在麻省理工學(xué)院和戈達(dá)德飛行中心對(duì)防松（施必牢）螺紋的測(cè)試中得出：施必牢螺紋在抗振、抗軸扭轉(zhuǎn)載荷以及連接疲勞和熱極限值等方面優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)緊固件。因此對(duì)于在抗振、抗軸扭轉(zhuǎn)載荷以及連接疲勞和熱極限值方面工作的工程師來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)60度螺紋緊固方案有了很大的局限性。 這篇文章首先發(fā)表在2005.11.15上午8點(diǎn)的《工程師對(duì)話》 一、在汽車(chē)和醫(yī)療設(shè)備需要更先進(jìn)的防松緊固件 緊固件經(jīng)受汽車(chē)抗疲勞測(cè)試 汽車(chē)工程師在根據(jù)可靠性、授權(quán)、裝配和成本節(jié)約等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮的是保證零部件免受極端扭矩、晃動(dòng)、振動(dòng)和溫度的帶來(lái)的損害。 自鎖緊固件解決醫(yī)療需求 醫(yī)療設(shè)備制造商也必須考慮他們的產(chǎn)品在晃動(dòng)、振動(dòng)等造成的螺紋松動(dòng)，來(lái)增強(qiáng)可靠性并防止糾紛等的問(wèn)題。 二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋松動(dòng)的原因： 標(biāo)準(zhǔn)的陰陽(yáng)螺紋（60度）齒頂之間的縫隙是導(dǎo)致螺紋松動(dòng)的根本原因。并且螺紋之間的嚙合都是最初幾扣螺紋嚙合，存在表面接觸壓應(yīng)力集中和疲勞的問(wèn)題，尤其是在軟金屬材料上，由于標(biāo)準(zhǔn)螺紋受軸向載荷比較大，產(chǎn)生剪切破壞的可能性也比較大。同樣的溫度極限值也潛在地威脅著連接的可靠性。 三、傳統(tǒng)涂膠防松存在很大的的局限性 涂膠防松會(huì)隨著溫度的上升逐漸地失去作用，尤其是在大量使用時(shí)，他們的使用需要大量的資金去購(gòu)買(mǎi)和編制機(jī)器人起子的程序。而且，當(dāng)需要重復(fù)使用的時(shí)候，在重復(fù)使用之前，螺紋組件清洗也耗費(fèi)了大量的時(shí)間和勞動(dòng)力。 四、施必牢螺紋解決了以上問(wèn)題： 要解決這些設(shè)計(jì)問(wèn)題，施必牢防松緊固件在麻省理工學(xué)院、戈達(dá)德空間飛行中心、勞倫斯Livemore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和英國(guó)宇宙空間，以及馬克卡車(chē)和德納等公司等檢驗(yàn)測(cè)試研究中確認(rèn)了其防松效果。 施必牢螺紋形式及放松原理：施必牢重新設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)60度螺紋形式，在螺紋的根部增加一個(gè)30度的楔形斜面，楔形斜面可以讓螺栓相對(duì)內(nèi)螺紋自由地旋進(jìn)。在于標(biāo)準(zhǔn)螺栓配合時(shí)，螺栓的牙尖正好頂在30度的楔形斜面上。標(biāo)準(zhǔn)外螺紋的齒頂，緊緊地帖緊楔形斜面，沿著整個(gè)螺紋長(zhǎng)度嚙合，消除徑向間隙，產(chǎn)生了一條連續(xù)螺旋接觸線；這個(gè)連續(xù)接觸線傳遞夾緊力更均勻，由于是所有螺紋的嚙合，提高了抗振動(dòng)松動(dòng)，軸扭載荷，連接老化和溫度的極限值的性能。 ⑴、戈納德空間飛行中心測(cè)試：施必牢螺母在戈納德空間飛行中心分別進(jìn)行了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)試，在tinius奧爾森張力機(jī)上擰緊螺母，為螺栓加某一特定負(fù)載，在高振幅和正弦隨機(jī)情況下，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，檢驗(yàn)受拉螺栓的張力和校準(zhǔn)螺栓的張力載荷。 