保证连接时只用平垫圈不用弹簧垫圈C另外还行一个新的论点就是蟆栓联接防楂不使用弹簧型圜甚至不使用平

4、垫.由于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有人为验证弹簧垫圈和平垫圈的防松效果法打了振动防检试验其结果很疗苣思.由于振动试验与测试不是按标准进行的结果仅供参考C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因而锁不死随振动忖狂的延长预紧力郅续下降C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.以不加垫圈为比照基准.动.试验分析：接触面大而预紧力保持相同那么

5、摩擦力大防检效果好根据摩擦一项式定律可知当实际接触面积蝌加时.摩擦力增大.防松效果就好.以不加垫圈为比照基准每增加一个塔囹就二胡川一个可松动的话烝他面.钢与钢摩擦系数小取0.1-0.3远小于l所以“松动活动接蚀面易松动.数量越多吐松动的几率就越大C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.加弹簧垫圈妥了一个 E 松动的活动接触面；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支承面减下二：二：百|：怯:-,；L.?也：飞二二:LI；,-1一二一;.,:一：一,地二.口部一二匹.二i作用时,局部外表正应力进一步淄大|仃产乍永久变形压坏

6、使联接出现间隙预景力急速下降联接松C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口手册、文献匕都行明确记载大家可以查一查.I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ti配时不宜使用刀行在介屈螺栓柱和螺母用于紧固非金属或有色金属连接件时才使用.管道法：一般甚不使用垫圈的无论是国标,化工,石化标准还姑国外标准都是这.样规定的.实际k对压力容器都不用加弹垫.这是由于预紧力很大远远大弹垫所提供的预紧力预紧力时会破坏弹垫.据报道标准弹簧垫圈GB/T93在汽车

7、行业上使用得越来越少了.而齿形弹性垫圈中的连接齿形由 锁紧力大面且均匀在汽车行业中使用较多无防松要求安装面平整的场合可以不用垫圈很多精密设备都不用垫圈就可以证实.德国在1987年版的弹簧垫圈DIN127适用范围中1明确规定该垫圈只适用于5.8级或5.8级以下螺栓的连接.1987年美但区防部仃次发布了米制的国防甘祐池DODw-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.口本人在?机械设计实践?一书中认为弹簧型圈会使书件:外表受损;II实际起不到什么作用.对于要求可靠、平安性要求高的产品来说弹簧垫圈是一种不可靠的防松紧固件.下面列出弹簧垫圈存在的缺点：1 .药松可靠性差.行

8、资料说明艮防松寿命比全金底口演螺母低20倍比尼龙圈自锁螺母低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.造成事故、近年来航空产品使用的弹簧垫圈标准紧固件发生过多起氢脆问题主要发牛在绎过表面镀锌和镀镉,弹簧垫圈上,.3 .垫圈开口处的尖棱易损伤被连接外表.4.弹簧垫圈有时会出现涨圈现象. 弹簧垫圈在装配过朴中或装配后出现开口值m.增大超关期球也就是弹簧垫图的门:也变大向外膨张.这种现象有人称为涨圈.航空紧固件林委会曾作过试验发现3起弹簧垫圜产生涨圈的卞耍原因江螺母支承面太小特别是螺母支承面的倒用圆太小c为了预防涨囹应区工使用逃.用林注型六用幄母；当必须选用小/、角蛾母甘然母的支

9、不面不能倒角不选田中径杆螺栓或使用六用法面螺母.5.使紧固系统受力偏斜.破坏了螺栓作用力的中央性.使螺纹承受附加的弯曲应力降低蟋柞的抗疲劳性能；6.增加被连接件的柔性.即降低连接件的刚度使紫瓦系统的抗疲劳性能下降.基于以上原因在国外的许多产品设计中.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.我们知道力些场台如淅地铁塔、桥梁、机、赤船、*洋平台、人选I星等螺衿联检要求很冲.、尤其:是航工业螺栓松动会造成产口后来对安全性的要求非常严格囚面对蟆栓我接不但要有理论指导还要进行探索性的试.下面是航空工业的工程师为了选择弹簧垫圈最正确者替代品.能进行了比照试验结果试验方法按美航天标准NAS335

10、0.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.试验结果说明：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振动了12多万次后仍无任何松转迹象、,其抗振寿命为内齿弹性型圈的20倍以上比弹簧垫圈高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拟长.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仅振动11256000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、防松可靠性差之外其抗压水平很低无法承受标准规定的加配力矩.：由

