施必牢螺纹技术简介.ppt

紧固件设计原则(受拉螺栓）,Reliable Joint It takes TWO: L+S Level + Stability = Reliability (of Clamp Load) (of boltd. assembly) Both are affected by hundreds of variables (in 6 groups),紧固件的装配原则,T=KDW 其中， T: 力矩，单位：Nm； K：力矩系数（综合麽擦系数），无量纲； D：螺栓的公称尺寸，单位：mm。如M24的螺栓，D=24mm; W: 螺栓的张力（夹紧力），单位：KN。其值的上限受制于螺栓的强度（性能等级），可查国标。 可见，一定的力矩，对应一定的张力（夹紧力）。 需要注意的是，式中的力矩系数K不是个常数，不同的表面处理，其K值不同；同时在同一批次中，它有一定的变化范围。 我们希望K值的变化范围越小越好。因为，当安装力矩一样时，K的变化范围，就决定了夹紧力的变化范围。如K的变化范围是80%, 当力矩都一样时，则安装后统一规格螺栓的夹紧力最大最下要相差80%，这就很危险。这是我们最不愿看到的。 通常，标准螺纹匹配时，在一切都可控的情况下，力矩系数K的变化范围也要达到25-30%。通常，K的变化范围超过50%即或80%是很常见的。 注：我公司所供的施必牢螺母与您的螺栓匹配时，K的变化范围一般控制在30%以内。 紧固件的装配原则： 按推荐的安装力矩来拧紧。可以最大限度的挖掘出螺栓的潜力，使其产生的夹紧力达到或超过设计师的需要。 这有两个好处： 一个是，当夹紧力够时，路试及售后使用均正常； 另一个是，当夹紧力不够时，路试中会出现松动等问题，可以帮助设计师发现设计问题。这样设计师可以有效的改进设计，如增加螺栓的数量、合理布局、或增大螺栓的规格等。 安装力矩可以超过推荐力矩的上限，一般以10%-15%为限。 超过过多时，将会造成螺栓的损坏。不同厂家的螺栓质量不同，在符合强度上可能相差较大。,施必牢螺纹技术简介 DTF-Lock Thread Tech,1979年8月，在秀丽的峨眉山下的西南交大校院里，那是我大学第一个暑假刚开学的时候，同学们告诉我，我们的校花，暑假期间去南京学习唱歌，有一天当她在马路的人行道上行走时，在距她身后70多米的一辆快速行驶的汽车车轮突然飞出，车轮在运行70多米后击中了她，致使不幸身亡。我在震惊之余，开始知道紧固件会松动，并可能造成重大事故。 其实，我们知道，紧固件联接在没有振动及大的温差的情况下是不会松动的。然而在交变载荷下，如振动，尤其在横向振动，及大的温差下紧固件联接就特别容易松动，无论是螺栓/螺母还是螺钉/螺纹孔 。 螺纹联接的目的：可靠的连接。表现为：长期不松动、尽可能长的疲劳寿命。 如何实现（设计原则）：足够的夹紧力。 防松：保证在使用过程中此夹紧力不会随着剧烈的震动而衰减。,施必牢螺纹,80年初美国施必牢公司发明的施必牢螺纹(一种内螺纹），很好的解决了螺纹连接在交变载荷及高温差下的易松动问题，并可避免螺栓张力在据烈振动时逐渐衰减的问题；施必牢螺纹与外螺纹啮合后受力均匀，避免了其它类型螺母头两牙的大应力、及在一定程度修正内外螺纹可能存在的偏载及螺栓六角头垂直度不好造成的偏载，从而可比较显著提高紧固件的疲劳寿命（提高3倍）,还可以重复使用及方便安装（自由旋转型）。 用施必牢丝锥还可以制出施必牢防松螺纹孔，不仅可解决螺柱/螺钉或双头螺柱的松动问题，还可解决用螺纹胶防松时所造成的在维修时螺纹孔易损坏的问题。,容克横向振动试验,1978年，麻省理工学院（MIT）及密歇根大学（University of Michigan）在容克(Junkers)横向振动试验台上试验了三种螺母：普通标准螺母、全金属有效力矩型螺母、及施必牢螺母。 注：全金属有效力矩型螺母是一种防松螺母，与尼龙锁紧螺母类同，相当于普通螺母加上有效力矩部分。有效力矩部分的牙型或牙距发生了变化，靠此变形夹紧外螺纹，此夹紧外螺纹的力所产生的阻力矩即为有效力矩，靠此有效力矩阻止螺母的松动。此种螺母在拧紧拧松一次后，其有效力矩已明显衰减。 用同样的螺栓、同样的夹紧力（或螺栓张力）、同样的振幅和频率及同样的120秒种的试验时间，结果是：普通标准螺母在74秒种完全失去了锁紧能力，有效力矩型螺母丧失了70的锁紧能力，而施必牢仍保持了它的锁紧能力。 同样，在实际应用中也证明了施必牢螺母这一特点，即如果锁紧了，也就始终是锁紧的。 为说明这一问题，我们先来研究普通螺纹容易松动的原因。,DTF Nut 施必牢螺母,所有有效力矩型金属螺母母,Junkers Vibration Test Comparison,容克横向振动试验比较,美国施必牢公司的研究结果,拧紧时松动的原因 施必牢公司经过多年的研究，发现普通螺纹容易松动的根本原因在于以下两点： 1. 在标准内外螺纹配合后，外螺纹的牙顶和内螺纹的牙根间存在横向间隙，在横向振动或横向力达到一定程度时，内外螺纹间将产生相对的横向移动。试验表明，此移动，微小的移动，很容易将紧固系统所贮存的变形能释放掉，即螺栓的弹性变形或张力失去了，导致松动。这一结论也为美国许多研究机构所证实。 这也就是为什么标准螺纹紧固件在横向振动情况下容易松动的原因。 2. 标准螺纹啮合后，啮合各牙的受力极不均匀。第一牙受力最大，第二牙次之，最后一牙最小甚至是悬浮状态，头两牙受力之和一般是螺栓张力的70甚至80。这是一种很不稳定的受力状态，在据烈振动及温差大的情况下前一牙的应力可能超过屈服点而发生塑性变形，造成松动。