产品设计之螺钉防松

螺钉联接具有一定的自锁性,在静载荷或工作温度变化不大的状况下不会自动松动,但是,产品在实际工作使用过程中,可能会受到冲击、振动或变载荷的作用,在某一瞬间,螺钉承受的工作载荷可能大到足以抵消其预紧力,此时,螺纹之间的摩擦力为零,从而,可能造成螺钉回转松动,反复作用,螺钉甚至松动脱落。实践发现,往返式的横向振动是螺钉松脱的最主要原因。此外,高温环境中材料的高温蠕变也会使螺钉预紧力消逝而造成螺钉松脱。

螺钉松脱会影响产品的正常工作使用,甚至造成事故。产品中承受冲击载荷或振动作用的零部件的螺钉联接,以及承受较大工作载荷的螺钉联接必须要考虑防松设计。

电子产品螺钉防松设计常用的方法有:选用螺钉垫圈组合件、选用支承面滚花或锯齿设计的螺钉,以及使用防松胶防松螺钉。

产品设计之螺钉防松

螺钉垫圈组合

产品设计之螺钉防松

支承面滚花或锯齿设计

产品设计之螺钉防松

防松胶防松螺钉

螺钉垫圈组合件是螺钉和活动垫圈不可分的组合零件,垫圈可以自由转动而不脱落,组装时无需再安装垫圈。平垫圈用于改善支承面的接触状态,保证支承面的摩擦系数稳定;弹簧垫圈被压平后,其反弹力可以使螺纹间保持轴向压紧而产生摩擦力。螺钉垫圈组合件的防松性能一般,值得注意的是,自攻螺钉垫圈组合件的垫圈材质必须使用红铜,以免螺钉渗碳处理时,垫圈过分硬化,而造成螺钉拧紧时垫圈碎裂。

螺钉支承面滚花或锯齿设计可以改善螺钉支承面与被连接零件表面的接触状况,增加螺钉松动的阻力。锯齿方向应与螺钉旋入的方向相反,当螺钉拧紧,锯齿嵌入被连接零件表面时,防松效果良好。支承面滚花或锯齿设计的螺钉必须能承受较高的预紧力,不能应用于表面对划伤和腐蚀敏感的零部件的联接。选用滚花或锯齿支承面的螺钉时,应注意硬度的合理匹配,一般来说,与螺钉头支承面接触的被联接零件的硬度应低于螺钉的硬度。

防松胶防松螺钉一般应用于公差等级中等的普通螺纹螺钉联接,防松胶防松螺钉操作简单,防松性能稳定,应用日趋广泛。电子产品上使用的防松胶防松螺钉的防松胶通常特指预涂胶:防松胶用热喷涂或点胶的方法永久固化在螺钉的螺纹表面。在螺钉拧紧过程中,防松胶被挤压而产生强大的反作用力,增加螺纹之间的摩擦力,使螺钉的松退扭矩增大。防松胶防松螺钉一般可以重复拆装5到50次。预涂胶主要分尼龙胶和化学胶两类,尼龙胶英文描述为Nylon Patch,主要品牌有耐落(Nylok)、U-coat和ND等;化学胶主要品牌有乐泰、Precote、3M、Three Bond等。需要注意的是:化学胶防松螺钉库存待用的时长最好不要超过四年,否则可能防松失效。防松胶通常以颜色区分适用温度或强度,如蓝色的Nylok防松胶表示其适用温度为125摄氏度以下。

设计防松胶防松螺钉时,需注意防松胶的涂覆区域。一般来说,防松胶必须涂覆螺钉1/4周长以上,以及4个以上螺距的螺纹,一般不将螺钉整个周长都涂覆防松胶,否则螺钉较难拆装。螺钉尾端2~3牙一般不涂胶,以便于螺钉旋入螺纹孔。防松胶应涂覆于内外螺纹的旋合长度内,螺钉拧紧后裸露在外的防松胶是没有防松功能。

防松胶防松螺钉的防松性能主要体现为螺钉的松退扭矩,其松退扭矩较普通螺钉的松退扭矩大,且多次拧紧、松退重复拆装后,其松退扭矩不可急剧变小。防松胶在加大螺钉松退扭矩的同时,也加大了螺钉的拧紧扭矩。

防松胶防松螺钉常用规格的防松性能标准(数据来源于IFI524和GM6189P):

产品设计之螺钉防松

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