工程师必备:小螺栓大学问题-螺纹紧固件的分类和应用概述

做过很多项目的工程师们都深有体会螺栓虽小,但是能用好也不是一件容易的事情,可谓是“螺栓虽小,学问很大”,机械财经总结了几十年的设计经验,分享给大家,希望能帮助设计工程师们更好地使用螺栓。

机械财经已经在文章《镀黄锌,镀白锌,镀黑锌有啥区别?–螺栓表面防锈处理方法总结》,《螺栓头上的数字代表什么含义—螺栓等级划分》文章中介绍了螺栓的表面处理方法,和螺栓等级划分。

在接下来的几篇文章中,我们将逐一给大家介绍螺栓连接的应用及螺栓强度计算方法。

这一期我们讲螺纹连接的基本概况,下一次讲螺纹连接的使用

概述

机械连接与紧固的方法很多,大致分就是螺纹连接和非螺纹连,而螺纹连接是目前应用最广泛的连接方法。

机械财经在文章《小小螺栓大学问—螺栓的历史来源》中就介绍过,螺栓连接的历史可以追溯到大约在公元1550年前后,也就是说螺纹连接历经几百年了,而近代的工业革命,促使了螺栓在机械行业中的普及。

到了一战,二战期间,各国的机械工业交往频繁,以及二战期间盟军的技术合作,开始有了螺栓相关的统一标准,螺栓作为标准件在全球推广开来。在没有新的连接方式出现以前,螺纹连接仍是目前最广泛的机械连接方式。

历经百年的普及和应用,人们对螺栓的认知也在不断的更新。然而,因为是标准件,工程师在使用螺栓过程往往只是局限在螺栓选型和应用层面,对螺栓的认知往往比较片面,实际使用过程中经常出现各类失效,机械财经将分5-6期和大家聊一聊螺栓的分析,使用,改进的一些经验。

螺纹紧固件的分类

常用的螺纹紧固件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母及垫圈等,如下图所示。

螺栓

螺栓是应用在将两个或多个零件连接到一起的场合。通常被连接件含有通孔,螺栓穿过被连接件,使用螺母将其固定。有时螺栓会被当做螺钉使用。在施加力矩的时候,推荐将力矩施加在螺母上,防止螺栓与被连接件之间的摩擦。

螺钉

螺钉是指将被连接件固定到另一个拥有螺纹孔的零件上,螺钉可以旋入到螺纹孔中。通常螺钉不与螺母配合使用。但是螺钉的安装工具或方法,与螺栓比较起来不是很符合力学和人体工学,所以螺钉在流水线上生产的工业产品中应用比较少。

双头螺柱

双头螺柱用在特殊的场合,结合了螺钉和螺栓的特点,首先螺柱当做螺钉安装在母体上,另一头当做螺栓来使用。双头螺柱应用的时候需要格外小心,其一就是双头螺柱往往不是标准件,它的材料,制造过程,表面处理,涂漆往往和螺栓不一样;其二,双头螺柱在安装,拆卸的时候要施加两次力矩,力矩的传递,零件的同轴度,都会影响双头螺柱的工作状态。

平垫圈

垫圈中应用最广的就是平垫圈,平垫圈的用途主要是用于减少压强,当有的部位拧紧轴向力很大的时候,容易使被连接件变形,从而影响了螺栓的力矩,最终影响了螺栓的拉伸力,这时候就是用硬度较高的平垫圈来解决高压强问题。同时平垫圈还有减小摩擦力的作用。

弹簧垫圈

机械财经在《弹簧垫圈真的防松么》文章中介绍过,虽然弹垫是用来防松的,但是多数机械场合弹簧垫圈的防松效果较差,甚至还影响预紧力,所以机械财经不是非常推荐使用弹簧垫圈。

止动垫圈

止动垫圈是在平垫圈的基础上增加了几个凸出的爪,在完成螺栓连接并施加力矩后,将凸出的爪间隔固定在螺栓的六角边和固定的被连接件上。止动垫圈通过这种刚性固定防止螺栓松动。但是也有局限性,第一,螺栓安装后,六角边不会正好对其凸出的爪,往往要多拧一些角度,所以不太适合扭矩-转角的场合;第二,需要被连接件中相对螺栓旋转来说固定的零件并能提供让凸出的爪扣在上面的边。

电脑里找了半天才找到一张带止动垫圈的图片,从下图可以看到,止动垫圈的两个边锁在六角头螺栓的六角边上,另外两个边锁在不动的母材上。

止动垫圈还是比较好用,在能保证螺栓达到锁紧力矩的前提下,可以作为一个辅助的防松措施。

螺母

螺母与螺栓或螺柱配合使用,起连接作用。螺母的形式有六角形、圆形、方形等,以六角头螺母应用最普遍。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。

这里要重点说说法兰面螺母,法兰面螺母和法兰面螺栓一样应用的比较广泛,尤其是在汽车行业。需要注意的是有些法兰面螺母/螺栓的法兰面上是带锯齿的,其设计目的是螺栓拧紧后锯齿可以嵌入到母材内,起到防松作用。

但是仍要注意,如果母材硬度较大,这些锯齿无法嵌入到母材中,无法起到防松作用,而这些锯齿减小了接触面,反而不利于螺栓的防松。

还要说下焊接螺母,焊接螺母有专门的标准和外形,有时我们会用普通螺母替代焊接螺母使用,严格来讲,这都是不正确的使用方法。

以上就是螺栓连接零件的分类介绍,当然螺栓连接零件还有很多,如波形弹簧垫圈,螺纹紧固胶,螺钉又分了十字花,六角沉头等,再次不能一一罗列,在后期讲解螺栓强度计算的时候,如果有必要再穿插讲解和大家探讨。

大家可以先了解下以上内容,下一期我们说说螺栓的主要尺寸和应用注意事项。

讲解完这些基本的概念之后,我们就开始讲螺栓强度计算。

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