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永年三圆科普:垫圈的作用

发表时间:2020-4-3 9:31:55  作者:三圆  来源:三圆  浏览量:5260

垫圈的基本功能都有哪些,在实际安装过程中起到什么作用。本文将从支撑表面摩擦、隔离以及弹垫的弹簧功能三个方面来做简要介绍。

1、对表面的承载作用

垫圈的作用在实际运用中可谓一举多得,可以弥补支承面不足、分散压力、可保护被连接件不受划伤以及稳定摩擦系数等。

提供支承面:

在螺栓或螺母下安装较大的平垫片,以弥补螺栓或螺母支承面不足以覆盖被连接件的缺陷。

减小支承面压力或使其压力均匀 :

当被连接件质地较软,不足以承受支撑面的压力,可使用较厚且较硬的大平垫来降低支撑面压力或均匀支撑面的压力分布。

稳定支承面摩擦系数:

当被连接件表面平整度较差或者其表面较为粗糙,从而导致支撑面的摩擦系数不稳定,为了稳定支撑面的摩擦系数,此时可以安装平整且表面光滑的垫片。

保护支承面

当螺栓或螺母拧紧时,会存在将被连接件表面划伤的风险,此时可将垫片安装在连接系统中,起到保护支撑面的作用。如下图中平垫圈可安装于螺母和被连接件之间,分散螺母对被连接件的压力,用来保护被连接件表面不受螺母划伤或擦伤。

2、隔离功能

垫片的隔离功能主要表现在以下两个方面:减少非旋转松动和减少旋转松动。

减少非旋转松动

这里需要解释一个名词——非旋转松动。即螺栓螺母未发生相对转动的情况下也可能产生松动。此种情况也可能会导致轴向预紧力发生降低。预紧力的产生是螺栓弹性伸长与被连接件弹性压缩的共同作用。当螺栓的弹性伸长减小或被连接件的弹性压缩减小,螺栓的轴向预紧力便会减小。

◆ 那么影响螺栓弹性伸长和被连接件弹性压缩的原因都有哪些呢?
- 被连接件的磨损、塑性塌陷; 被连接件的蠕变压缩等。
- 螺栓拧紧后产生塑性变形、嵌入;螺栓的蠕变伸长;螺栓的热膨胀等。

◆ 垫圈是如何发挥作用的 ?

为了减少非旋转松动,我们可以在连接系统中加入较厚的垫片,意味着变相增加了螺栓长度和被连接件的厚度,使得螺栓和被连接件的弹性变形量增大,抑制了轴向预紧力的下降,从而减少了非旋转松动,这就是垫片的隔离作用。

◆ 举例说明:

当螺栓、螺母与较软或硬度相对较低的被连接件紧固连接时,我们可以在被连接件与螺栓螺母间安装较硬较厚的大垫片以变相提升被连接件的厚度,从而防止螺栓螺母压溃被连接件。这里垫片起到增加被连接件厚度的隔离功能。

减少旋转松动

什么是旋转松动——内外螺纹在松开方向发生相对运转时产生了松动。
根据施加在螺栓轴线上的载荷,我们可将其类型划分为:剪切载荷、扭转载荷、拉伸载荷。其中剪切载荷被认为是很敏感的一类载荷。

◆ 发生旋转松动的机理和条件

在剪切载荷作用下,如果位移发生在螺纹表面时,由于螺纹的螺旋性截面特点,作用在滑动中心线左右两侧的力势必不同。上升侧阻力较高,下降侧阻力较低,由于左右两侧力的差异,产生了使螺栓沿轴向转动的旋转扭矩,此扭矩连续作用在螺纹下降的方向,即螺纹松动的方向。原理可见下图

而促使螺栓发生旋转松动的重要条件之一是在支承面也要存在滑动,即被连接件的滑动量要大于临界滑动量(临界滑动量为不引起支承面滑动的情况下,被连接件间的最大滑动量)。临界滑动量包含两个方面:支承面上的摩擦力使得螺栓弯曲而引起其头部位移;螺栓在内螺纹中的倾斜引起的螺栓头部位移。

◆ 影响连接件临界滑动量的因素

被连接件的厚度、螺纹旋合长度、轴向预紧力、支承面侧向滑动时的摩擦系数等等。

◆ 垫片是如何起作用的

根据上述,如果将厚垫片加入到连接系统中,可增大被连接件的临界滑动量,从而避免或减小旋转松动。这种情况下,垫片起到了增加被连接件厚度的隔离功能,减小支承面发生滑动的风险。

3、弹簧垫片的弹簧功能

弹簧垫圈能提供弹簧功能。
弹簧垫圈起到对非旋转松动的轴向预紧力补偿
当弹簧垫圈受压时,其高度降低,反作用力增强。当弹簧垫圈被大于完全压缩载荷压缩时,垫圈不具备弹簧功能,只能充当一块金属薄板(在完全压缩载荷状态下,弹垫不会进一步变形)。所以,只有当垫片被小于完全压缩载荷压缩时,才会具有弹力。

为避免或减少非旋转松动现象(如易发生螺栓的嵌入、被连接件发生塑性塌陷),可利用弹簧垫圈的剩余弹力对螺栓轴向预紧力发挥补偿作用,以减小螺栓预紧力的损失。以下图示中弹簧垫圈对螺栓起到补偿预紧力的作用。

弹簧垫圈可提供旋转松动阻力

在低轴向预紧力范围内,弹簧垫圈可发挥其弹簧功能,对螺栓或螺母连接副可提供转动阻力。这是因为轴向预紧力低于弹簧垫圈的完全压缩载荷,弹簧垫圈可以发挥其弹簧作用,以提供阻止旋转的阻力。在正常或较高的轴向预紧力下,弹簧垫片被完全压平,丧失弹力,不能提供阻止连接副旋转的阻力。为了提高弹簧垫圈的有效性,弹簧垫圈的完全压缩载荷须提高,并接近正常的螺栓轴向预紧力范围。可见垫圈的作用不可忽视!

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