这也就容易理解标准螺纹头几牙容易磨损及滑牙了。 因此，要解决螺纹松动问题，必须对螺纹结构重新进行设计才能从根本上解决。,施必牢螺纹 （DTF-Lock Thread）,上世纪70年代，施必牢公司在研究出普通标准螺纹松动的原因后，发明了施必牢螺纹, 英语叫Spiralock。 施必牢的螺纹形状是在它的牙根上有一种独特的30度楔形斜面，这种斜面是用特别的施必牢工具制作完成的。当装配施必牢螺母时，外螺纹的牙顶就紧紧地顶在施必牢螺纹30度的楔形斜面上，这样，就可以防止相对于母螺纹产生的任何螺纹的横向移动；同时由于配合面为楔形斜面（锥形螺旋面），使得旋合区各螺纹的受力极为均匀。（见附图） 由此可知，施必牢螺纹克服了造成普通标准螺纹松动的两个根本原因，即横向间隙及各牙受力极不均匀现象的存在，从而使它有良好的防松 性能，从设计上解决了螺纹的 松动这一问题。,Female Thread Form with 30o Wedge Ramp, fits Standard Male Thread,光弹试验研究 Photo-elastic Study,DTF-Lock Thread,Standard Thread,疲 劳 试 验,Fatigue Life 疲劳寿命,DTF-Lock Tread Test Studies,Dynamic & Static Testing Goddard Space Flight Center Finite Element Analysis Lawrence Livermore National Laboratory Vibration Resistance & Stress Distribution Massachusetts Institute of Technology for Chrysler Corporation Vibration Testing of Spiralock Wire Thread Inserts British Aerospace, Naval Warfare Division,Dynamic & Static Testing,By: Goddard Space Flight Center Dynamic Test (Sine: 24.7 Hz - 2G and Random 20-400 Hz - 2G RMS) -28 x 2, 180 KSI alloy steel bolt, with alloy steel and A286 hex nuts Withstood 10X sine and random vibration Space Shuttle requirements without loosening. Static Test (Tinius Olsen tensile test) More consistent pattern of friction (K) factors Non-Lubricated: 0.12 min., 0.36 max. Lubricated: 0.08 min., 0.13 max. Friction characteristics of SPL nuts with lubrication considerably increases the accuracy of the preload due to torquing, measured on strain gaged bolts when discarding the first three readings. This test was repeated 60 times on the same bolt. Suggested tightening method: Torque at or near full torque (3) times before service.,Finite Element Analysis,By: Lawrence Livermore National Laboratory SPL requires approximately 20% greater assembly torque to achieve same axial preload as 60 threads. FEA shows the first thread supports 12.5% of total load, and no thread less than 8% of total load. Very even load distribution. Shows graphically the loading characteristics of SPL threads compared to 60 threads. Shows reduced areas of stress concentration in bolt due to even thread loading of SPL threads.,Vibration Resistance & Stress Distribution,By: Massachusetts Institute of Technology For: Chrysler Corporation Very detailed with formula calculating thread deflections and loading. Conclusions show greater than 3:1 