摘要 通过对电力输配电铁塔螺纹紧固件松动问题的分析,找出其产生的原因,并提出了防止螺纹紧固件松动的措施。
关键词 螺纹紧固件;装配;处理
中图分类号TM7文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)31-0173-02
0 引言
螺纹连接能够获得很大的连接力,具有互换性,又具有便于拆装、成本低的特点,因此在电力输配电铁塔上得到了广泛的应用。但是随着电力输配电铁塔正朝着高速、大功率的方向发展,对电力输配电铁塔紧固件的松动和防松问题提出了更高的要求。
1)螺纹紧固件的性能能被预知,并且离散度小;2)拧紧力矩与螺栓伸长的关系是准确的、稳定的;3)螺母的要求是不会发生松动和咬死的现象。
1 电力输配电铁塔紧固件的松动原因
1.1 初始松动
在拧紧紧固件之后,紧固件在工作的过程中,各个接触面会随着工作过程中的振动进一步减少不平度和微观粗糙程度。紧固件与连接件的接触面被压陷导致紧固件的连接状态发生改变,导致预紧力丧失,出现紧固件松动的现象。这种出事拧紧状态所引起的松动称为初始松动[2]。
1.2 压陷松动
如果电力输配电铁塔紧固件的连接面上施加的压力过大时将会倒是连接面的表面会产生塑性的环状压陷。如果这种压陷不断地加强的话将会导致紧固件预紧力的丧失,出现紧固件松动的现象。紧固件的压陷是必然现象。避免这种压陷产生的松动的主要方法有两种:一种是增加紧固件上安装一个法兰;另一种方法是在连接面之间安装一个具有较高硬度的淬硬垫圈。
1.3 紧固件自松
经验表明,螺纹连接松动最常见的失效原因是自松,引起松动的最频繁的原因是自松。自松的机理[3]:
在紧固件的连接中,紧固件与连接件的接触面之间存在摩擦力。因此紧固件的松动需要克服二者接触面上的摩擦力,所需要的力矩为M1:
(1)
作用于螺栓或螺钉上的预紧力,也称轴力或夹紧力;d2为螺纹中径;为三角形螺纹摩擦角,;为螺纹接触面之间的摩擦系数;β为牙型半角;α为紧固件螺纹螺旋线升角。
紧固件被拧紧后,与连接件的接触面上产生的摩擦力附加力矩M2为:
(2)
式中:为紧固件与被连接件接触面之间的摩擦系数;D2紧固件(接触面)的平均直径。
当紧固件连接开始的松动时,需要克服的摩擦力的力矩M为:
(3)
由公式(3)知道,只有在摩擦力总力矩M等于或小于零的情况下,紧固件才会开始松动。在紧固件的连接中在受静载荷时,其摩擦角始终大于升角α(满足自锁条件),因此公式(3)括号内的总值不会等于或小于零,因此摩擦力总力矩M将不会小于等于零,因此紧固件不会松动。这种松动方式成为紧固件的自松。紧固件在不断地震动过程中接触面的摩擦阻力逐渐减小,紧固件逐渐从细微的松动到最后完全松脱。
2 防松措施
电力输配电铁塔紧固件的松动问题一直是人们研究的热点问题,人们经过大量的实验和经验总结出了很多紧固件防松动的方法。这些方法总结起来主要有摩擦放松方法,直接锁住、破坏运动副关系和粘结等方法。
2.1 摩擦防松
1)控制预紧力
这种方法的原理是利用螺纹的自锁条件来保证不丧失预紧力来防松。这种方法利用当时螺纹的自锁条件,不需要改变螺栓、螺母的结构。在一些场合中可以在安装现场直接通过带测力装置的安装机测试紧固件的控制预紧力。常用的方法有采用测量螺栓应力或应变形的方法来测定预紧力。
2)有效力矩型紧固件
有效力矩型紧固件的特点是在紧固件上增加一个不随外力变化的有效力矩。全金属有效力矩型锁紧螺母主要包括3类,一类是通过螺母体的变形来引起螺纹的变形,从而产生由于内外螺纹局部的干涉而产生有效力矩;另一类是通过将有效力矩部分剪薄、收口或者是开槽收口的方法;第三类方法是通过在螺母体内嵌入金属弹性元件的方法,利用这种方法外螺纹迫使弹性元件变形,从而产生有效力矩。带尼龙嵌件的防松紧固件的工作原理是通过尼龙柱本身的弹性作用将会与内螺纹紧密地结合在一起,尼龙紧固件嵌入在螺钉杆部的横向孔内。
3)使用垫圈
目前主要使用的垫圈类型包括弹性垫圈、弹簧垫圈和平垫圈3种。弹性垫圈通过紧固件拧紧的过程中将它扭曲的齿压平这种方法来压紧螺纹副轴身。弹性垫圈会出现划伤零件表面的现象,但是在某些情况下划破零件表面是有利的,比如说划破表面涂漆的零件上的接线柱,可以保证导电性。平垫圈主要是通过增加接触面的摩擦系数,增加接触面摩擦力,从而防止紧固件松动
2.2 其他的方法
1)直接锁住
这种方法是指在紧固件安装好之后,为了防止松动,再在它们上面安上止动元件。目前常用的止动元件有:开口销、串联钢丝和止动垫圈等。
2)破坏运动副关系
这种方法是指一种通过破坏坚固件的形状,从而使紧固件不能按照螺纹的方向与紧固件啮合,将原先的运动副的运动关系破坏的方法。常用的破换运动服关系的方法有:欲拆卸,使用较大的扭矩将螺母拧出。
3)粘结
这种方法是利用胶液坚固件与连接件粘合在一起,通过胶液的紧固作用来避免紧固件的松动。这种方法连接的紧固件要通过施加总偶的力矩来拆卸。
3 结论
紧固件防松技术正日益地受到人们的重视,已经受到越来越多的关注。紧固件研究、生产和使用者正在通过实验不断地发展新的紧固件防松技术以及开发新的防松紧固件产品。
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