机械设计实践 使用弹簧垫圈 探讨

机械设计实践使用弹簧垫圈探讨

记得刚参加工作不久

垫圈还是选一个平垫圈加一个弹簧垫圈?那个更有效?

我们知道弹簧垫圈(G8/T93-1987)是一种用来锁紧螺母或螺钉的标准紧固件。它是一种传统的防松紧固件

作为产品防松手段的基本选择至今没有改变。

在《机械设计手册》(化学工业出版社)对弹簧垫圈工作原理及使用是这样

介绍的:依靠弹簧垫圈在压平后产生的弹力及其切口尖角嵌入被联接件及紧固件支承面起防松作用。结构简单、成本低、使用简便。GB/T93、GB/T859和

GB/T7244等传统使用的弹簧垫圈

重要的联接(而《机械工程师电子手册》对弹簧垫圈介绍是:由于弹力不均

面不允许划伤和经常拆卸的场合不宜选用。)

《机械设计手册》是这样介绍平垫圈(G8/T97.1-1985)的:一般用于金属零

件

前面所提的两位老工程师谁也没说服对方

作中依然经常能听到。在一些机械设备的论坛中也常看到讨论。

单弹垫使用论者:弹垫的开口容易嵌入螺母及工件

如果下面增加平垫会大大消减其防松效果。因为加了平垫之后

尖角不是嵌入被联接件而是卡在平垫上了

更容易松扣了

平垫和弹垫使用论者:一起使用能做到不损伤工件表面

垫能使产品的受力面积增加

与弹簧垫一起使用的。"实践是检验真理的唯一标准"。

也有考虑更细的人:机械要紧固的话

较好的黑色金属零件直接用弹簧垫更能防松防逆转(前题是对工件表面损伤无要求);如果螺栓孔比较大可以配合平垫使用。如果被联接件硬度较软(如有色金属零件)(只能用于振动不大的场合);当

靠预紧力保证连接时

另外

用平垫。因为发现国外对弹簧垫圈很少使用;一些国外的图纸里面就不用垫圈;

有些进口的国外设备不使用弹簧垫圈。

到底弹簧垫圈和平垫圈的防松效果如何?大家可以参考下面的记载

验证弹簧垫圈和平垫圈的防松效果

(由于振动试验与测试不是按标准进行的)

试验结果:

以同时加弹簧垫圈和平垫圈的为最差。带法兰盘螺帽明显优于没有垫圈的

但因没有锁紧结构

同时加弹簧垫圈和平垫圈不如只加弹簧垫圈

加弹簧垫圈不如加平垫圈

加平垫圈不如不加垫圈。

加弹簧垫圈振动次数随着预紧力的增加而急速下降。

以不加垫圈为对比基准

动。

试验分析:

接触面大而预紧力保持相同

定律可知.摩擦力增大.防松效果就好。

以不加垫圈为对比基准

面。钢与钢摩擦系数μ取0.1-0.3l. 数量越多

弹簧垫圈防松机理理想的认为是靠垫圈压平后产生的弹力(增加摩擦力)。

;弹簧垫圈支承面面积小;当弹簧垫圈压不平或一旦受冲击振动张开时.接触面发生变化(开口两端接触)

;

.

(压坏)

上面的试验起码说明了使用弹簧垫圈的防松效果有问题。国外在螺母防松上已很少使用加垫圈的方式了(国与国并不一样)

大家可以查一查。

下面是我了解的一些关于使用垫圈的建议和规定:

HG/T20646.5-1999《化工装置管道材料设计技术规定》中规定:垫圈在一般

(柱)和螺母用于紧固非金属或有色金属连接件时才使用。

(预紧力时会破坏弹垫)。

(GB/T93)在汽车行业上使用得越来越少了。而齿形

垫圈就可以证明。

德国在1987年版的弹簧垫圈DIN127"适用范围"

用于5.8级或5.8级以下螺栓的连接。

1987DODw-70336《弹簧垫圈》。该标准没有使用范围的限制。日本的标准与之相近。

实际起不到什么作用。

紧固件。下面列出弹簧垫圈存在的缺点:

1.20

尼龙圈自锁螺母低60倍以上。

2.电镀锌的钢弹簧垫圈会产生氢脆断裂.形成多余物.

面镀锌和镀镉,弹簧垫圈上,。

3.垫圈开口处的尖棱易损伤被连接表面。

4.弹簧垫圈有时会出现"涨圈"现象。(

现开口值m

有人称为"涨圈"。)

;

5.使紧固系统受力偏斜.破坏了螺栓作用力的中心性.使螺纹承受附加的弯

曲应力;

6.增加被连接件的柔性.即降低连接件的刚度

降。

基于以上原因.早已采用各种新型防松紧固件来

替代传统的弹簧垫圈防松。

我们知道

星等

全性的要求非常严格要进行探索性的试。

下面是航空工业的工程师为了选择弹簧垫圈最佳者替代品

能进行了对比试验结果(试验方法按美航天标准NAS3350)。

试验所选用的紧固件有:有(无)预紧力的槽螺母和开口销、尼龙圈自锁螺母、

全金属自锁螺母和内(外)齿弹性垫圈等9种。

试验结果表明:

有预紧力的槽螺母加开口销和尼龙圈自锁螺母的抗振寿命最长12

多万次后20倍以上

簧垫圈高60倍以上。

无预紧力的槽螺母、全金属自锁螺母的抗振寿命也比较长。内齿和外齿弹

性垫圈、弹簧垫圈、无锁紧装置的普通螺母抗振寿命最短

1125~6000次。

无预紧力的槽螺母的抗振寿命远比有预紧力的槽螺母低

在螺母槽内受到反复冲击而出现早期疲劳断裂。

齿形弹簧和弹簧垫圈除了抗振寿命短、防松可靠性差之外

低.又使抗振寿命大为缩短。齿形弹性垫圈是因为其结构形式而无法承受高压力。这些垫圈在重要连接中不宜采用。

齿形弹簧和弹簧垫圈除了抗振寿命短、防松可靠性差之外

低.又使抗振寿命大为缩短。齿形弹性垫圈是因为其结构形式而无法承受高压力。这些垫圈在重要连接中不宜采用。

既然弹簧垫圈在重要连接中不宜采用

除了国家标准有规定的场合

1.选用尼龙圈自锁螺母替代部分弹簧垫圈防松

这是一种有效力矩型的嵌件型自锁螺母

龙圈与螺栓啮合时所产生的强大摩擦阻力。尼龙圈的材料采用工程尼龙66

种材料除了具有强度高、弹性好(包括良好复原性和反复使用性)等优点外

对外来的冲击、振动还有良好的吸收和阻尼作用。所以这种螺母具有很高的防松可靠性。这种螺母的优点较全面(-