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螺纹的起源与施必牢防松螺纹
如今,许多东西都要用螺丝钉固定在一起。环视一下我们的生活,大到飞机、火车、汽车、轮船,小到家具、食品加工器,都是用螺丝钉连接在一起的。
古代,螺纹为人类最早发明的机械之一。人们用它提升重物、压榨农作物、固定战袍的盔甲和测量距离。 18世纪末,英国机器制造业兴起,英国人发明了丝杠车床、丝锥、板牙和泰勒螺纹量规,为大批量制造螺纹奠定了技术基础。19世纪中期,英国和美国发布了寸制螺纹国家标准(英国的惠氏螺纹W;美国的国家螺纹N和布氏管螺纹)。19世纪末,以法国为首的欧洲五国联合提出了米制螺纹标准(普通螺纹M)。从此,螺纹标准进入了英制、美制和米制螺纹三家抗衡时代。但就螺纹标准的技术体系而言,它们基本上都采用了英国惠氏螺纹的技术体系,英国惠氏螺纹是世界各种螺纹的祖先。
第二次世界大战中,由于盟军所使用的螺纹标准不统一,后勤补给困难给盟军造成了严重的经济损失和人员伤亡。二战结束,1947年国际标准化组织(ISO)成立。它成立的第一个标准化技术委员会(ISO/TC 1)就是螺纹委员会。另外,以美国为首的二战同盟国将螺纹标准的统一看作直接影响世界大战进程的重要因素,各国国防部直接参与同盟国螺纹标准的统一工作。螺纹标准化进入国际化时代。
按标准来源,螺纹主要分为英制、美制和米制三种;按螺纹用途,可以分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹和专用螺纹。
与其他大部分联结方式相比,螺纹 紧固件 的重要优势在于能拆卸并重复使用。然而,这也是问题的根源所在,因为螺纹 紧固件 在剧烈振动的情况下还是容易发生自松动现象。据统计,当前机械设备的事故有80%以上是由于 紧固件 的松动而造成的。尽管在最近的150年间,针对螺纹松动的问题推出了大量的解决方案,但是螺纹自松动一直是一个没有很好解决的问题。直接由螺纹松动导致的事故在数个工业领域中都时有发生,其中不乏一些灾难性的事故。
迄今为止,在螺纹松动这一课题上,最有影响力的研究是由Gerhard Junker在1969年发表的,他在报道中提出了一种理论来解释螺纹 紧固件 在振动载荷下为何松动的原因。Junker发现横向振动远远超过轴震动是螺纹自松动的主要诱因。
目前的各种螺纹 紧固件 防松技术根据不同的防松机理大致可分为以下几种:
一、摩擦防松 是利用增加螺纹副间的摩擦力实现防松,这类防松措施是拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力,即始终有摩擦阻力防止连接松脱。弹簧垫圈、双螺母、三点压扁螺母、尼龙螺母均属此类。存在的缺点:安装效率低,增加了劳动力成本,在剧烈震动下防松效果不可靠。另外,三点压扁螺母和尼龙螺母不能重复使用,容易造成资源的浪费。
二、机械防松 是利用各种止动零件,以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。槽型螺母、开口销、止动垫圈、串联钢丝即属此类。此种方式使螺栓螺母不能相对转动达到防松,防松效果好,有一定的抗震能力。存在的缺点:安装效率低,操作烦琐,增加了劳动力成本,应用范围有局限性,不能重复使用,多用于较重要的或受力比较大的场合。
三、化学防松 是将粘合剂涂于螺纹旋合表面,拧紧螺母后,粘合剂自行固化,防松效果良好。缺点是:安装效率低,不可重复使用,综合成本高。不耐高温。
四、永久防松 是靠破坏以及改变螺旋副关系来实现防止螺纹副产生相对转动。冲点法、焊接法即属此类。此类防松方法相对可靠 适用不能拆卸的连接。缺点:不可以重复使用,安装效率低。
五、变牙型防松 20世纪70年代,一种变牙型防松螺纹技术— 施必牢 螺纹诞生了。它通过改变阴螺纹牙型的几何形状 ,从而改变了整个螺纹副的受力状态,进一步消除了螺纹间的横向间隙,可以很好的抵抗工作状态中的横向振动。而且 施必牢 螺纹副呈螺旋线形接触,属全螺纹配合,提高了螺纹副的保证载荷。对于复杂的剧烈的工况条件下能够承受比普通螺纹高达三倍的冲击载荷,大大提高了被连接件的可靠性。
施必牢 防松螺纹的出现是传统螺纹技术的一次重大的变革。自专利发明以来,在国外的航空航天、军工率先采用,并被纳入美国军工产品技术规范标准,标准号为:MIL-N-85353
2001年进入中国后被广泛用于航空、汽车、工程机械、铁路、城轨、桥梁、港口机械、医疗器械等许多行业和领域,特别是被指定用于青藏铁路、磁浮工程、东海大桥、杭州湾跨海大桥、青岛四方庞巴迪高级客车等许多国家大型工程,受到了各行业的一致认可。
随着工业现代化的不断发展,各行业对产品连接可靠性的要求也不断提高,在工程技术人员的潜心研究下,螺纹技术也不断推陈出新。今后无疑会有更加先进的螺纹技术被发明、推广、应用,但我们可以肯定的是 施必牢 螺纹技术是当前最为简单、快捷、可靠的防松螺纹技术。
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