不銹鋼高鎖螺母的結構
高鎖螺母主要由兩部分組成,一個是工藝部分,另一個是工作部分,兩部分靠斷頸槽連接。高鎖螺母結構設計得比較巧妙,工藝部分實現扳擰及擰斷,工作部分實現最終的裝配與防松。高鎖螺母的工藝部分包括扳擰結構和斷頸槽結構,通過扳擰結構實現高鎖螺母的安裝,當施加到一定的力矩時,斷頸槽結構發生斷裂,毛藝部分被擰斷,同時完成了高鎖螺母的裝配。工藝部分的脫落在一定程度上減輕了緊固件的重量,達到減重的目的。另外,斷頸槽尺寸也是通過充分的試驗驗證提前確定的,即當力矩達到規定的范圍,斷頸槽要自行斷裂,并且能使高鎖螺母達到規定的夾緊力,這就使裝配現場不用刻意地去控制扳擰力矩或采用定力矩扳手,直接安裝即可、當產品的工藝部分被擰斷后,就實現了裝配,并巨得到合適的夾緊力,大大提高了裝配效率和裝配質量高鎖螺母的工作部分其實就是一個有效力矩型的全金屬自鎖螺母,唯一的區別就是沒有扳擰結構,功能等同于自鎖螺母,具有較高的防松能力。高鎖螺母最基本的結構形式見圖3-48和圖3-49,后面將要講到的球面高鎖螺母、密封高鎖螺母都是在此基礎上衍生出來的。
1.扳擰結構
高鎖螺母的扳擰結構為六方扳擰結構,主要有兩種結構形式(如圖3-48及圖3-49所示的工藝部分),心部制有光孔,孔徑尺寸一般要比高鎖螺栓螺紋的公稱大徑大0.2mm左右,主要是由于裝配后高鎖螺栓至少露出螺母兩扣螺紋(圖3-50),防止光孔對螺栓的干涉,留出一定的容隙量。另外,高鎖連接副為單面安裝,即高鎖螺栓的扳擰結構與高鎖螺母的扳擰結構在同一側,該光孔確保了高鎖螺栓的安裝扳手順利通過,高鎖連接副安裝示意圖如圖
2.斷頸槽結構
高鎖螺母的斷頸槽是重要的工藝結構,達到規定的擰斷力矩時,高鎖螺母的六方必須在斷頸槽處被擰斷,從而保證高鎖連接副獲得穩定而合理的預緊力(也稱為夾緊力)因此,其具體的結構和尺寸在標準中一般為參考,主要由各制造廠結合自身實際情況確定,只要滿足產品的使用要求即可,不作為產品最終的驗收依據。
高鎖螺母的斷頸槽結構有U形任槽結構和斜V形槽結構,見圖3-51,國外標準一般選用U形槽結構,國內標準一般選用斜、形槽結構,但具體采用什么結構,還是由制造廠自行確定。
高鎖螺母的斷頸槽尺寸決定著擰斷力矩的大小,為了得到規定的擰斷力矩值,斷頸槽尺寸必須在一定的范圍內波動另外,在擰斷力矩確定的情況下,當斷頸槽結構選擇的不同時,斷頸槽尺寸也會不同。
3.母體結構
高鎖螺母的母體結構是其主體結構,其與高鎖螺栓配合共同完成高鎖連接副的夾緊性能、防松性能和承載性能,具體結構見圖3-48和圖3-49的工作部分高鎖螺母的母體結構如果再細分一下,其還包括收口結構、錐體結構、沉頭窩結構和螺紋結構。
收口結構主要是為高鎖螺母提供鎖緊性能的結構,對于帶凸緣的高鎖螺母,其收口結構為凸緣結構,對于非凸緣的高鎖螺母,其收口結構為薄壁結構,如圖3-48和圖3-49所示的收口部位。從結構的彈塑性變形角度分析,對于凸緣結構,由于壁比較厚,為了得到標準的鎖緊力矩,需要比較大的整體結構變形,而這種變形主要為塑性變形、彈性性能較差,不適用于多次鎖緊循環;對于薄壁結構,不需要較大的結構變形就可得到標準的鎖緊力矩,并巨具有較好的彈性性能,可以承受多次鎖緊循環。由此可見,薄壁結構的鎖緊性能優于凸緣結構,對于新版的高鎖螺母標準基本上都是采用薄壁結構,但由于高鎖螺母是一種特殊的自鎖螺母,只進行一次性裝配,標準中只考察其一次鎖緊性能,而不牽扯多次循環鎖緊性能的問題,因此,帶凸緣結構的高鎖螺母仍在正常使用,只要能滿足標準中的一次循環的鎖緊性能即可。
錐體結構主要是為高鎖螺母提供承載性能的結構,其實就相當于結構的加強筋,由錐面或大的過渡R曲面與支承面構成。在前面第3.3.2.1小節講過關于螺母的強度等級,其不僅與螺母材料的強度等級有關,而且與其結構有關,高鎖螺母也是一樣。當高鎖螺母的材料選定后,其材料所能達到的強度等級也就基本確定,但在同等的材料強度等級下,為了得到更優的承載能力,就必須對錐體的結構進行合理地設計,最基本的設討原則就是在結構用料最少的情況下可以保證其承載性能,從而達到減重的目的。另外,對于錐體結構中支承面的選擇,最普遍并且大量使用的就是圖3-48和圖3-49所示的結構形式,主要應用于基體為平面結構的裝配,而對一于基體為斜面結構或裝配環境需要密封時,該支承面的結構形式就不能滿足裝配需求,這也促使高鎖螺母衍生出了球面結構和密封結構,具有這兩種結構的高鎖螺母也分別稱為球面高鎖螺母和密封高鎖螺母,具體結構如圖3-52和圖3-53所示,它們的功能特性與普通螺母的球面結構和密封結構的功能特性相同,具體可參考3.3.1.5小節,此處不再詳細敘述。
沉頭窩結構的作用主要是為高鎖螺母能容納由于夾層厚度的變化而超出夾層以外的高鎖螺栓光桿部分和螺紋收尾部分,正是由于該沉頭窩結構,高鎖連接副才能裝配在允許厚度在一定范圍波動的夾層上,提高了其對一夾層厚度的適應性在標準設計之初,對于沉頭窩尺寸的確定需要充分考慮高鎖螺栓的光桿及螺紋收尾的長度和所裝配的夾層厚度范圍等尺寸參數,并經過合理地分配和協調,這樣才能既保證整個連接副的結構尺寸較小,又能在極限的情況下使高鎖螺栓的光桿和螺紋收尾基本上不進入高鎖螺母的螺紋孔,也可以避免過多地使用調節夾層厚度變化的墊圈。
螺紋結構主要是為高鎖螺母提供連接性能的結構,其功能與自鎖螺母的螺紋等同,為了得到穩定的鎖緊力矩,螺紋的公差一般選用精密精度公差,由于普通螺紋公差按中等精度選用,而MJ螺紋或UNJF螺紋公差選用精密精度公差,故公制高鎖螺母螺紋選用MJ螺紋,精度等級為4H6H等級(螺紋公稱直徑不大于5mm)或4H5H(螺紋公稱直徑不小于6mm);英制高鎖螺母螺紋選用UNJF螺紋,精度等級為3A.
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