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永年三圆科普:垫圈的实际应用

发表时间:2020-4-3 9:31:55  作者:三圆  来源:三圆  浏览量:1260

垫圈的安装可以说是把双刃剑,合理的设计安装能起到防松、隔离、分散压力的预期作用。但并不是所有场合都适合使用垫片,在紧固连接系统中错误的安装垫片犹如画蛇添足,严重的后果是降低螺栓预紧力,以致螺纹连接副发生松脱。

1、垫圈的使用场合与替代方案

哪些场合下应该使用垫片?如果不选用,可有其他替代方案呢?一般情况下,垫片的使用主要为发挥其以下作用,下述中分别介绍了各自适用的场景以及可替代方案。

以需要提供支承面为目的场合

◆ 当螺栓的被连接件上开孔较大时,且螺栓本身的头部支承面不足以覆盖被连接件,此时可在连接系统中安装足够大的垫片以增大其接触表面积。
如果不考虑安装垫片,可根据实际情况使用法兰螺栓或减小被连接件安装孔。
◆ 如果被连接件表面不允许有划痕或者摩擦,可以将垫圈安装到连接系统中,以起到隔离保护作用。
◆ 当被连接件易压溃或其材质较软,增加厚而硬的垫片可以减小被连接件的表面压力。
如果不考虑安装垫片,可根据实际情况改善被连接件的材质,如替换为具有抗塑性压溃材料的被连接件。

以稳定支承面摩擦系数为目的场合

◆ 当被连接件支承表面较为粗糙或者平整度较差,这些会造成支承面摩擦系数不稳定,此时可以加装垫片(如光滑的平坦垫片)在连接系统中,以稳定需要的摩擦系数。对于此种的垫片替代方案为也可改善被连接件表面粗糙度、平整度来实现稳定支承面摩擦系数。

以减少非旋转松动和旋转松动为目的的场合

◆ 当有发生非旋转松动的风险可能时,增加厚垫片到连接系统中,等于间接增加了被连接件的厚度,使得螺栓弹性变形量增大,抑制了螺栓预紧力的下降。此种方法在被连接件较薄的情况下效果更为明显。作为垫片的替代方案,也可以使用抗嵌入或蠕变的材料亦或者使用厚的被连接件。 ◆ 当有发生旋转松动的风险时,尤其连接副受到剪切载荷的作用下,增加厚垫片到连接系统中等于提高了被连接件的临界滑动量,以减小旋转松动。

以发挥弹簧垫圈的弹簧功能为目的的场合

◆ 在低轴向预紧力下,可在连接系统中使用弹簧垫圈,发挥其对轴向预紧力的补偿作用。本文仅为探讨或是建议,具体请参照实际工况。

2、垫圈的非必要应用

不是所有场合都需要安装垫圈,错误的安装设计会使紧固连接系统的安全性降低。哪些场合不适宜安装垫片,以下举例说明:

弹簧垫圈在正常螺栓预紧力或较高预紧力下,不宜装配
弹簧垫圈本身的反作用力可以对螺栓预紧力起到补偿作用,这适用于螺栓的预紧力低于弹簧垫圈的完全压缩载荷。但在正常螺栓预紧力下,其预紧力要高于弹簧垫圈的压缩载荷,那么弹垫只是被压平的一片金属,无法发挥弹簧作用。此时安装弹簧垫圈不仅不能对连接副起到预紧力的补偿作用,更无法带来锁紧效果,相反还会降低螺栓的预紧力,增加螺纹发生松脱的风险。

双叠锁紧垫圈下不宜装配其他垫圈

双叠锁紧垫圈属于防松垫圈的一种,在实际工况允许下,正确使用,能达到出色的锁紧效果。其在安装使用时齿面相对,成对安装。该垫圈在使用中必须保证放射状锯齿与螺栓连接副和基体直接接触,不可与其他垫圈配合使用。这要从其原理说起:双叠自锁垫圈的大锯齿坡度大于螺栓螺纹的角度,如果螺栓连接副发生松动,就需要首先克服α角的坡度,如下图。

与此同时,在该垫圈的另一面有放射状锯齿,螺栓或螺母的任何松动趋势都被大锯齿的这种楔入效果所阻止。一旦在双叠锁紧垫圈下放置其他垫圈,那么双叠垫圈背面的锯齿无法与螺栓连接副的基体接触,导致其锁紧功能失效。可见,垫片的使用除了要能发挥其应有的作用外,还要益于螺纹的紧固与连接。

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