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        新型自鎖、防松螺母的制作與應(yīng)用*

        2022-05-14 04:09:16蔣春花
        南方農(nóng)機 2022年10期
        關(guān)鍵詞:效果

        蔣春花

        (江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校,江蘇 無錫 214437)

        1 項目背景

        一顆小小的螺母,卻發(fā)揮著巨大的作用。小到玩具、家用電器、生產(chǎn)中的機床、日常生活中的交通工具,大到航空航天工程,螺母起著至關(guān)重要的作用。

        高速鐵路發(fā)展至今,全球高鐵在行駛速度上排行以中國為首,其次是韓國。高鐵中就有大家日常生活中經(jīng)常用到的小部件——螺母。這小小的螺母,在高鐵中有著很強大的作用。眾所周知,高鐵的行駛時速為250 km/h,“復(fù)興號”的時速更是達(dá)到了350 km/h。面對這樣的行駛速度,高鐵上的每個螺母都需要承受相當(dāng)嚴(yán)酷的考驗。螺母松動,將會造成無法彌補的重大事故。鐵軌上普通的螺絲,在這種高強度振動中難免有所松動,若采用人工擰緊方式,則需要花費大量的人力和財力[1-2]。

        如何確保在重復(fù)使用的過程中讓螺母的自鎖效果達(dá)到最佳呢?所以急需一種新型的自鎖、防松螺母,螺桿和螺母鎖緊后,在工作環(huán)境下能防止松脫,在外力作用下又能拆解重復(fù)使用。

        2 項目研究過程

        2.1 鎖緊過程

        此款新型自鎖、防松螺母是直接配合螺絲、絲桿鎖緊在其中間的物體,新型自鎖、防松螺母通過和螺栓一樣規(guī)則的漸進(jìn)式旋螺紋,通過螺紋的絲牙旋轉(zhuǎn)壓緊在其中間的物體,旋轉(zhuǎn)新型自鎖、防松螺母,其螺母體緊貼著螺栓的絲牙,直接拉緊螺栓與新型自鎖、防松螺母之間的物體。螺母體的壓力=螺絲絲桿的拉力=被拉緊物體的支撐力。

        螺母體越旋越緊,同時這三個力也越來越大。螺母體是由“螺母本體”和“鎖緊壓緊螺母”兩部分組合而成的。螺母體的下壓力越來越大,“螺母本體”下壓力和“鎖緊壓緊螺母”下壓力也就越來越大,大到一定的力的時候,由于在“鎖緊壓緊螺母”上圓平面設(shè)計有兩道凹型槽,在“鎖緊壓緊螺母”上圓平面外側(cè)設(shè)計的第一道凹型槽的外圓平面直接接觸著“螺母本體”,這樣就直接作用于“螺母本體”下壓力。

        2.2 各元件的作用

        在“鎖緊壓緊螺母”形變的過程中,“O 型防松圈”同時也被壓形變,因為“O 型防松圈”只有唯一的形變空間就是螺絲絲桿,只能緊貼著壓緊螺絲絲桿,這樣就達(dá)到螺母防松的效果。

        由于其“鎖緊壓緊螺母”是采用具有一定彈性的金屬制造而成的,在下壓力作用下,使其“鎖緊壓緊螺母”的本體發(fā)生形變,“鎖緊壓緊螺母”和螺絲絲桿都會有一些縫隙?!版i緊壓緊螺母”的本體發(fā)生形變就會向螺絲絲桿形變,產(chǎn)生向上和向內(nèi)的力,直接就咬住、卡住、抱著螺絲絲桿,達(dá)到螺母防松的效果。

        2.3 松開過程

        要松開新型自鎖、防松螺母,就必須反向旋轉(zhuǎn)螺母,由于其“鎖緊壓緊螺母”是采用具有一定彈性的金屬制造而成的,在下壓力變小的作用下,彈性的金屬回彈復(fù)位,同時就會脫離螺絲絲桿,可以輕松旋擰螺母。

        在“鎖緊壓緊螺母”形變回彈的過程中,“O 型防松圈”同時也被壓形變回彈,由此“O 型防松圈”脫離壓緊螺絲絲桿,這樣就能輕松旋擰螺母。

        2.4 結(jié)構(gòu)特點

        此款新型自鎖、防松螺母采用普通的鋼材就可以加工完成,制作簡單,適合批量全自動生產(chǎn)[3]。經(jīng)過市場調(diào)研,目前創(chuàng)新設(shè)計的新型螺母,比普通螺母和彈簧墊圈的成本多30%左右,但是它有著普通防松螺母完全不可比擬的優(yōu)勢,真正做到自鎖、防松,并能重復(fù)使用。

        3 項目創(chuàng)新之處

        1)本產(chǎn)品主要是由“螺母本體”“鎖緊壓緊螺母”“O 型防松圈”組成,“螺母本體”就是普通的螺母,外部是正六邊形,中心內(nèi)圓是一定規(guī)則的漸進(jìn)式旋螺紋,螺母上下面為平面?!奥菽副倔w”和“鎖緊壓緊螺母”是通過焊接而成的,是一致的漸進(jìn)式旋螺紋,在兩者之間絲牙處有凹型槽,安裝“O 型防松圈”,達(dá)到螺母體彈壓、咬住卡住絲桿的多合一不松動的效果,填補了國內(nèi)螺母產(chǎn)品的空白。