11、预紧力缺乏乂使抗振寿命大为缩短.齿形弹性垫圈是由于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米用.齿形弹簧和弹簧垫圈除了抗振寿命短、防松可靠性差之外尤抗.土水平很低无法承受标准规定的装配力矩.：由预紧力缺乏乂使抗振寿命大为缩短.齿形弹性垫圈是由于其结构形式而无法个受高压力.这些垫圈在重要连接中不宜米用.既然弹簧垫圈在重要连接中不宜采用就必须有解决替代弹簧垫圈的方法C除了国家标准有规定的场合有F面几种方法可以采用.1.选用尼龙圈自锁螺母替代局部弹簧垫圈防松这是一种有效力矩型的嵌件型自锁螺母螺母的防松水平来自收件即尼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这种材

12、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它对外来的冲击、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一的班上是使用温度曼一定限制-50+100C.只能用于常温和低温不适用奇潟.十分优良的防松水平.优良的防松水平是由于螺母具有非常稳定而可靠的口锁力矩其锁紧性能是各种自锁螺母中最优的一种即第一次拧入最大力矩能俣持最小第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.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次后仍能保持很高的防松水平.用而、低限蟆

13、栓然次拧入拧出后螺母不变形并仍能保持非常稳定的自锁力矩.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.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,装在空军的8机L然后按空军常规进行飞行作业选七年之久.再将螟母拆下测定尺最大拧出力矩和第15次最小拧出方Q试验结果完仝符合标求规定的性能指标.7这说明尼龙圈自锁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/T889889.2-2000和GB/T6182-2000锁紧螺母和GB/T6183.16183-2000

14、非法兰面锁紧螺母锁索局部是嵌裂包股母体k没;行内隙皎的尼庆园.当外螺纹件拧入后,山一尼人村聚良好的怛性产生锁紧力到达领紧.亥类螺母山尼龙熔点的限制,一般最高工作温度应小于120c,以100c以下为宜.如遇特殊需要,改换材料可达240c由于尼龙属惰性物质,不受工业中常用化学产品的腐蚀,但受无机酸、弱酸勺强硬的腐蚀,理论.比碇说明设种螺母经拧紧,松退400次以训,件能次本相定.其性依常拆装的场合H不易损炼外炼纹;乂由在没力预紧力的条件卜亦有深证的松退力矩； 故在振动不大的情况下还可用于调整位置付场合.经热电化的忒验耐方方用热老化以后尼比圉失去弹性锁紧力反而倍增加至拧碎才山松退螺母.所以设计中不必考

15、虑老-化问题.安装时应注意：;：1 .尼力他内U削般实庄嫁栓拧入时挤压必成而不得而先,用丝侏攻出煤纹；2 .适当增大才?紧力矩；3 .选配适当长度的蟋栓一般以噱栓木端外蹲23牙为宜；4 .螺杆上不得方开口俏孔及毛刺以免拧坏尼龙圈；螺母拧紧后少量尼龙丝挤出圈外不影向防松效果,为使装配可加润滑油脂但锁紧性能略方降低.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.用厌氧胶锁素灼蟋母、端挎在接件其抗振寿命高达10小忖而仍未失效比齿形弹性垫圈的抗振寿命高100倍以上.在抗振试验后拆卸该连接件时拧出M10螺母的瞬间拧动力矩高达31NJ-m川见其防松水平极佳.但凡要求高可靠而且装配后不再拆卸的

16、螺纹连接部位应尽可能采用涂胶锁紧.3.条件：诂计陛金击;条件之:二蜜三;H这种螺母之所以能防松是由于在螺母体上的某一局部进行收口变形.使螺纹孔径小于螺栓栓径.当螺栓与蚁词啮合时蛾纹的T涉配合假产斗.了更大的摩擦阻力从1M预防紧固件的松转.这种螺母的特点是在保9锁紧性能的条件卜体积和明员都可以做得很小.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NAS3350ir金属自锁螺母标准.H前美、英、加等国在航天器k仍然实施这些标徒选用了大批的全金.属口锁螺母特别在要求高用度、而可靠的重要结构卜一也大批采用c在选用全金属自锁螺母时应注意如下几个问题.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所以不允许与低强度螃:检配用否那么啮合付会破次螺拴的螺牙C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