施必牢螺紋技術(shù)簡介

1、緊固件設(shè)計原則緊固件設(shè)計原則(受拉螺栓）受拉螺栓）受軸向變載螺栓中拉力的變化f0fff時間時間力力c1c1+c2f變形螺栓拉力變化工作載荷變化力reliable joint it takes two: l+slevel + stability = reliability (of clamp load) (of boltd. assembly)both are affected by hundreds of variables (in 6 groups)緊固件的裝配原則t=kdw其中， t: 力矩，單位：nm；k：力矩系數(shù)（綜合麼擦系數(shù)），無量綱；d：螺栓的公稱尺寸，單位：mm。如m24的螺栓，

2、d=24mm;w: 螺栓的張力（夾緊力），單位：kn。其值的上限受制于螺栓的強度（性能等級），可查國標(biāo)?？梢?，一定的力矩，對應(yīng)一定的張力（夾緊力）。需要注意的是，式中的力矩系數(shù)k不是個常數(shù)，不同的表面處理，其k值不同；同時在同一批次中，它有一定的變化范圍。我們希望k值的變化范圍越小越好。因為，當(dāng)安裝力矩一樣時，k的變化范圍，就決定了夾緊力的變化范圍。如k的變化范圍是80%, 當(dāng)力矩都一樣時，則安裝后統(tǒng)一規(guī)格螺栓的夾緊力最大最下要相差80%，這就很危險。這是我們最不愿看到的。通常，標(biāo)準(zhǔn)螺紋匹配時，在一切都可控的情況下，力矩系數(shù)k的變化范圍也要達到25-30%。通常，k的變化范圍超過50%即或80

3、%是很常見的。注：注：我公司所供的施必牢螺母與您的螺栓匹配時，k的變化范圍一般控制在30%以內(nèi)。緊固件的裝配原則：緊固件的裝配原則：按推薦的安裝力矩來擰緊?？梢宰畲笙薅鹊耐诰虺雎菟ǖ臐摿?，使其產(chǎn)生的夾緊力達到或超過設(shè)計師的需要。這有兩個好處：一個是，當(dāng)夾緊力夠時，路試及售后使用均正常； 另一個是，當(dāng)夾緊力不夠時，路試中會出現(xiàn)松動等問題，可以幫助設(shè)計師發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題。這樣設(shè)計師可以有效的改進設(shè)計，如增加螺栓的數(shù)量、合理布局、或增大螺栓的規(guī)格等。安裝力矩可以超過推薦力矩的上限，一般以10%-15%為限。超過過多時，將會造成螺栓的損壞。不同廠家的螺栓質(zhì)量不同，在符合強度上可能相差較大。施必牢螺紋技術(shù)簡

4、介dtf-lock thread tech1979年8月，在秀麗的峨眉山下的西南交大校院里，那是我大學(xué)第一個暑假剛開學(xué)的時候，同學(xué)們告訴我，我們的?；?，暑假期間去南京學(xué)習(xí)唱歌，有一天當(dāng)她在馬路的人行道上行走時，在距她身后70多米的一輛快速行駛的汽車車輪突然飛出，車輪在運行70多米后擊中了她，致使不幸身亡。我在震驚之余，開始知道緊固件會松動，并可能造成重大事故。 其實，我們知道，緊固件聯(lián)接在沒有振動及大的溫差的情況下是不會松動的。然而在交變載荷下，如振動，尤其在橫向振動，及大的溫差下緊固件聯(lián)接就特別容易松動，無論是螺栓/螺母還是螺釘/螺紋孔 。螺紋聯(lián)接的目的：螺紋聯(lián)接的目的：可靠的連接。表現(xiàn)為：

