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    震的好嗨哦,彈墊真的不防松!

    發表時間:2020-2-21 9:31:55  作者:三圓  來源:三圓  瀏覽量:5899
    寫這篇文章主要是因為最近一個同事的疑問,他滿臉愁容的問我:彈墊到底能不能防松?在進行非標設計的時候不敢不用彈墊,但是以前在外資高壓開關廠的時候有個歪果仁告訴他,彈墊 是他的爺爺輩用的古董,不能防松的。

    我尋思彈墊這么尋常的東西有什么難的。隨后線下求索《機械設計手冊》、《機械裝配技術》,線上咨詢知網,知乎和維基,發現線下清一色的都是說:彈簧墊圈以及彈性墊圈廣泛應用于經常拆開的連接處,靠彈性及斜口摩擦防止緊固件的松動,靠本身的彈性變形壓緊緊固件不松動。(以上內容引自機械設計手冊)線上的回答則較為復雜,先引維基的觀點,比較中肯,寫這個詞條的人應該也很困惑彈墊是不是不防松,直接把困惑寫在了詞條里。

    知乎的答案和書本的一樣,而且看上好像句句都很有道理,有道理!有道理?

    再來看看知網上的學者們對于彈墊不防松怎么說的?先請正方辯手——李景林老師,在他的文獻中,他的結論是:在申請專利倒鎖螺栓聯接副的實驗中,意外發現彈簧墊圈不但不起防松作用,反而更易松動這一現象,與傳統認識是恰恰相反的。

    再來看看知網上的學者們對于彈墊不防松怎么說的?先請正方辯手——李景林老師,在他的文獻中,他的結論是:在申請專利倒鎖螺栓聯接副的實驗中,意外發現彈簧墊圈不但不起防松作用,反而更易松動這一現象,與傳統認識是恰恰相反的。
    再請反方辯手——傅德明老師,他在李景林老師發表論文三個月后,立馬寫了一篇自己的論文進行反駁,他的結論是:盡管使用彈簧墊圈防松時效果是否比不用彈簧墊圈時還要差這一點上有不同看法,尚需用正確的試驗給予證明,但是從防松角度看,這并不是一種好的防松方法,應該尋找一種簡單易行的比較理想的靠增加摩擦阻力矩的防松方法。
    時間來到18年后,航天科工集團趙蘊懿老師研究螺釘合理的擰緊力矩時,做了一個更詳細的實驗,當年李老師只做了M16螺母的實驗,趙老師直接把M1.6到M10全做了。
    直接看趙老師結論:使用彈平墊防松方法,一般用于不重要的螺紋副連接。所以,若是要用彈平墊防松的螺紋連接,那么緊固力矩要嚴格控制。

    除了以上內容,還有一個簡單而淺顯的道理,請看此圖:

    根據文獻[5]建立擰緊力矩和軸線力的模型
    M= K*d*Fx10-3
    式中:M——擰緊力矩,單位N·m;
    F——軸向力,即設計時確定的預緊力
    K——擰緊力矩系數;
    d——螺紋公稱直徑,單位mm;
    以10.9級的M8螺母為例,摩擦系數取0.1(無潤滑,兩個鋼件的接觸表面),擰緊力矩在30N·m時的裝配預緊力是27000N[6],而把標準型M8彈墊完全壓平的力只需要500N,只占到2%都不到,對于防松所起的作用確實是微乎其微的。
    總結,早在30多年前,在航天工業的前輩們就針對彈墊是否防松展開過,通過實驗驗證,理論模型分析,并對實驗內容的不完善進行否定(缺少沖擊,疲勞方面的實驗),隨后又否定之否定,得到目前比較完善的結論。這才是大國工匠精神!
    到此基本可以判斷:彈墊是不防松的,對于沖擊和疲勞的工況有效性也無法驗證。本著存在即是合理的觀點,發揚“陽明格竹”的精神,來看看歪果仁是怎么“盤”彈墊防松的。
    直接看視頻中的實驗曲線:

    可以明顯看出,在振動過程中,不同防松類型的預緊力下降速率以及穩定后的預緊力大小是不同的:

    繼續總結:不管是單個螺母,加彈墊螺母還是雙螺母的防松結構,在松動之后是完全沒有預緊力的,全金屬六角鎖緊螺母和六角尼龍鎖緊螺母松動后仍有部分預緊力;雙螺母的防松結構在這五種類型的防松結構中,預緊力的下降速率是最小的,也就是防松能力強。加彈墊的防松能力相對不加彈墊的防松能力可以忽略。
    再來看看Boltscience的研究結論

    實驗對象是M8的螺母,通過視頻中的容克振動實驗,彈墊在防止松動方面與不加彈墊比是無效的。寫到這里,有些小伙伴們肯定想到很多非標自動化的設計并不像航空航天,內燃機,外燃機等具有周期振動或隨機振動的環境下的,沒有那么高的防松要求。是的,如果只是普通的鎖緊兩個零件,那么加不加彈墊沒有多大的影響,只要不是碰到了氫脆的彈墊,裝配時能控制好漲圈。
    這里科普下漲圈和氫脆的概念:

    漲圈是指在裝配過程中出現彈墊開口值增大超差的現象,是在施加較大安裝力矩的情況下發生的,輕型彈簧墊圈和標準型彈簧墊圈都可能發生漲圈,漲圈的發生往往由于裝配精度低、平墊圈或螺母選用不當等。
    氫脆(HydrogenEmbrittlement)是指金屬材料在冶煉、加工、熱處理、酸洗和電鍍等過程中,或在含氫介質中長期使用時,材料由于吸氫或氫滲而造成機械性能嚴重退化,發生脆斷的現象(無明顯塑性變形)。由于氫脆的原因很多,而且對于氫脆的認識也不夠透徹,所以現在還無法完全防止氫脆。氫脆就像是懸在工程師頭頂上的達摩克利斯之劍,揮之不去,一直籠罩著我們。
    彈墊不防松,使用需嚴控;缺點還有二,漲圈和氫脆。
    用事實說話,機械在于實踐。
    不忘初心,方得始終。就像傅德明老師說的,加彈墊不是好的防松方式。要求嚴格的地方都不能使用彈墊。其實,還有很多緊固的結構以及防松方式,例如NordLock的防松墊圈,NBK的偏心鎖緊螺母,施必牢螺母,樂泰的螺紋緊固劑等等,這些高可靠螺紋技術的發展和應用必然會大大提高設備,工程的質量。
    寫到這里發現,我們不應該局限于彈墊到底防不防松,而是更應該關注自己的設計是在一個什么樣的環境下——振動,沖擊,高溫,電磁等等,我們的設計需要達到一個什么樣的要求。

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