而靜態(tài)性能測(cè)試是來(lái)檢測(cè)螺母潤(rùn)滑和不潤(rùn)滑狀態(tài)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性能。 經(jīng)初步振動(dòng)測(cè)試，清楚地表明，施必牢螺母無(wú)一松動(dòng)，符合航天飛機(jī)國(guó)家報(bào)告書(shū)中的要求。然后按航天飛機(jī)的要求，把振幅和時(shí)間增加到10倍強(qiáng)度10倍長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步正弦和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，施必牢螺母仍然沒(méi)有松動(dòng)。 ⑵、在英國(guó)航空航天公司的測(cè)試：在英國(guó)航空航天公司做的施必牢螺紋插件的振動(dòng)測(cè)試證實(shí)了其抗振防松性能。 測(cè)試在unbrako緊固件振動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，用M6 x 25毫米八級(jí)螺栓分別與與20個(gè)施必牢線材插件樣品和標(biāo)準(zhǔn)（ 60公制螺紋）插件，即helicoil screwlock線材螺紋插件進(jìn)行測(cè)試。 試驗(yàn)參數(shù)為頻率13.6赫茲，夾緊力816Kg。施必牢鋼插件在相同的試驗(yàn)參數(shù)下取得了一致的振動(dòng)性能，他的平均預(yù)緊損失小于15 ％ ，而標(biāo)準(zhǔn)鋼插件產(chǎn)生不規(guī)則的結(jié)果，喪失了從22 ％至95 ％預(yù)緊力不等。報(bào)告中說(shuō)：“以上試驗(yàn)結(jié)果證明，在一個(gè)設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下， 施必牢具有更大的防松能力”。試驗(yàn)振動(dòng)中，施必牢插件的防松能力能力是勿庸置疑的。 在超過(guò)首個(gè)1000周期時(shí)，所有的20個(gè) 施必牢螺旋線測(cè)試結(jié)果始終在范圍15 ％軸力損失之內(nèi)，接下的5000個(gè)周期時(shí)只有1 ％的軸力損失。相比之下，helicoil標(biāo)準(zhǔn)螺紋插件，在1000個(gè)周期，軸力損失大概22 ％，震動(dòng)到6000個(gè)周期時(shí)，損失為39 ％，然后預(yù)緊力損失非常迅速，有九成的損失在接著以后的500周期之內(nèi)，因此，helicoil螺紋插件有95 ％的損失在6000周期之內(nèi)。 ⑶、美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室做的有限元分析報(bào)告：分析了航天器節(jié)點(diǎn)支桿施必牢螺紋連接（10-32UNF）。 在分析軸向螺紋載荷分布，這樣對(duì)比了每一扣施必牢螺紋的每一扣牙的載荷分布。報(bào)告中說(shuō)：施必牢螺紋的優(yōu)良機(jī)構(gòu)以及更大的接觸面，因?yàn)樗軌蜻m應(yīng)在接觸點(diǎn)處的螺紋微變形和塑性移動(dòng)。 在大約預(yù)緊力為786Kg時(shí)，施必牢螺母的第一扣螺紋支承12.5 ％的總負(fù)荷，并且沒(méi)有一扣螺紋承受的載荷低于8 ％的總負(fù)荷。報(bào)告接著比較了施必牢螺母和標(biāo)準(zhǔn)螺母的載荷情況。報(bào)告中說(shuō)，首先，UNF螺母的前兩扣牙，每一個(gè)承受21％的總載荷，最后三扣螺紋每一扣支撐4 ％或更低的總負(fù)荷。 很顯然，在786kg的載荷情況下，標(biāo)準(zhǔn)螺紋的前幾扣承受巨大的張力。施必牢螺紋在每扣的接觸點(diǎn)處都具有較高的局部應(yīng)力。因此，施必牢螺紋比標(biāo)準(zhǔn)螺紋沿螺紋方向上更均勻地分配載荷。 究其原因，是因?yàn)樵谑┍乩温菁y上，螺紋受載集中在接觸地尖點(diǎn)上，此處容易受壓屈服。