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為什么螺栓會(huì )松動(dòng)，什么是預加載？
2023-06-29
01擰緊不足
擰緊不足或假擰緊的螺栓本來(lái)就是預緊力不足，如果再出現松動(dòng)，接頭便沒(méi)有足夠的夾緊力將各個(gè)部分固定在一起。這可能導致兩個(gè)零件之間橫向滑動(dòng)，螺栓就會(huì )受到不必要的剪切應力，最終可能導致螺栓斷裂。
02振動(dòng)
對螺栓連接在振動(dòng)下的試驗表明，許多小的“橫向”運動(dòng)導致連接的兩個(gè)部分相互運動(dòng)，同時(shí)螺栓頭或螺母與被連接件也會(huì )產(chǎn)生運動(dòng)。
這些重復的運動(dòng)會(huì )抵消螺栓和被連接件之間的摩擦。最終，振動(dòng)將導致螺栓的螺紋上“旋轉松開(kāi)”，接頭失去夾緊力。
03嵌入
設計開(kāi)發(fā)螺栓張力的工程師允許有一段磨合期，產(chǎn)生一定的預緊力損失，在此期間，螺栓的緊密度會(huì )出現松弛。
這種松弛是由于螺栓頭和/或螺母、螺紋及被連接件結合面之間嵌入造成的，并且可以在軟材料（如復合材料）以及硬質(zhì)拋光金屬都會(huì )發(fā)生。
如果接頭設計不當，或者在開(kāi)始時(shí)螺栓未達到規定張力，則接頭的嵌入可能導致夾緊力損失而達不到所需的最小夾緊力。
結合面之間存在微觀(guān)的凹凸不平，在擰緊后螺栓預緊力作用下就會(huì )產(chǎn)生凸點(diǎn)壓潰，永久塑性變形，從而螺栓的夾緊長(cháng)度會(huì )降低，最終導致螺栓的預緊力下降。
04墊片蠕變和熱膨脹
許多螺栓接頭在螺栓頭和接頭表面之間包括一個(gè)薄而軟的墊圈，以密封接頭，防止氣體或液體泄漏。墊圈本身也起到彈簧的作用，在螺栓和接合面的壓力下回彈。
隨著(zhù)時(shí)間的推移，尤其是接近高溫或腐蝕性化學(xué)品時(shí)，墊圈可能會(huì )“蠕變”，這意味著(zhù)它失去彈性，導致夾緊力的損失。
如果螺栓和接頭的材料不同，由于環(huán)境快速變化或工業(yè)循環(huán)過(guò)程導致的溫度差異過(guò)大，會(huì )導致螺栓材料迅速膨脹或收縮，可能會(huì )使螺栓松動(dòng)。
05沖擊
沖擊-較大沖擊載荷超過(guò)螺栓預緊時(shí)摩擦力，產(chǎn)生滑動(dòng)。
來(lái)自機械、發(fā)電機、風(fēng)力渦輪機等的動(dòng)態(tài)或交變載荷可導致機械沖擊——施加在螺栓或接頭上的沖擊力——導致螺栓發(fā)生相對滑動(dòng)。
就像振動(dòng)一樣，這種滑動(dòng)最終會(huì )導致螺栓松動(dòng)。甚至沖擊往往在設計接頭連接時(shí)候還未考慮到這么大的載荷。
什么是預加載?
在工程中具有多種含義的術(shù)語(yǔ)。一個(gè)是緊固件在最初擰緊時(shí)產(chǎn)生的張力(載荷)。當螺栓伸展時(shí)，螺栓和螺母之間的部件壓縮，從而增加所謂的夾緊負荷，直到緊固過(guò)程結束。
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02風(fēng)機轉子與機艙分離脫落
03船舶發(fā)動(dòng)機震動(dòng)連接螺栓脫落
船舶發(fā)動(dòng)機震動(dòng)連接螺栓脫落，并隨著(zhù)船舶滾動(dòng)，造成設備的進(jìn)一步損壞。
在螺栓連接中，擰緊螺母實(shí)際上會(huì )使螺栓伸長(cháng)，就像拉動(dòng)彈簧一樣。這種拉力，或者說(shuō)張力，會(huì )產(chǎn)生相反的夾緊力，將被連接件的兩部分緊密的固定在一起。
如果螺栓松動(dòng)，夾緊力就會(huì )減弱。
松動(dòng)的螺栓不僅僅是一個(gè)令人頭疼的麻煩。如果接頭沒(méi)有迅速重新擰緊，就可能開(kāi)始泄漏液體或氣體，螺栓可能斷裂，設備可能損壞，或可能發(fā)生災難性事故。
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螺栓固定的鐵軌
以上分析可以看出由于預緊力不足或降低導致松動(dòng)的原因就達到了3個(gè)，因此需要特別控制螺栓的預緊力來(lái)控制松動(dòng)的風(fēng)險。
只要預緊力足夠滿(mǎn)足要求，只要不是太短的夾緊長(cháng)度（如lk≥3d），即使存在一定的振動(dòng)載荷，螺栓一般也不會(huì )自松動(dòng)。
良好的螺栓連接設計、適當的夾緊力開(kāi)發(fā)和適當的螺栓防松裝置相結合，可以可靠地固定螺栓連接，以應對這里提出的許多松動(dòng)挑戰。
一個(gè)好的螺栓連接將被設計成適當尺寸和類(lèi)型的螺栓和螺母，并指定最佳的張力，以達到保持連接完整性所需的夾緊力。
在應用中，適當的夾緊力要求每個(gè)螺栓中的張力（預緊力）達到正確水平，并在整個(gè)使用壽命期間保持在該水平。
因此在螺栓上保持適當的張力是至關(guān)重要的，可以在設計時(shí)候采用超聲波來(lái)測量螺栓的軸力，保證螺栓的預緊力達到設計要求，茲懋的超聲波軸力測量?jì)x就是專(zhuān)門(mén)用來(lái)測量螺栓的軸力，還具有二維碼功能，可實(shí)時(shí)追溯該螺栓的軸力。
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