5、長期不松動、盡可能長的疲勞壽命。如何實現(xiàn)（設(shè)計原則）：如何實現(xiàn)（設(shè)計原則）：足夠的夾緊力。防松：防松：保證在使用過程中此夾緊力不會隨著劇烈的震動而衰減。施必牢螺紋施必牢螺紋 80年初美國施必牢公司發(fā)明的施必牢螺紋(一種內(nèi)螺紋），很好的解決了螺紋連接在交變載荷及高溫差下的易松松動問題動問題，并可避免螺栓張力在據(jù)烈振動時逐漸衰減的問題；并可避免螺栓張力在據(jù)烈振動時逐漸衰減的問題；施必牢螺紋與外螺紋嚙合后受力均勻受力均勻，避免了其它類型螺母頭兩牙的大應(yīng)力、及在一定程度修正內(nèi)外螺紋可能存在的偏偏載載及螺栓六角頭垂直度不好造成的偏載偏載，從而可比較顯著提可比較顯著提高緊固件的疲勞壽命（提高高緊固件的疲勞

6、壽命（提高3倍）倍）,還可以重復(fù)使用及方便安裝（自由旋轉(zhuǎn)型）。 用施必牢絲錐還可以制出施必牢防松螺紋孔，不僅可解決螺柱/螺釘或雙頭螺柱的松動問題，還可解決用螺紋膠防松時所造成的在維修時螺紋孔易損壞的問題。容克橫向振動試驗容克橫向振動試驗 1978年，麻省理工學(xué)院（mit）及密歇根大學(xué)（university of michigan）在容克(junkers)橫向振動試驗臺上試驗了三種螺母：普通標(biāo)準(zhǔn)螺母、全金屬有效力矩型螺母、及施必牢螺母。注：全金屬有效力矩型螺母是一種防松螺母，與尼龍鎖緊螺母類同，相當(dāng)于普通螺母加上有效力矩部分。有效力矩部分的牙型或牙距發(fā)生了變化，靠此變形夾緊外螺紋，此夾緊外螺紋的

7、力所產(chǎn)生的阻力矩即為有效力矩，靠此有效力矩阻止螺母的松動。此種螺母在擰緊擰松一次后，其有效力矩已明顯衰減。用同樣的螺栓、同樣的夾緊力（或螺栓張力）、同樣的振幅和頻率及同樣的120秒種的試驗時間，結(jié)果是：普通標(biāo)準(zhǔn)螺母在74秒種完全失去了鎖緊能力，有效力矩型螺母喪失了70的鎖緊能力，而施必牢仍保持了它的鎖緊能力。同樣，在實際應(yīng)用中也證明了施必牢螺母這一特點，即如果鎖緊了，也就始終是鎖緊的。為說明這一問題，我們先來研究普通螺紋容易松動的原因。 title05001000150020002500300035000102030405060708090100110time (seconds)tension

8、 (lbs.)dtf nut 施必牢螺母施必牢螺母所有有效力矩型金屬螺母母所有有效力矩型金屬螺母母 美國施必牢公司的研究結(jié)果美國施必牢公司的研究結(jié)果 擰緊時松動的原因擰緊時松動的原因施必牢公司經(jīng)過多年的研究，發(fā)現(xiàn)普通螺紋容易松動的根本原因在于以下兩點：1. 在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)外螺紋配合后，外螺紋的牙頂和內(nèi)螺紋的牙根間存在橫向間隙，在橫向振動或橫向力達到一定程度時，內(nèi)外螺紋間將產(chǎn)生相對的橫向移動。試驗表明，此移動，微小的移動，很容易將緊固系統(tǒng)所貯存的變形能釋放掉，即螺栓的彈性變形或張力失去了，導(dǎo)致松動。這一結(jié)論也為美國許多研究機構(gòu)所證實。這也就是為什么標(biāo)準(zhǔn)螺紋緊固件在橫向振動情況下容易松動的原因。2. 標(biāo)

9、準(zhǔn)螺紋嚙合后，嚙合各牙的受力極不均勻。第一牙受力最大，第二牙次之，最后一牙最小甚至是懸浮狀態(tài)，頭兩牙受力之和一般是螺栓張力的70甚至80。這是一種很不穩(wěn)定的受力狀態(tài)，在據(jù)烈振動及溫差大的情況下前一牙的應(yīng)力可能超過屈服點而發(fā)生塑性變形，造成松動。這也就容易理解標(biāo)準(zhǔn)螺紋頭幾牙容易磨損及滑牙了。因此，要解決螺紋松動問題，必須對螺紋結(jié)構(gòu)重新進行設(shè)計才能從根本上解決。 施必牢螺紋施必牢螺紋（dtf-lock thread） 上世紀(jì)70年代，施必牢公司在研究出普通標(biāo)準(zhǔn)螺紋松動的原因后，發(fā)明了施必牢螺紋, 英語叫spiralock。施必牢的螺紋形狀是在它的牙根上有一種獨特的30度楔形斜面，這種斜面是用特別的