        2)“鎖緊壓緊螺母”是采用彈性的金屬制造而成的,在“鎖緊壓緊螺母”圓平面上下設(shè)計有兩道交叉凹槽,并按圓心分成若干份的彈性形變縫。在旋緊過程中,“鎖緊壓緊螺母”發(fā)生形變就向絲桿產(chǎn)生向上、向下和向內(nèi)的彈壓力,直接就咬住、卡住、抱著絲桿,達(dá)到螺母防松的效果。

        3)在“鎖緊壓緊螺母”旋緊的過程中,“O 型防松圈”同時也被壓形變,因為“O 型防松圈”只有唯一的形變空間就是絲桿,只能卡住、抱住、壓緊絲桿,這樣就達(dá)到螺母防松的效果。

        4 附圖說明

        在“鎖緊壓緊螺母”上圓平面外側(cè)設(shè)計第一道凹型槽,凹型槽把“鎖緊壓緊螺母”上圓平面分為上外圓平面和上內(nèi)圓平面,其上外圓平面高于上內(nèi)圓平面,螺栓與螺母鎖緊的狀態(tài)如圖1 所示。上平面的凹型槽和下平面的凹型槽是有一定的錯位的,這樣就使上平面的凹型槽和下平面的凹型槽之間的金屬產(chǎn)生形變,下壓力越大,其形變越大,直至“鎖緊壓緊螺母”凹型槽外圓平面和內(nèi)圓平面一致。

        圖1 螺栓與螺母鎖緊示意圖

        鎖緊之后,鎖緊壓緊螺母體從第一道凹型槽內(nèi)側(cè)到第二道凹型槽,再到圓平面內(nèi)側(cè)螺牙口,按圓心分成若干份的彈性形變縫,剖視圖如圖2 所示。這樣就可以保證在形變的過程中不會撕裂或者損壞“鎖緊壓緊螺母”的本體,有助于更加順利地產(chǎn)生形變?!版i緊壓緊螺母”是采用具有一定彈性的金屬制造而成的,利用彈性性能,達(dá)到螺母防松的效果。

        圖2 自鎖螺紋剖視圖

        5 實驗過程

        在實驗的過程中,借助于企業(yè)的橫向振動試驗機,驗證本產(chǎn)品的防松性能[4]。

        將被測緊固件擰緊在試驗裝置上,借助于橫向振動試驗機,比較普通螺母+平墊圈、普通螺母+彈性墊圈、雙螺母、新型防松螺母的防松效果[5]。

        5.1 實驗材料

        為了達(dá)到一定的實驗?zāi)康?,本次實驗購買合格防松緊固件產(chǎn)品,分別抽取相同規(guī)格、相同等級的試樣各5 件,比較普通螺母+平墊圈、普通螺母+彈性墊圈、雙螺母、新型防松螺母的防松效果[6]。

        5.2 實驗過程

        5.2.1 普通螺母+平墊圈

        按規(guī)定的試驗預(yù)夾緊力將螺母安裝到位,實測預(yù)夾緊力為35 kN~36 kN。普通螺母5件試樣在振動800次左右時,就失去了緊固能力,螺母就開始松動[7]。

        5.2.2 普通螺母+彈性墊圈

        實測預(yù)夾緊力為35 kN~36 kN,5 件樣品在完成振動1 500 次左右,螺母開始松動,說明普通螺母+彈性墊圈具有一定的防松能力,防松效果比普通螺母+彈性墊圈的效果好一些。

        5.2.3 雙螺母

        雙螺母實測預(yù)夾緊力為37 kN~41 kN,雙螺母的5 件試樣在振動2 000 次左右時螺母開始松動,說明雙螺母具有一定的防松能力,其效果比普通螺母+彈性墊圈的效果略好一些[8]。

        5.2.4 新型自鎖、防松螺母

        新型自鎖、防松螺母的實測預(yù)夾緊力為3 5 kN~36 kN,5 件試樣在完成振動3 000 次后,螺母才開始松動,說明其防松效果非常好。

        5.3 實驗結(jié)果

        防松效果比較如表1所示。

        表1 效果比較

        1)對比普通螺母+平墊圈與普通螺母+彈性墊圈的防松實驗得出結(jié)論:5 件試樣的實測預(yù)緊力相同的情況下,普通螺母+彈性墊圈的振動次數(shù)幾乎是普通螺母+平墊圈的2 倍,螺母才開始松動,說明普通螺母+彈性墊圈的防松效果更好。

        2)對比普通螺母+彈性墊圈與雙螺母的防松實驗得出結(jié)論:由于雙螺母的實測預(yù)緊力比普通螺母+彈性墊圈更高一些,振動次數(shù)也更高一些,光看數(shù)據(jù)無法比較出兩者的防松效果。但是在實驗的過程中,從時間上比較,雙螺母更持久一些,所以雙螺母防松效果略好一些[9]。

        3)對比雙螺母與新型自鎖、防松螺母的防松實驗得出結(jié)論:新型自鎖、防松螺母實測預(yù)緊力比雙螺母小,但是振動次數(shù)是雙螺母的1.5 倍,所以防松效果是4種結(jié)構(gòu)中最好的。

        6 改進(jìn)之處

        新型自鎖、防松螺母的鎖緊效果比傳統(tǒng)的防松方式效果好很多,螺母的使用壽命也延長了[10]。但也存在一些弊端,比如“O 型防松圈”在防松過程中被壓形變,長期重復(fù)使用也會有所磨損而影響螺母的防松效果;墊圈是由彈性金屬制成的,在自然受壓過程中,金屬也會產(chǎn)生一定的磨損,從而導(dǎo)致其使用壽命受到影響。后續(xù)需要進(jìn)一步實驗和測試,進(jìn)行材料方面的改進(jìn)。

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