improvement is resistance to vibration loosening, empirically and proven in testing. More even thread loading over 8 engaged threads,Stress Distribution Sample Data,Thread: 7/16-14 SPL internal Standard 60-degree bolt 5000 pound load 0.2 coefficient of friction,Vibration Testing of SPL Wire Thread Inserts,By: British Aerospace, Naval Weapons Division Test parameters: M6 x 25 mm. PC 8.8 w/Cad plate Unbrako Fastener Vibration machine #SV-102-71 Frequency: 13.6 Hz Displacement: 0.33 mm (0.013”) Test duration: 6500 cycles / 8 minutes Results: Avg. of 20 pcs of each fastener (one SPL, one standard) Preload Relaxation after 6500cycles: SPL 15.9%; STD 79.0% Conclusion: The results prove that, at one set of experimental conditions, Spiralock has far greater resistance to transverse vibration and requires a high final removal torque.,施必牢螺纹/螺母的特点,1与标准外螺纹匹配 外螺纹（如螺栓、螺钉）无需变化，符合国标即可 2可靠的防松性能 在剧烈振动及高温差下不会松动 3. 一致性好 质量（防松性能）的一致性 4可重复使用 锁紧效果不受影响，K系数变化小 5自由旋转型 直到拧紧时才需施力，方便装、卸，可提高安装效率，降低成本 6防松螺纹孔 用施必牢丝锥还可制出具有同样防松性能的施必牢螺纹孔，如桥的半轴 7 自动对中功能 对避免螺纹的偏载及对螺栓六角头部因垂直度不好或与接触面的平行度不 好而造成的连接松动或六角头处容易发生的疲劳断裂有所缓解; 8 延长疲劳寿命 螺栓、螺钉/螺柱的断裂（失效）因素主要有四个，即疲劳、过载、腐蚀及氢脆，其中疲劳断裂（失效）据估计达到了总比例的85%; 由于施必牢啮合牙受力均匀，有自对中功能，除不易滑牙，可提高螺栓/螺钉的疲劳寿命3倍。 9 设计理念的变化 由于啮合牙受力均匀，降低了应力，在需要减薄螺母厚度的地方设计师得以减薄。一般情况下也不需要加厚螺母 10 无需辅助锁紧元件 如弹簧垫圈、止动垫片、或粘结剂等； 11 耐高温差 可承受温度剧烈变化的影响，应用环境范围比较广泛； 12尺寸规格不受限制 目前的规格有 M0.3M90，可根据需要制造； 13更一致的力矩/张力关系 K系数的一致性 14对克服软质材料螺纹孔损坏有明显改善； 15断裂螺钉的退出 当螺钉或螺柱断在施必牢螺纹孔内时，只要轻轻敲打断在螺纹孔内的螺杆， 然后就可轻松的将断在孔内的螺杆旋出。,施必牢柔性连接方案,应用注意事项,1. 注意螺母的安装方向。 施必牢螺纹是单方向的，只在一个方向上旋入才有防松性能，如果装反了，则不具有防松功能。 施必牢螺母在设计、制造时已设计出了方向性，安装时稍加注意即可。 2. 建议按施必牢公司推荐的安装力矩旋紧螺母（最佳力矩是由实验得出） 注意力矩应按螺栓的性能等级选择（并不是力矩越大越好，因螺栓的强度是有限的）。 安装力矩有两个取值：一个是螺栓、螺母的配合状态为润滑状态下的力矩值，一个是非润滑状态下，即干态下的力矩值。视具体情况选取。 3. 施必牢螺纹的匹配范围 施必牢螺纹是与公差等级为6g及6g以上精度的外螺纹匹配的。 4. 对螺栓的要求 41 螺栓的公差等级为6g及以上，如6h； 42 螺栓的大径不应超差。用卡尺即可检测； 43 螺栓不应脱炭。此项采购时，让螺栓厂家提供“脱炭检验”一项即可。,施必牢产品,施必牢螺母(GB)、 施必牢丝锥(ISO)及量规、,结 论,总之，采用施必牢螺母/螺纹可以保证我们在新造及维修后螺纹连接不会松动，可以重复使用，并可提高3倍的螺栓疲劳寿命，从而提高机器零部件间连接的可靠性和安全性，保证和提升企业的品牌。 可以有效的降低成本，为企业创造利润。,施必牢目前在中国汽车行业运用情况,批量应用的客户 一汽解放（J5, J6)，一汽青岛汽车厂 东风商用车，东风车桥 上汽 陕汽 北奔 济南重汽 华凌重卡 宇通客车 桂林大宇 安凯 金龙 江淮 中通 上海科曼 中国公路 柯布科、塔希尔 上柴 一汽锡柴 一汽大柴 朝柴 潍柴 云内动力 常柴,北京横向振动试验结论摘要,1. 标准螺母在大力矩时比小力矩时防松性能要高，可提高50%。参见报告04062-12号和04062-9号； 2. 然而，标准螺母在大力矩时在恶劣振动下没有可靠的防松性能，有40%的比例发生了松动；参见报告04062-9号； 3. 施必牢螺母在小力矩时不具备防松性能。参见报告04062-1号； 4. 施必牢螺母在大力矩时在恶劣振动下具有良好的防松性能。参见报告04062-、号； 5.