10、施必牢工具制作完成的。當(dāng)裝配施必牢螺母時，外螺紋的牙頂就緊緊地頂在施必牢螺紋30度的楔形斜面上，這樣，就可以防止相對于母螺紋產(chǎn)生的任何螺紋的橫向移動；同時由于配合面為楔形斜面（錐形螺旋面），使得旋合區(qū)各螺紋的受力極為均勻。（見附圖）由此可知，施必牢螺紋克服了造成普通標(biāo)準(zhǔn)螺紋松動的兩個根本原因，即橫向間隙及各牙受力極不均勻現(xiàn)象的存在，從而使它有良好的防松性能，從設(shè)計上解決了螺紋的松動這一問題。female thread form with 30o wedge ramp, fits standard male thread光彈試驗研究光彈試驗研究dtf-lock threadstandard th

11、read 1.dynamic & static testing goddard space flight center2.finite element analysis lawrence livermore national laboratory3.vibration resistance & stress distribution massachusetts institute of technology for chrysler corporation4.vibration testing of spiralock wire thread inserts british a

12、erospace, naval warfare divisionby: goddard space flight centerdynamic test (sine: 24.7 hz - 2g and random 20-400 hz - 2g rms)n -28 x 2, 180 ksi alloy steel bolt, with alloy steel and a286 hex nutsn withstood 10x sine and random vibration space shuttle requirements without loosening.static test (tin

13、ius olsen tensile test)n more consistent pattern of friction (k) factorsn non-lubricated: 0.12 min., 0.36 max. lubricated: 0.08 min., 0.13 max.n friction characteristics of spl nuts with lubrication considerably increases the accuracy of the preload due to torquing, measured on strain gaged bolts wh

14、en discarding the first three readings.n this test was repeated 60 times on the same bolt.n suggested tightening method: torque at or near full torque (3) times before service.by: lawrence livermore national laboratory spl requires approximately 20% greater assembly torque to achieve same axial prel

15、oad as 60 threads. fea shows the first thread supports 12.5% of total load, and no thread less than 8% of total load. very even load distribution. shows graphically the loading characteristics of spl threads compared to 60 threads. shows reduced areas of stress concentration in bolt due to even thre

16、ad loading of spl threads.by: massachusetts institute of technology for: chrysler corporation very detailed with formula calculating thread deflections and loading. conclusions show greater than 3:1 improvement is resistance to vibration loosening, empirically and proven in testing. more even thread

17、 loading over 8 engaged threadsload distributionfraction of total loadthreadsplstandard11834.1215.622.6313.715412.210511.16.8610.24.879.73.689.43.1max. stress, psitensile4260054300compressive8990084200shear1360025900moment for relativerotation, ft-lbs31.88.9thread: 7/16-14 spl internal standard 60-d

18、egree bolt5000 pound load0.2 coefficient of frictionby: british aerospace, naval weapons divisiontest parameters: m6 x 25 mm. pc 8.8 w/cad plate unbrako fastener vibration machine #sv-102-71 frequency: 13.6 hz displacement: 0.33 mm (0.013”) test duration: 6500 cycles / 8 minutesresults: avg. of 20 p

19、cs of each fastener (one spl, one standard)preload relaxation after 6500cycles: spl 15.9%; std 79.0%conclusion:the results prove that, at one set of experimental conditions, spiralock has far greater resistance to transverse vibration and requires a high final removal torque.施必牢螺紋施必牢螺紋/螺母的特點螺母的特點 1與

