可靠性连接与施必牢

1、可靠性连接与施必牢 Reliable Joint 可靠性连接可靠性连接 It takes TWO: L+S 取决于取决于2 2方面：方面： L+S Level + Stability = Reliabilit (of Clamp Load) (of boltd. assembly)（夹紧力夹紧力) )水平水平+ +稳定性稳定性= = （螺栓连接的）（螺栓连接的）可靠性可靠性Both are affected by hundreds of variables 影响因素有几百个紧固件设计原则紧固件设计原则(受拉螺栓）受拉螺栓）受轴向变载螺栓中拉力的变化F0FFF时间时间力力C1C1+C2F变形螺栓

2、拉力变化工作载荷变化力紧固件的装配紧固件的装配-力矩法力矩法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）。一定的力矩，对应一定的张力（夹紧力）。力矩系数K不是个常数. 在同一批次中，它有一定的变化范围。力矩系数K均值不同校花之死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，在距她身后的一辆快速行驶的汽车

3、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。容克横向振动试验容克横向振动试验 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

4、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。 title05001000150020002500300035000102030405060708090100110Time (seconds)Tension (lbs.)DTF Nut 施必牢螺母施必牢螺母所有有效力矩型金属螺母母所有有效力矩型金

5、属螺母母 有些所谓的锁紧元件显示对阻止松动完全无效。比如在螺栓头下面放一个弹簧垫圈的结果是比单独用螺母松动更快预置扭矩螺母实际上只能当做防脱元件而不是锁紧螺母传统螺纹结构存在的问题传统螺纹结构存在的问题每牙受力极不均匀横向间隙的存在 施必牢螺纹施必牢螺纹（DTF-Lock Thread） 上世纪70年代，发明了施必牢螺纹, 英语Spiralock/DTFLock 旋合区各螺纹的受力极为均匀 克服了横向间隙Female Thread Form with 30o Wedge Ramp, fits Standard Male Thread光弹试验研究光弹试验研究DTF-Lock ThreadStan

6、dard Thread Dynamic & Static Testing Goddard Space Flight CenterFinite Element Analysis Lawrence Livermore National LaboratoryVibration Resistance & Stress Distribution Massachusetts Institute of Technology for Chrysler CorporationVibration Testing of Spiralock Wire Thread Inserts British Ae

7、rospace, Naval Warfare DivisionBy: Goddard Space Flight CenterDynamic Test (Sine: 24.7 Hz - 2G and Random 20-400 Hz - 2G RMS)n -28 x 2, 180 KSI alloy steel bolt, with alloy steel and A286 hex nutsn Withstood 10X sine and random vibration Space Shuttle requirements without loosening.Static Test (Tini

8、us Olsen tensile test)n More consistent pattern of friction (K) factorsn Non-Lubricated: 0.12 min., 0.36 max. Lubricated: 0.08 min., 0.13 max.n Friction characteristics of SPL nuts with lubrication considerably increases the accuracy of the preload due to torquing, measured on strain gaged bolts whe

9、n discarding the first three readings.n This test was repeated 60 times on the same bolt.n Suggested tightening method: Torque at or near full torque (3) times before service.By: Lawrence Livermore National Laboratory SPL requires approximately 20% greater assembly torque to achieve same axial prelo

10、ad 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 threa

11、d loading of SPL threads.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

12、loading over 8 engaged threadsLoad DistributionFraction of Total LoadThreadSPLStandard11834.1215.622.6313.715412.210511.16.8610.24.879.73.689.43.1Max. Stress, PSITensile4260054300Compressive8990084200Shear1360025900Moment for relativerotation, ft-lbs31.88.9Thread: 7/16-14 SPL internal Standard 60-de

13、gree bolt5000 pound load0.2 coefficient of frictionBy: British Aerospace, Naval Weapons DivisionTest 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 minutesResults: Avg. of 20 pc

14、s 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.施必牢螺纹施必牢螺纹/螺母的特点螺母的特点 1与标

15、准外螺纹匹配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. 一致性好一致性好 质量（防松性能）的一致性4可重复使用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 延长疲劳寿命延长疲劳寿命 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，其中疲劳断裂据估计达到了总比例的疲劳断裂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

16、能，除不易滑牙，可提高螺栓可提高螺栓/螺钉的疲劳寿命螺钉的疲劳寿命3倍倍。8 无需辅助锁紧元件无需辅助锁紧元件如弹簧垫圈、止动垫片、或粘结剂等；9 耐高温差耐高温差 可承受温度剧烈变化的影响，应用环境范围比较广泛；10尺寸规格不受限制尺寸规格不受限制 目前的规格有 M0.3M90，可根据需要制造；11对克服软质材料螺纹孔损坏有明显改善对克服软质材料螺纹孔损坏有明显改善；12断裂螺钉的退出断裂螺钉的退出 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施必牢柔性连接方案应用注意事项应用注意事项 1. 注意螺母的安装方向安装

17、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及及6g以上精度以上精度的外螺纹匹配的。4.4. 对螺栓的要求41 螺栓的公差等级为6g及以上，如6h；42

18、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。 SPL10SPL10SPL10施必牢标准螺母示意图SPL10施必牢凸缘螺母 图号 SPL-CO-2000 施必牢法兰面螺母 图号 SPL 6177.1-2000施必牢1型六角螺母 图号 SPL 6170-2000 图号 SPL 6175-2000 施必牢2型六角螺母 上海底特精密紧固件有限公司适用于： 1.M5-M20。 2.性能等级：8、10、12。适用于： 1.M10-M30。 2.性能等级：8、10、12。适用于： 1.M16-M42。 2.性能等级：4、6、8。适用于： 1.M1

19、6-M42。 2.性能等级：8、10、12。适用于： 1.M6-M24。 2.性能等级：6、8。施必牢盖形螺母 10H适用于： 1.M12-M30。 2.性能等级：8H、10H。施必牢大六角螺母 图号 SPL 1229-91 SPL图号 SPL 923-88 8SPL安装接触面安装接触面安装接触面安装接触面安装接触面安装接触面施必牢产品施必牢产品 施必牢螺母(GB)、 施必牢丝锥(ISO)及量规、结结 论论 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易失效，不易失效，可以重复使用重复使用，可提高螺栓的疲劳寿命疲劳寿命，从而提高产品的可靠性和安全性。 可以有效的降低成本降低成本，为企业创造利润创造利润。 施必牢目