尼龙锁紧螺母(金属自锁螺母的优缺点)

锁紧螺母扭矩设计及复用特性研究

前言

锁紧螺母因其止动可靠性高、成本低的优点而被广泛应用于许多机械连接中。

但在锁紧螺母的扭矩设计中，目前国内外标准只规定了首次拧入使用时的最大有效扭矩上限，而在工程实践中，锁紧螺母的扭矩设定主要是基于经验设计，并没有形成完善的设计方案；

对于使用原则中的复用特性有不同的理解和观点。本文以锁紧螺母为主要研究对象，分析了其锁紧原理，提出了一种修正的扭矩计算公式。

通过拧紧试验，得出锁紧螺母的扭矩设计方案。然后，结合反复拧紧-振动试验和反复拧入拧出试验，研究锁紧螺母的重复使用特性，其结果可用于指导锁紧螺母的扭矩设计和使用。

图6重复使用对紧固件防松性能的影响

综合看图6，对扁平自锁螺母进行(6~8)次拧紧-振动试验时，初始预紧力下降20%以上，判断其锁紧性能不再可靠，建议重复使用扁平自锁螺母不超过5次；

但经过50次拧紧-振动试验，尼龙自锁螺母的残余预紧力依然良好。与前10次拧紧-振动试验相比，扁平自锁螺母的剩余预紧力明显小于尼龙自锁螺母。

产生这种差异的原因是螺母反复拧入拧出并振动时，有效扭矩部分的材料受到应变，导致弹性变形力减小，螺纹连接松动。

试验初期，有效扭矩的变化对锁紧螺母的旋转松动贡献较大，而扁平收敛型自锁螺母的等效有效扭矩值和分散差明显大于尼龙自锁螺母，受有效扭矩影响较大。因此，扁平收敛自锁螺母比尼龙自锁螺母允许重复使用的次数少，其防松能力不如尼龙自锁螺母。

从图6(b)还可以看出，重复拧紧10次以上后，尼龙自锁螺母的残余预紧力有随拧紧次数增加而增大的趋势。

原因是经过10次反复拧紧和振动试验后，锁紧螺母的有效扭矩值小于以前，此时摩擦系数对锁紧性能的影响更加明显。随着反复拧紧和振动，摩擦系数增加，锁定性能更好。

3.2再利用对紧固件拧紧力矩影响的研究

紧固件工作的本质是保证连接的零件之间有足够的夹紧力。锁紧螺母的反复加载和卸载对其等效有效扭矩Tpe和扭矩系数k有影响，从公式(4)可以看出此时拧紧扭矩会有一定的变化。

本节选取与本节同批次的三组两种螺纹紧固件作为试样，利用德国某公司的Analyse多功能紧固件分析系统进行拧紧-拧松-重新拧紧试验。

试验应按GB/T .3-2010 《紧固件扭矩-夹紧力试验》进行，试验夹紧力设定为40kN，拧紧速度设定为20r/min，记录每次拧紧到相同夹紧力时锁紧螺母的实际扭矩。重复使用对紧固件拧紧力矩的影响如图7所示。

锁紧螺母反复拧松的前期，拧紧力矩主要受有效力矩减小的影响，有一定的下降趋势。这时，如果仍然用原来的扭矩拧紧，夹紧力会有一定程度的增加。通常，设计夹紧力的上限有一个余量，夹紧力的增加有利于防止松动[11]。因此，用相同的初始扭矩在5次内反复拧紧压扁的自锁螺母是完全可行的；

对于尼龙自锁螺母，重复使用20次以上后，必须增加拧紧力矩，否则夹紧力可能会过大

图7重复使用对紧固件拧紧力矩的影响

3.3复用特性总结

扁平收敛自锁螺母的等效有效扭矩和分散差大于尼龙自锁螺母。前者受有效扭矩降低影响较大，建议重复使用次数不超过5次。

尼龙自锁螺母重复使用40次后仍具有良好的锁紧性能，但重复使用20次后需要增加拧紧力矩，实际拧紧力矩值由反复拧入和拧出试验确定；如果使用超过40次，内部尼龙嵌件可能会损坏，扭矩无法再精确控制夹紧力，不建议继续使用。

总结

锁紧螺母主要通过有效扭矩来防止旋转松动。与普通螺纹紧固件的扭矩-夹紧力公式相比，锁紧螺母需要在此基础上增加等效有效扭矩项。

进行锁紧螺母拧紧试验，参照修正后的公式对扭矩-夹紧力值进行线性拟合，计算扭矩系数和等效有效扭矩，最终确定锁紧扭矩设计方案。

建议压扁的自锁螺母重复使用不要超过5次；尼龙自锁螺母可以重复使用40次，但超过20次后，需要根据试验增加拧紧力矩，超过40次后不要继续使用。