重载场合高强垫圈选用原则及适用范围解析

   日期:2024-07-30     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:446    
核心提示:1228《钢结构用高强度大六角头螺栓》配套使用的钢结构摩擦型高强度螺栓联接副”,应该更适用于建筑、桥梁行业。),弹簧垫圈作用弹簧垫圈是一种使用非常广泛的机械零件。有人基于实验数据,提出了采用垫圈不但不能起到防松作用,反而更易松动的观点。所以,采用弹簧垫圈来解决高强度螺栓的松动是一种错误的方法。

在一些重载场合,垫圈经常被螺栓压坏,这时人们就想使用高强度的垫圈,但螺栓连接必须使用适当等级的螺栓、螺母和垫圈,必须遵循这一原则。

1、高强度垫圈使用平垫圈,一是​​为了增大支撑面积,防止零件表面损伤;二是为了满足结构要求(如长孔),便于连接。因此,在预紧力较大的高强度螺栓中,有时为了防止压力、防止表面损伤,在连接中使用平垫圈。

GB/T 1230《钢结构用高强度垫圈》中的弹簧垫圈,其应用参考的是GB/T 3632-2008《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》,属于结构钢用螺栓连接副标准。首先钢结构用高强度垫圈,只用到了12mm-30mm的少数几个规格,标准中明确写明适用范围为“本标准适用于与GB/T 1228《钢结构用高强度大六角头螺栓》配合使用的钢结构摩擦型高强度螺栓连接副”。应该更适合建筑、桥梁行业。

另外还有一项《GB/T 18230.5-2000螺栓结构用调质平垫圈》,它是用于大六角螺栓连接的垫圈,也有自己适用的螺栓和螺母。

至于JB/ZQ 4080,属于机械部重型标准,现在实用性不强,这里就不考虑了。

既然垫圈需要配套,就没必要到处找了。常用的《GB/T 5783 六角头螺栓全螺纹》对应《GB/T 97.1-2002 平垫圈A级(ISO 7089:2000,EQV)》按照硬度等级分为200HV、300HV两级。使用中的注意事项见下图摘自标准内容

可以看出,由于螺栓和螺钉我们都采用12.9级,所以必须使用300HV垫圈,其硬度范围为300HV至370HV。标记方法为:垫圈GB/T 97.1-8-300HV。标记方法可参考标准GB/T 1237-2000。截图如下:

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同时螺母也必须是相应等级的,GB/T 6170 I型六角螺母材质为钢,性能等级有:6、8、10,10级螺母标记为:螺母GB/T 6170-M12-10,参考标准如图所示:

在螺栓连接中,如果发生事故,人们都希望螺栓先失效,这样可以提前观察到。如果是螺母失效,事故就会突然发生。因此,现有的螺母标记相当于国际标准ISO4032,是在德国标准DIN934的基础上改进而来的。它们都是加强型,比螺栓强度等级高一个等级,这也说明了我们选择螺母等级的重要性。

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按照上述标准规定,12.9级螺栓或螺钉必须配用300HV垫圈与10级螺母,选用时必须有明确的标记(国家标准对标记规定比较简单,现行的国家标准大多等效于ISO标准,国际标准对标记方法有更具体的规定,基本与GB/T 1237相近。),弹簧垫圈的作用弹簧垫圈是一种应用十分广泛的机械零件,一般来说它的作用有两方面:一方面有利于提高连接的疲劳强度,另一方面有利于连接的防松。迄今为止,关于使用弹簧垫圈有利于疲劳强度的观点还只是进行定性或图形化的分析,还没有找到分析证明钢结构用高强度垫圈,至于它的防松功能,越来越多的人也提出了一些看法,有人根据实验数据提出,使用垫圈不但不能防止松动,反而可能使其更容易松动。 也有人建立了加弹簧垫圈的螺栓连接的力学模型,对螺栓连接进行了受力分析,并对弹簧垫圈的作用进行了定量分析,得出了“使用弹簧垫圈可以提高连接的疲劳强度,但不利于连接的可靠性和防松”的结论[唐金元弹簧垫圈功能分析]。

弹簧垫圈是靠弹力和切口尖角的嵌入来防止松动的,但由于弹力不均匀,可靠性不高,多用于不重要的连接,不适用于连接面不能划伤或经常拆卸的场合,不作为选购件。

采用扭矩法控制预紧力时,使用防松件可能会造成预紧力的较大损失,而预紧力的损失又增加了松动的可能性,因此在一定条件下,可以省去防松件。

在螺栓承受轴向载荷的条件下,对于8.8级及以上的螺栓,当夹紧长度大于3倍螺纹直径时,可以不使用防松件。准确控制预紧力,一般可以保证有足够的残余预紧力,防止螺栓在受到冲击载荷时发生松动。

具体螺栓类型可参考如下:

高强度螺栓(摩擦型)需加预紧力,加弹簧垫圈不利于预紧;高强度螺栓在预紧扭矩下产生的摩擦力足以防止松动,因此不需要加附加的防松措施。不宜加弹簧垫圈。

普通螺栓:必须保证螺栓的拉力,防止螺栓松动,在连接板与螺母之间加装弹簧垫圈,起到防松作用,螺母预紧后,垫圈被压扁,产生弹性反作用力,使螺纹拧紧,增加摩擦力,起到防松作用。但由于弹力不均匀,运行中产生的振动、冲击载荷使垫圈的防松效果很差,一般用于不重要的连接。

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查找弹簧垫圈的来源,DIN 127,对弹簧垫圈的使用范围有明确的描述,但在国家标准中却省略了这一点,如图所示

1.本标准规定的弹簧垫圈的适用范围及适用场合是为强度等级5.8级及以下的螺栓连接而设计的,或供ISO898第1部分所规定场合使用。弹簧垫圈的用途是防止松动(见DIN267第26部分)。在承受交变径向载荷时,防松作用无效。该设计适用于螺栓连接距离较短的场合。通过查阅一些文献,发现从防松角度考虑,在螺母下面加弹簧垫圈不如加平垫圈,不加垫圈比加平垫圈更好[李景林弹簧垫圈防松]。

虽然弹簧垫圈在防松领域应用很普遍,但其实防松效果很不理想,英国螺栓技术公司曾做过实验发现,在横向振动的情况下,加弹簧垫圈的螺母比单独使用螺母松动得更快。【Dr. Bill Excelsior 螺母和螺栓为何会松动】。

因此,用弹簧垫圈解决高强度螺栓的松动是错误的方法,可以考虑取消使用弹簧垫圈或采用其他摩擦或机械防松措施,在不重要的场合可用弹簧垫圈防松,高强度连接不应依赖弹簧垫圈达到防松效果。

 
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