我們?cè)跈C(jī)械設(shè)備中經(jīng)常會(huì)看到有些螺栓連接會(huì)用到墊圈,有些螺栓連接確沒(méi)有用墊圈,有一些螺栓連接用的是平墊圈,有一些用的是彈簧墊圈,有一些用的是彈簧墊圈再加平墊圈。

我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)時(shí)到底要不要用墊圈呢?好糾結(jié)啊,你有沒(méi)有一樣糾結(jié)過(guò)。

接下來(lái)就來(lái)分享一下相關(guān)螺栓連接設(shè)計(jì)的知識(shí):

螺栓連接--無(wú)墊圈,如圖1.

圖1

螺栓聯(lián)接--用平墊圈,如圖2.

圖2

螺柱聯(lián)接----彈簧墊圈防松,如圖3.

圖3

墊圈到底起到什么作用呢?

平墊圈

在螺栓需要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合,為了保護(hù)被連接件的表面不被劃傷,一般需要在螺母或螺栓頭位置放置平墊圈,這樣就可以防止被連接件表面不被劃傷了,特別對(duì)于采用精密機(jī)加工的表面。

在一些摩擦系數(shù)要求比較精準(zhǔn)的連接處,又沒(méi)有對(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行單獨(dú)的試驗(yàn)要求,比如風(fēng)電螺栓連接中,一般采購(gòu)螺栓、螺母、墊圈連接副。

這種情況下螺栓、螺母、墊圈都是由同一廠家提供的,螺栓生產(chǎn)廠家需要對(duì)螺母和墊圈進(jìn)行相應(yīng)的處理,以保證螺母與墊圈間的摩擦系數(shù)保持一致性。同時(shí)要求供應(yīng)商測(cè)試扭矩系數(shù)滿足技術(shù)要求。

當(dāng)螺栓強(qiáng)度比較高,被連接件的許用壓應(yīng)力比較低時(shí)。例如現(xiàn)在汽車(chē)輕量化要求越來(lái)越高,在車(chē)身,甚至底盤(pán)結(jié)構(gòu)件上,大量采用了輕量化連接技術(shù)和結(jié)構(gòu),為了降低螺栓連接接頭中被連接件承壓面的壓應(yīng)力,防止出現(xiàn)壓潰和永久塑性變形,一般需要增加平墊圈。

另外,螺栓連接中,螺栓頭或螺母承壓面的壓力傳遞是呈喇叭形逐漸擴(kuò)大的,承壓面越大,壓應(yīng)力就越小,因此增加了平墊圈可以降低被連接件接觸面的壓應(yīng)力,保證螺栓連接的有效。

對(duì)于需要密封的連接,增大了應(yīng)力錐在結(jié)合面上的應(yīng)力分布直徑。這樣,增加墊圈可以保證密封效果,如圖4。

圖4

在有一些場(chǎng)合,例如汽車(chē)大多采用沖壓件和焊接件,兩個(gè)零件之間的孔的位置度不能很好的精確匹配。為了保證兩個(gè)連接件之間螺栓孔能一一對(duì)應(yīng),我們需要增加孔的直徑來(lái)補(bǔ)償孔的位置度偏差,螺栓孔超出標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí),壓應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度,這種情況下就需要增加平墊圈。

有時(shí)為了安裝調(diào)整方便,例如控制臂支架與控制表連接,兩個(gè)螺栓連接中的其中一個(gè)螺栓孔會(huì)制成長(zhǎng)孔,這樣可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工件的安裝位置,當(dāng)用長(zhǎng)孔時(shí),須采用加厚平墊圈,更具具體情況,甚至采用專(zhuān)用墊圈或多個(gè)墊圈。

彈簧墊圈

彈簧墊圈的主要目的是放松,一般用于對(duì)螺栓預(yù)緊力要求不高,且動(dòng)載荷較小的場(chǎng)合。目前大量測(cè)試已經(jīng)確認(rèn)彈簧墊圈對(duì)于防松效果不大,所以,對(duì)于預(yù)緊力比較高的擰緊場(chǎng)合,連接比較重要的場(chǎng)合,不推薦使用彈簧墊圈。

但是對(duì)于電氣連接接頭來(lái)說(shuō),彈簧墊圈對(duì)最終完全松動(dòng)時(shí)候還是有一定的效果,特別是松動(dòng)到一定程度,小預(yù)緊力時(shí)候仍然能夠有一定的預(yù)緊力存在,這時(shí)候,比不帶彈簧墊圈的效果仍然能夠起到一定的作用。

當(dāng)螺栓的夾持長(zhǎng)度比較短時(shí),螺栓應(yīng)力松弛比較明顯,彈簧墊圈可以彌補(bǔ)應(yīng)力松弛。當(dāng)然,這個(gè)時(shí)候可以考慮采用碟形彈簧來(lái)代替彈簧墊圈使用,碟形彈簧能夠在軸向壓力更加均勻分布。

有實(shí)驗(yàn)表明,動(dòng)載荷工況下,高強(qiáng)度螺栓連接彈簧墊圈幾乎沒(méi)有防松作用,還會(huì)引起螺栓夾緊力的快速衰減,因此國(guó)外已經(jīng)很少把彈簧墊圈用在高強(qiáng)度螺栓連接了。

什么情況下螺栓連接需要用墊圈,我們已經(jīng)比較清楚了,那么什么情況可以不用墊圈呢?

承受剪應(yīng)力螺栓(鉸制孔螺栓)連接一般不需要墊圈,首先剪應(yīng)力螺栓不需要太大的預(yù)緊力,工作中也不承受軸向力,這種情況下,螺栓孔一般都比較小,螺母或螺栓頭承壓面一般都比較大,不需要降低壓應(yīng)力,被連接件就可以承受。

當(dāng)用法蘭面螺母或螺栓時(shí),因法蘭面螺栓或螺母的接觸面積較大,通常不再需要墊圈來(lái)增加接觸面積,降低壓應(yīng)力。