在汽车、桥梁、建筑工况中螺栓螺母配合为最常见的配合方式,在实际装配过程中,经常会碰到滑牙的现象,滑牙发生在扭矩法安装,表现的扭矩达不到期望扭矩。
对于滑牙螺栓一般采用破坏螺栓进行拆卸(如采用切割机),费时费工。因此,对螺纹连接设计,总是希望失效形式是螺栓断裂,而不是螺栓滑牙。
为了解滑牙问题,今天,螺丝君介绍滑牙的产生,滑牙的失效特点及影响因素,并且使用鱼骨图作为分析方法,对问题分析提供了一种思路。
01滑牙产生的条件
图1 M10-10.9级螺栓旋合长度与脱扣力
当螺栓,螺母的螺纹抗剪力小于螺栓拧紧时所达到的最大预紧力,螺纹就会滑丝;反之,螺栓则会断裂。而抗剪力的大小又与螺纹旋合长度成正相关,故旋合长度的大小决定着螺栓哪种失效形式。
如上图1所示,当螺栓与螺母配合长度大于临界旋合长度时螺栓断裂,而小于临界旋合长度时螺纹滑牙,所以发生滑牙的前提条件是旋合长度小于临界旋合长度。
02滑牙的失效特点
(a) (b) 图2.1调质螺栓,螺母螺纹牙破坏实验
图2.2外螺纹牙剪切破坏机理图
如图2.1是调质处理10.9级螺栓与10级螺母配合纵向剖面图。其中(a)外螺纹开始脱扣,(b)外螺纹完全脱扣。
从图2.1(b)清晰的看出剪切位置开始发生在接近内螺纹的牙顶处,并从接近内螺纹牙顶一直滑落到接近螺纹压根处。
(a) (b) 图2.3铝内螺纹牙破坏实验
图2.4内螺纹牙剪切破坏机理图
如图2.3是调质外螺纹与铝制内螺纹配合纵向剖面图。其中(a)内螺纹开始脱扣,(b)内螺纹完全脱扣。
从图2.3(b)清晰的看出剪切位置开始发生在接近外螺纹的牙顶处,其剪切方向基本与螺栓轴向方向一致。
03导致滑牙的因素
(1)人
操作不规范,不按既定的规范操作,重复拧紧或未对中拧紧,均会螺纹造成不同的伤害。
(2)机
对于精度较差的拧紧设备,其拧紧扭矩会超出既定扭矩。拧紧工具未校准也有可能超出既定扭矩,而过高的扭矩会造成滑牙的发生。
(3)料
材料缺陷或原材料不合格。检测化学成分等一些手段排除这种影响。
(4)法
- 设置的安装扭矩过高
这里可通过计算与实测确定安装扭矩的合理性。
例如采用福特FST-10
Maximum Torque≤(-4S Strip Torque)式中S为sigma
- 选用的啮合长度不足
以上是实测M4铝制内螺纹啮合长度对应的滑牙扭矩。通过发现啮合长度虽然发生很小的变化,但滑牙扭矩相差较大。
(5)测
- 脱碳
这里指螺纹脱碳,脱碳会造成此处的硬度较低,螺纹极易发生螺纹弯曲,造成滑牙的可能性也较大。
- 硬度不足
硬度不足,类似于脱碳牙纹极易发生弯曲变形,也是造成滑牙的原因。
- 外螺纹磕碰
以上是钢制外螺纹与铝制内螺纹拧紧曲线。较大的螺纹磕碰会对内螺纹造成极大的损伤,虽然磕碰增大了扭矩系数,但由于内螺纹的刚度变化量大于扭矩系数变化量,所以表现的拧紧曲线斜率小于未磕碰斜率,最终的滑牙扭矩也低于未磕碰状态。
- 摩擦系数
如果内外螺纹之间的摩擦系数太小,更容易产生内螺纹的扩张和外螺纹的弯曲,因为螺纹之间更容易分开。
- 螺纹尺寸不符
内外螺纹尺寸的不符,造成内外配合面积的减小,也是滑牙产生的原因。
(6)环
螺纹孔带油,减小摩擦作用;而螺纹孔残留铁屑等杂质,对螺纹造成摩擦损伤。以上这两种情况也有可能造成滑牙的发生。
04螺丝君经验总结
通过对滑牙的影响因素,从人,机,料,法,测,环等多方面进行深入的实验和分析,才能确定最终影响滑牙的主要原因,然后通过合理的整改措施杜绝滑牙的发生。
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