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螺紋連接失敗的原因
阿基米德 (Archimedes) (公元前 287-212年) 發明的波紋螺絲導致目前普遍用於所有連接技術的螺紋緊固件的產生。現在, 螺紋連接裝置是用於機器構造、安裝和修理的最重要的可拆卸部件, 人們對其已習以為常, 因而從未認真分析其功能。螺紋連接裝置失敗的兩個主要原因是 : 張力鬆弛 自鬆
 
張力鬆弛
當螺栓軸向長度發生永久變化或被粘物本身在密封熱表面鬆弛時, 螺紋連接件便會鬆弛、螺栓張力減弱, 因此使殘留夾持力下降。長度永久變化是由以下因素造成的 :
沉陷 – 在螺栓張力的壓迫下, 接觸部件 (如螺母、墊圈) 的粗糙表面變 得光滑起來。
蠕變 – 螺栓或螺母的支撐面上的表面所受的壓力超過材料本身的壓縮強度。
防止鬆弛 –
如果能夠增加連接的彈性而使預期的沉陷和蠕變量得以補償, 那麼基本上可 防止預應力下降。這可通過以下方法達到 : 具有高 i/d 比的螺栓 ( i = 軸長 , d = 軸徑 ) ;
凸緣螺栓和凸緣螺母以及淬火並回火的墊圈, 可降低表面壓力, 從而降低支撐表面的沉陷 ;
帶有壓裝彈簧頭墊圈或凹面支撐墊圈的螺栓和螺母 ;
剛性錐形彈簧墊圈或盤型彈簧。


 
自鬆
接觸表面之間出現滑動時 , 螺紋連接裝置將自鬆, 這種強制相對轉動能克服螺紋裝置內的摩擦力, 從而使螺紋的自鎖作用消失。只有當夾持力大到足以阻止這種轉動時, 才能克服力矩M L 不致使連接裝置鬆弛。
式中符號含義
ML = 自鬆扭矩 ρ = 螺紋摩擦角
FV = 有效預應力 μA = 支撐表面的摩擦係數
d2 = 螺紋的中徑 ra = 支撐表面摩擦力的力臂
ψ = 螺紋螺旋角  

如果螺紋連接裝置的結合不能阻止受力部分間的相對轉動, 螺栓則會轉動 : 螺紋齒腹彼此滑過, 螺栓幾乎不再有摩擦性。鬆弛扭矩則為 :

鬆弛力矩 Mi , 只取決於預應力, 螺紋的中徑和螺旋角, 作用方向與上緊方向相反, 致使螺紋連接裝置鬆弛。以下因素可引起接觸面之間的滑動 :

˙軸向動態負載 : 脈動軸向超負荷導致齒腹相對轉動;
˙垂直于軸向的動態負載 : 彎曲材料的不同熱膨脹率, 沖出或振動可克服支撐部件間的摩擦力。
 
防止自鬆

下述方法可以防止適當負載的螺栓的自由鬆弛 :

使用拉伸性好的螺栓, 它具有較高預應力足以阻止相對轉動
設計增大i/d比率(i=齒合長度 , d=螺栓直徑), 提高連接裝置的彈性
(根據經驗最好是 i/d 比率大於或等於 6。)
影響螺栓和螺母支撐面的光澤度和結構, 都會增大摩擦
使用粘著劑, 因間隙被完全填充, 故可消除橫向轉動的自由度, 同時粘合劑固化後界面連接可增大螺紋摩擦
形成可靠的連接 (如大小合適的螺栓、焊接點) , 可限制螺紋滑動

 
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