這些局部高壓應(yīng)力不引起強(qiáng)度問(wèn)題，但此處的屈服卻是施必牢螺紋的每一扣牙都均勻的承受載荷。 ⑷、關(guān)于一份麻省的技術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)克萊斯勒汽車(chē)用的螺紋緊固件的震動(dòng)阻尼和張力分配報(bào)告： 它對(duì)比了施必牢螺紋（對(duì)螺母）和標(biāo)準(zhǔn)60度螺紋形式，螺紋的載荷和應(yīng)力分配，和抵抗螺母螺栓相互旋轉(zhuǎn)的能力。兩者都配用標(biāo)準(zhǔn)60度螺紋的螺栓；根據(jù)本報(bào)告，計(jì)算顯示所有的螺栓張力在每扣牙上的分配施必牢螺紋比標(biāo)準(zhǔn)60度螺紋形式的好很多。施必牢螺母很標(biāo)準(zhǔn)螺母對(duì)比，如果張力相同，施必牢螺母抵抗螺母螺栓相對(duì)旋轉(zhuǎn)的效果顯著的高很多。 在此例中，施必牢螺紋的第一扣牙承擔(dān)18％的張力，明顯的低于標(biāo)準(zhǔn)60度螺紋34.1％的張力。 關(guān)于張力載荷方面，報(bào)告說(shuō)：通過(guò)計(jì)算也可以得出施必牢螺紋張力載荷低于標(biāo)準(zhǔn)螺紋張力載荷。也就是說(shuō)盡管載荷都是作用在螺栓的根部而不是平均分布于螺栓上。這種降低可以歸屬為更一致的載荷分配。也有些制造商在權(quán)衡這個(gè)問(wèn)題。 ⑸、在提高可靠性和裝配效率的設(shè)計(jì)測(cè)試中，德納比較了施必牢防松螺母的自鎖夾緊能力。 設(shè)計(jì)工程師達(dá)娜說(shuō)：“在車(chē)輛最大負(fù)載進(jìn)行了3000個(gè)以上的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，對(duì)其進(jìn)行沖擊耐久性試驗(yàn)來(lái)研究扭轉(zhuǎn)疲勞。 它相當(dāng)于把汽車(chē)放在空擋和不加油門(mén)的情況下，首先正向，然后逆向，幾千次”。一項(xiàng)功率機(jī)測(cè)試也仿真極限使用在各種轉(zhuǎn)矩和速度的汽車(chē)壽命。metelues說(shuō)，在這兩項(xiàng)測(cè)試表明，施必牢自鎖緊固件比傳統(tǒng)的黏合劑防松好 15％至20 ％的夾緊力。螺栓用施必牢緊固件不會(huì)松，而且比傳統(tǒng)的螺紋設(shè)計(jì)荷載分布較為均勻，其中最小螺紋屈服和變形，而楔形斜面有助于防止轉(zhuǎn)矩和軸向負(fù)荷，由而造成螺栓松出。不像膠粘劑，其鎖緊成效在較高溫度下顯著降低，設(shè)計(jì)的展品顯著的抗高溫能力。 施必牢的防松性能不完全受溫度的變化影響，因?yàn)樗麄兛梢杂刹牧系男阅鼙ＷC。 ⑹、馬克卡車(chē)的設(shè)計(jì)工程師托德維爾納發(fā)現(xiàn)了其在高溫度柴油機(jī)的應(yīng)用。 在柴油機(jī)的耐久性期間，緊固件暴露在溫度高達(dá)700度的高溫環(huán)境 ，這比正常運(yùn)行溫度要高很多。托德維爾納說(shuō)，在3000個(gè)小時(shí)的時(shí)間里，發(fā)動(dòng)機(jī)然后每隔12分鐘迅速冷卻。在經(jīng)每個(gè)250小時(shí)查驗(yàn)后， 施必牢緊固件在15000周期內(nèi)沒(méi)有損失扭矩，保持連接件完整，采用以后無(wú)一失效。 他們不僅自鎖，而且也可以重復(fù)使用，應(yīng)用時(shí)對(duì)螺栓和螺柱沒(méi)有任何損傷。施必牢緊固件現(xiàn)已用于在整個(gè)專(zhuān)業(yè)卡車(chē)生產(chǎn)線每一個(gè)麥克渦輪增壓器安裝和高速卡車(chē)路線排氣循環(huán)系統(tǒng)。 在把標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)緊固件更換成標(biāo)準(zhǔn)緊固件時(shí)，需要在標(biāo)準(zhǔn)螺紋底孔上進(jìn)行從新鉆孔和攻絲。 孫強(qiáng)譯 2007.12.20（完）

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