开口弹簧垫圈真的能防松吗?

发布日期:2024-08-12

艾法斯特翻译 作者:Bill Eccles

从理论上说,开口弹簧垫圈是在螺栓紧固的时候被压平的,然后其尖锐的角会嵌入到螺母和被夹持物表面中,进而防止螺栓反方向旋转,起到防松作用。

 

  但是在实际中,开口垫圈在无法嵌入坚硬表面的时候,根部不能起到防松的作用;这个问题来自:开口垫圈可以被看作是一种“劣质”弹簧,在螺栓额定轴力达到10%数量级的时候它就会被压平。

  唯一开口垫圈有用的地方就是被夹持物具有比较软、容易变形的表面,譬如说:木头;在这种场景,开口垫圈的尖锐的边角才能发挥作用。

    螺旋弹簧锁紧垫圈已经使用了 100 多年。它们仍然在许多应用中使用,相信它们会将螺母/螺栓“锁定”到接头上并防止松动。基于经验和实验结果的大量证据表明,它们不能防止松动,并且可以证明在许多情况下实际上会加快松动速度。容克最初在 1969 年发表的著作中表明,这些垫圈在防止松动方面无效。包含这些垫圈的接头松动,导致结构故障,导致材料和人员损失。

Bolt Science 进行了一系列测试,以说明这种垫圈与普通螺母本身相比的性能。结果显示在视频和下面的预加载衰减曲线中。预载衰减曲线来自视频中显示的测试。测试是在 M8 紧固件上进行的。   

  关于开口弹簧垫圈的不利证据是在上个世纪60年代,一个叫做Gerhard Junker的德国人发现的。Gerhard Junker发现横向振动远比轴向振动更能让螺栓副松弛,见图1;进而他发明了横向振动台,从此来评价螺栓副的防松特性,此横向振动台的组成参见图2。他使用横向振动台做实验的时候,发现螺栓和开口弹簧垫圈的组合使用还不如单个螺栓的独立使用呢,不仅如此,他还发现弹簧垫圈不仅不能似的防松效果不能提高,恰恰相反,它还起到了更容易使得螺栓副松弛的作用。下面显示的测试是在普通的非锁定螺母上进行的测试。在容克测试下,这样的螺母很容易自行松动。

 

图1 横向振动比轴向振动更能让螺栓松脱


图2 由Gerhard Junker的原始设计发展起来的横向振动台基本组成




图3 横向振动试验中螺栓+开口弹簧垫圈的组合还不如单独一个螺栓的使用

  美国宇航局(NASA)也发现了开口弹簧垫圈的问题,在NASA标准中对此大加抨击(如果需要原文,请联系我);在锁紧螺母一章中,这样写到:“典型的螺旋弹簧垫圈…在螺栓紧固的时候起到弹簧的作用。可是,当螺栓被完全紧固的时候,垫圈一般来讲是变平了。在这个时候,完全可以将它当作一体平垫圈,它的锁紧功能根本不存在。总而言之,这种类型的锁紧垫圈对于锁紧而言,一无是处。”原文节选,参见图4:


图4 NASA对开口弹簧垫圈“无用”的评价



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