螺母的工作原理是采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁的。但是在动载荷中这种自锁的可靠性就会降低。在一些重要的场合我们就会采取一些防松措施,保证螺母锁紧的可靠性。锁紧螺母就是这里面的一种防松措施。

  锁紧螺母的防松效果优劣主要根据螺母与螺栓啮合螺纹之间相互作用力。提高啮合螺纹之间相互作用力的方式有很多种,比如螺母螺纹的结构改良,尼龙螺母的尼龙增糙,螺纹的表面处理等。

  第一种是用两个一样的螺母拧在同一支螺栓上,在两个螺母之间附加一个拧紧力矩,使得螺栓连接可靠。

  第二种是专用的防松螺母,需要和一种可以防松垫片一起使用。专用的防松螺母不是六角螺母,而是一中圆螺母,在螺母的圆周上开有3个、4个、6个或者8个缺口(视螺母大小和生产厂商产品系列不同而异),这几个缺口既是拧紧工具的着力点,又是防松垫片卡口的卡入处。

  第三种是在螺母的外圆表面至内圆螺纹面钻有贯穿的螺纹孔(一般是2个,在外圆面呈90分布),用来拧入小直径的沉头螺钉,目的是给螺纹施加一个向心方向的力,防止锁紧螺母松开。市场上销售的质量比较好的锁紧螺母在螺母的内圆面镶有与该锁紧螺母螺纹一致的铜制小块,用于避免径向顶紧螺钉直接与被锁螺纹接触而损坏后者。这种锁紧螺母在旋转运动类零件的轴端锁紧场合逐步开始应用,比如滚珠丝杠安装端轴承的防松。

  第四种锁紧螺母是由两部分所组成,每个部分都有交错的凸轮,由于内部楔式设计坡斜角度大于螺栓的螺母角度,这个组合便紧紧的咬合成一个整体,当有振动发生时,防松螺母凸起部分相互错动,产生抬升张力,进而达到完美的防松效果。

  第五种为结构防松,通过在螺纹结构上进行设计改良,不借助其他外因而获得一种自有的锁紧功能,因此其适用性比上述几种方法广泛,对环境的要求也比较低。防松螺母包括很多种类,比如说尼龙螺母就是,还有就是法兰螺母也是,总之就这种防松螺母就是起防松作用的。把螺母扭到螺丝,螺杆,螺栓等上,能到不会松落下来。使它们能够主动的联接在一起,使之牢固,稳定性能达到很高的程度。

  1)范围本标准规定了锁紧螺母(简称螺母)、锁紧装置的尺寸、技术方面的要求、验收规则和测量方法等。本标准适用于锥形衬套用螺母和锁紧装置的设计、生产、检验和用户验收。

  本标准规定了有效力矩型钢六角锁紧螺母机械和工作性能的标记制度、指标、试验方法及标志。本标准适用于由碳钢或合金钢制造的、对边宽度符合GB 3104规定的、公称高度≥0.8D、需要规定保证载荷及有效力矩的、螺纹直径为3~39mm的粗牙6H级螺母。除有效力矩部分外,其螺纹尺寸及按公差按GB 193、GB 196和GB 197规定。螺母的工作时候的温度范围应符合:

  经电镀处理的全金属螺母:-50℃~+230℃;嵌入非金属元件的螺母:-50℃~+120℃。本标准不适用于有特殊性能要求的螺母(如焊接性能和耐腐蚀和抗老化性能)。对不锈钢、有色金属以碳钢或合金钢制造的细牙锁紧螺母或薄螺母,经双方协议可采用本标准规定的有效力矩的性能指标及试验方法。

  锁紧螺母最大拧出力矩受多方面因素的影响。对于锁紧螺母低周疲劳性能的研究,螺纹中径、螺旋升角和牙型斜角均保持不变,仅螺纹片最大弹性恢复力 FNmax和当量摩擦角ρe在重复使用后会出现某些特定的程度的改变。因此,仅需从这两方面对锁紧螺母承受循环载荷时最大拧出力矩的变化规律进行分析。

  材料在循环加载时,会出现“循环应变硬化”或“循环应变软化”现象,即在等幅循环应变情况下,应力幅会随循环次数的增加而出现增加或降低的现象。经过若干循环后,应力幅进入循环稳定状态。锁紧螺母的低周疲劳是在应变为常数的情况下进行的,螺纹片的应变硬化或软化将会影响其最大拧出力矩的大小。用来制造锁紧螺母的合金钢属于循环应变硬化材料,材料硬化会使螺纹片弹性恢复力FN增加,拧出力矩升高。

  低周疲劳是指疲劳应力接近或超过材料的屈服极限,材料在每一个应变循环中均有一定量的塑性变形,寿命一般在102到几乘104的范围内,疲劳曲线一般用ε-N曲线表示。有限元计算结果为,在螺栓拧入锁紧螺母后,螺纹片根部应力较大,表层部分区域处于屈服状态,而螺纹片根部中心区域应变很小,应变情况较为复杂。螺纹片根部应变较高的区域经历往复加载,有可能会出现低周疲劳,使螺纹片压力降低,拧出力矩减小。

  摩擦角是影响拧出力矩的主要的因素,摩擦力的存在是锁紧螺母正常工作的基础。锁紧螺母工作时,接触面在螺纹片弹性恢复力作用下存在压力和摩擦力,在重复使用过程中,接触面在循环往复的摩擦作用下,粗糙位置和棱角被磨平而变得光滑,摩擦系数变小,进而减小螺母的最大拧出力矩。

  由于制造技术限制和精度等原因,使得螺纹边缘存在尖角或零件之间的尺寸配合不协调,在初次装配时,拧入拧出力矩有极大几率会出现一定的起伏或波动,需要经过一定次数的磨合才能得到较为准确的锁紧螺母重复使用特性。

  材料和螺母的几何参数确定后,收口值的改变对锁紧螺母的重复使用特性有重要影响。收口值变大,螺纹片张开时的变形增大,螺纹片应变增加,应变循环硬化现象加剧,且螺纹片压力FN变大,具有使拧出力矩增加的趋势;另一方面,螺纹片的宽度减少,螺纹片的总面积减小,与螺栓的摩擦力减小,螺纹片应变增加,低周疲劳性能降低,具有使最大拧出力矩降低的趋势。在多种因素共同作用下,最大拧出力矩随重复使用次数的变化很难预测,只能通过试验对其进行观测。