20、標(biāo)準(zhǔn)外螺紋匹配與標(biāo)準(zhǔn)外螺紋匹配外螺紋（如螺栓、螺釘）無需變化，符合國標(biāo)即可2可靠的防松性能可靠的防松性能在劇烈振動及高溫差下不會松動3. 一致性好一致性好 質(zhì)量（防松性能）的一致性4可重復(fù)使用可重復(fù)使用鎖緊效果不受影響，k系數(shù)變化小 5自由旋轉(zhuǎn)型自由旋轉(zhuǎn)型直到擰緊時才需施力，方便裝、卸，可提高安裝效率，降低成本6防松螺紋孔防松螺紋孔用施必牢絲錐還可制出具有同樣防松性能的施必牢螺紋孔，如橋的半軸7 自動對中功能自動對中功能對避免螺紋的偏載及對螺栓六角頭部因垂直度不好或與接觸面的平行度不 好而造成的連接松動或六角頭處容易發(fā)生的疲勞斷裂有所緩解;8 延長疲勞壽命延長疲勞壽命 螺栓、螺釘/螺柱的斷裂（

21、失效）因素主要有四個，即疲勞、過載、腐蝕及氫脆，其中疲勞斷裂疲勞斷裂（失效）據(jù)估計達到了總比例的據(jù)估計達到了總比例的85%; 由于施必牢嚙合牙受力均勻，有自對中功能，除不易滑牙，可提高螺栓可提高螺栓/螺釘?shù)钠趬勖葆數(shù)钠趬勖?倍倍。9 設(shè)計理念的變化設(shè)計理念的變化由于嚙合牙受力均勻，降低了應(yīng)力，在需要減薄螺母厚度的地方設(shè)計師得以減薄。一般情況下也不需要加厚螺母10 無需輔助鎖緊元件無需輔助鎖緊元件如彈簧墊圈、止動墊片、或粘結(jié)劑等；11 耐高溫差耐高溫差 可承受溫度劇烈變化的影響，應(yīng)用環(huán)境范圍比較廣泛；12尺寸規(guī)格不受限制尺寸規(guī)格不受限制 目前的規(guī)格有 m0.3m90，可根據(jù)需要制造；13更

22、一致的力矩更一致的力矩/張力關(guān)系張力關(guān)系 k系數(shù)的一致性14對克服軟質(zhì)材料螺紋孔損壞有明顯改善對克服軟質(zhì)材料螺紋孔損壞有明顯改善；15斷裂螺釘?shù)耐顺鰯嗔崖葆數(shù)耐顺?當(dāng)螺釘或螺柱斷在施必牢螺紋孔內(nèi)時，只要輕輕敲打斷在螺紋孔內(nèi)的螺桿， 然后就可輕松的將斷在孔內(nèi)的螺桿旋出。施必牢柔性連接方案應(yīng)用注意事項應(yīng)用注意事項 1. 注意螺母的安裝方向安裝方向。 施必牢螺紋是單方向的，只在一個方向上旋入才有防松性能，如果裝反了，則不具有防松功能。 施必牢螺母在設(shè)計、制造時已設(shè)計出了方向性，安裝時稍加注意即可。2. 建議按施必牢公司推薦的安裝力矩安裝力矩旋緊螺母（最佳力矩是由實驗得出） 注意力矩應(yīng)按螺栓的性能等級

23、選擇（并不是力矩越大越好，因螺栓的強度是有限的）。 安裝力矩有兩個取值：一個是螺栓、螺母的配合狀態(tài)為潤滑狀態(tài)下的力矩值，一個是非潤滑狀態(tài)下，即干態(tài)下的力矩值。視具體情況選取。3. 施必牢螺紋的匹配范圍 施必牢螺紋是與公差等級為6g及及6g以上精度以上精度的外螺紋匹配的。4.4. 對螺栓的要求41 螺栓的公差等級為6g及以上，如6h；42 螺栓的大徑不應(yīng)超差。用卡尺即可檢測； 43 螺栓不應(yīng)脫炭。此項采購時，讓螺栓廠家提供“脫炭檢驗”一項即可。 spl10spl10spl10施必牢標(biāo)準(zhǔn)螺母示意圖spl10施必牢凸緣螺母 圖號 spl-co-2000 施必牢法蘭面螺母 圖號 spl 6177.1-2000施必牢1型六角螺母 圖號 spl 6170-2000 圖號 spl 6175-2000 施必牢2型六角螺母 上海底特精密緊固件有限公司適用于： 1.m5-m20。 2.性能等級：8、10、12。適用于： 1.m10-m30。 2.性能等級