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螺紋緊固件的松脫機(jī)理，一次給你講清楚

幾乎每個復(fù)雜程度的工程產(chǎn)品都使用螺紋緊固件。與大多數(shù)其他連接方法相比，螺紋緊固件的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是它們可以拆卸和重復(fù)使用。這一特征通常是螺紋緊固件優(yōu)于其他連接方法使用的原因，并且它們通常在保持產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，它們也是機(jī)械和其他組件問題的一個重要來源。這些問題的原因是由于它們存在自松機(jī)理。這種自松機(jī)理一直是一個問題，在過去的150年里，設(shè)計者們一直在設(shè)計防止這種情況發(fā)生的方法。

螺紋緊固件的許多常見類型的鎖定方法都是在100多年前發(fā)明的，然而直到近些年導(dǎo)致自松的主要機(jī)制才被理解。有許多機(jī)制可以導(dǎo)致螺紋緊固件松動，這些可以分為旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)松動。

旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)松動

在絕大多數(shù)應(yīng)用中，螺紋緊固件被擰緊，預(yù)緊力被施加到連接中。松動可被理解為緊固過程完成后預(yù)緊力的后續(xù)損失。這可以通過兩種方式發(fā)生：

1)旋轉(zhuǎn)松開，通常被稱為自松開，是指緊固件在外部載荷的作用下旋轉(zhuǎn)。

2)非旋轉(zhuǎn)松動，是指內(nèi)螺紋和外螺紋之間沒有發(fā)生相對運(yùn)動，但發(fā)生預(yù)載損失。

由于非旋轉(zhuǎn)松動引起的緊固件松動

由于緊固件本身或連接件在組裝后變形，可能發(fā)生非旋轉(zhuǎn)松動。這是這些界面的部分塑性坍塌的結(jié)果。

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（表面粗糙接觸放大顯示）

當(dāng)兩個表面相互接觸時，每個表面承受支撐面載荷。因為實際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表面面積，即使在中等載荷下，也要持續(xù)承受非常高的局部應(yīng)力，該應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度。

這會導(dǎo)致緊固操作完成后表面部分塌陷嗎，這種塌陷通常被稱為嵌入。

由于嵌入而損失的夾緊力的量取決于螺栓和連接件的剛度、連接中存在的接觸面數(shù)量、表面粗糙度和所施加的支撐面應(yīng)力。

在中等的表面應(yīng)力條件下，在接頭擰緊后前幾秒鐘，嵌入通常會導(dǎo)致約1% 至5% 的夾緊力損失。當(dāng)接頭隨后受到施加的動態(tài)載荷時，由于接頭接觸面上發(fā)生的壓力變化，夾緊力可能會發(fā)生進(jìn)一步的減小。

如果表面承載應(yīng)力保持在連接件材料的壓縮屈服強(qiáng)度以下，則可以計算出嵌入損失的量，并且在連接設(shè)計中去補(bǔ)償該損失量。

Junker的緊固件自松理論

1969年Gerhard Junker通過了工程測試的結(jié)果來支持他關(guān)于螺紋緊固件為什么會自動松動的理論。他的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，一旦在配合螺紋之間以及緊固件的支撐表面和夾緊材料之間發(fā)生相對運(yùn)動，預(yù)加載緊固件就會由于旋轉(zhuǎn)而松動。同時還發(fā)現(xiàn)橫向動態(tài)載荷比軸向動態(tài)載荷產(chǎn)生更嚴(yán)重的松動。其原因是軸向載荷下的徑向移動明顯小于橫向載荷下的徑向移動。

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