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螺母防松效果和重复使用性能

为了有效地解决螺纹联接的松动、松脱问题,提出从功能材料人手利用铁基形状记忆合金来研制一种新型螺母的设计思想。从理论上分析了新型螺母的防松机理,并试验研究了螺母的静动态防松效果和重复使用性能。试验结果表明,新型智能螺母具有很好的静动态防松效果,并且可以重复使用。

防松原理

与普通螺母相比,由于新型螺母本身制造材料的特殊性能,这种新型铁基形状记忆合金智能螺母在预紧、恢复加热后,受到以下3个摩擦力矩的作用:

预紧力产生的摩擦力矩T1。铁基合金螺母与普通螺母一样,由于预紧力Fα的作用而受到自锁摩擦力矩(包括螺纹副间自锁作用产生的力矩和螺母、螺栓头支撑面与被联接件之间的摩擦力产生的摩擦力矩)的作用,由螺纹力学知识,该力矩可通过式(1)计算


在现代机械中,紧固件的数量约占机器零件总数量的60%,其中螺纹联接是机械联接中使用最普遍的形式之一。一般的螺纹紧固都具有自锁性,但在变载、冲击、振动作用下,以及工作温度变化较大时,螺母的松动、松脱时有发生。据有关资料统计[1],世界各国因紧固件松动、松脱所造成的直接经济损失达数十亿以上。因此,如何简单有效地防止螺母的松动问题已经成为一个十分重要而又迫切的课题。


近几年来,国内外的许多学者在螺母的防松方面进行了大量的研究,开发了许多新的防松方法。这些方法多是从结构上入手,其基本防松原理仍是摩擦防松、机械防松等。研究者对防松螺纹联接应用于一些特定场合已有一些非常好的思路,并研究出了许多成功的模型,采用的方案也各具特色,如ST2型防松螺母[2]、凹凸型防松螺母[3]、加键防松螺母[4]以及针对铁路中螺纹联接松动的特点所研制开发的新型防松螺母[5]等;此外还有偏心锥面防松螺母、加锁防松螺母、防盗螺栓和切向舌簧防盗螺纹联接件等新型螺纹联接防松形式。


这些新型的防松方法在某些工作状况下收到了一定的防松效果。随着新型功能材料的出现,目前国内外已经开始尝试从材料入手来解决螺母松动问题,并取得了一定的成效。比如美国F15,F16军用战斗机所采用的形状记忆合金(简称SMA)智能螺栓组和管接头,成功地解决了飞机中关键联接螺栓和管接头的松动问题。但这里所用的SMA为价格昂贵的NiTi基SMA,大大限制了其推广使用,但是为螺纹联接松动问题的解决提出了一个很好的思路。


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