En tant que base mécanique, la tendance de la fixation va de la fixation structurelle à la fixation fonctionnelle. Avec le développement de l'automobile, des trains à grande vitesse, de l'aviation et d'autres industries, les exigences en matière de résistance au desserrage des fixations sont de plus en plus strictes.
À l'heure actuelle, il existe de nombreuses formes de fixation lâches, il n'y a pas de principe directeur unifié et il n'y a aucune base pour la conception et la sélection. Par conséquent, il est très important d'évaluer la résistance lâche des attaches. Habituellement, les performances de la fixation sont évaluées par un calcul théorique et une comparaison de tests.
À l'heure actuelle, le test de la résistance lâche des attaches à la maison et à l'étranger passe principalement deux méthodes
Gjb715.3-89 (méthode d'essai de vibration accélérée), le mode de chargement et les conditions de vibration et d'impact sont plus proches de l'état d'utilisation réel de diverses fixations, en particulier dans l'évaluation de la durée de vie anti-desserrage de la fixation anti-connexion desserrée, qui est principalement utilisé dans l'industrie aérospatiale.
Méthode d'essai de vibration transversale Gb / t10431-2008 pour les attaches, cette méthode peut mesurer avec précision les variables de la force de pré-serrage de la connexion d'attache pendant l'essai de vibration, décrire le processus de changement de la force de précharge dans l'essai, donner le diagramme de courbe de la relation entre la force de pré-serrage et les temps (ou temps) de vibration, et prendre la variable de la réduction de la précharge comme critère pour mesurer le relâchement de la connexion de la fixation, et l'efficacité du test est élevée, Toutes les industries sauf l'aérospatiale sont applicables.
La comparaison des tests de plusieurs fixations anti-desserrées courantes est effectuée par une méthode d'essai de vibration transversale, qui fournit une référence pour la sélection des fixations anti-desserrées et des tests à plus grande échelle.
1, test comparatif
Cinq types de fixations anti-lâches ont été sélectionnés à des fins de comparaison. Chaque élément de fixation a été sélectionné parmi 10 groupes d'échantillons qualifiés avec chaque indice de performance, respectivement:
Boulon (gb / t5782) + écrou commun (gb / t6170) + rondelle plate (gb / t97.1);
Boulon (gb / t5782) + contre-écrou de type à dent variable (tb / t3019);
Boulon (gb / t5782) + écrou commun (gb / t6170) + rondelle élastique (gb / t93);
Boulon (gb / t5782) + écrou commun (gb / t6170) + rondelle autobloquante (Nord lock);
Boulon (gb / t5782) + écrou commun (gb / t6170) + rondelle de sécurité (vs type).
La spécification de boulon sélectionnée dans cet essai est M14 et la classe de performance est 10,9; La note de performance de l'écrou est de 10 et le patin plat est de 300 hv.
2, méthode d'essai
L'essai comparatif a été réalisé 3000 fois de vibrations transversales selon gb / t10431-2008, et l'atténuation de la force de pré-serrage du boulon d'essai a été enregistrée en temps réel.
La relation entre le couple de serrage T, la précharge axiale F et le diamètre nominal D du boulon dans l'assemblage vissé peut être exprimée par le coefficient de couple: T=kxfxd (1)
Étant donné que la différence de coefficient de couple K entre les échantillons affectera les résultats du test, ce test n'adopte pas le même couple de serrage, mais la même méthode de précharge axiale initiale est adoptée. La précharge initiale est la tension axiale à 70% de la limite d'élasticité de l'échantillon de boulon, c'est-à-dire f=(rpo.2xas) X70% (2)
Où:
F est la précharge axiale initiale;
Rp0.2 est la contrainte d'allongement non proportionnelle spécifiée pour les échantillons de boulons, rp0.2=640mpa, voir gb / t3098.1-2010;
De même que la section de tension nominale des boulons, comme=157 mm, voir gb / t3098.1-2010.
Critères d'évaluation: après 3000 fois le test de vibration transversale de 240s, le rapport de la précharge résiduelle à la précharge initiale n'est pas inférieur à 70%, et les performances anti-desserrage de l'échantillon&peuvent être jugées qualifiées.
3 、 Résultats des tests et analyse
（1） Boulon + écrou commun + rondelle plate
Le premier groupe de tests adopte des écrous communs et des coussinets plats, qui n'ont en principe aucune vibration et anti-desserrage, ils sont donc utilisés comme groupe de référence pour les tests comparatifs.
À partir de la courbe de temps de force axiale de la figure 1, 90% de la force axiale des éprouvettes de boulon a fortement diminué dans les 30 s après le test, ce qui indique que la paire à friction statique de boulon et d'écrou est une défaillance rapide dans les 30 s et que la précharge du boulon a été complètement perdu, ce qui provoque le desserrage de la connexion par boulon.
Les résultats du test montrent que l'écrou et la rondelle communs n'ont pas de fonction anti-desserrage dans des conditions de charge dynamique, de choc et de vibration. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser la fixation anti-desserrée pour améliorer la fiabilité de la connexion mécanique.
Figure 1 courbe d'atténuation de la précharge du groupe 1
（2） Boulon + contre-écrou de type à dent variable
Le deuxième groupe de tests adopte un contre-écrou de type à dent variable. À partir de la courbe de temps de force axiale de la figure 2, on peut voir qu'après 240s de test de vibration transversale, sauf que le rapport de la force axiale résiduelle et de la force axiale initiale de l'échantillon 9 est inférieur à 70%, la force axiale résiduelle des échantillons restants peut répondre aux critères du test qualifié, et la valeur moyenne du rapport de la force axiale résiduelle à la force axiale initiale est supérieure à 85%, les résultats montrent que le contre-écrou de type à dent variable a de bonnes performances anti-desserrées et peut garder le filetage autobloquant sous les conditions de charge dynamique, d'impact et de vibration.
Figure 2 courbe d'atténuation de la précharge du groupe 2
Le filetage du contre-écrou de type à dent variable est différent de celui du filetage métrique, et il y a un 30 au bas de la dent. La surface inclinée en forme de coin du boulon sera au sommet du biseau du filetage interne après le vissage du filetage interne et externe, de sorte que la force normale générée lorsque le filetage entre en contact avec l'axe du boulon est de 60 ° ， Au lieu de 30 en métrique ° ， La pression normale entre les filetages passe de f / sin60 ° Changement à f / sin30 °。 Lorsque le facteur de frottement entre les filetages et la force de précharge axiale F sont identiques, la force de frottement du filet avec une surface inclinée en forme de coin est beaucoup plus grand que celui du filetage métrique ordinaire, ce qui améliore considérablement le couple anti-desserrage.
De plus, le filetage avec biseau en coin élimine la grande capacité portante des première et seconde surfaces d'accouplement lorsque les filetages internes et externes correspondent au système métrique. L'ensemble du filetage de la vis n'est pas uniformément sollicité et le phénomène de concentration de contrainte existe, ce qui améliore efficacement les performances anti-desserrage et anti-vibration, comme le montre la figure 3.
Figure 3 filetage PL et filetage métrique
Il y a quelques défauts dans l'écrou, qui a une grande sensibilité au diamètre du filetage du boulon. C'est-à-dire que le diamètre du filetage du boulon se situe dans la plage de tolérance, et le coefficient de couple après correspondance avec le filetage interne de type à dent variable est toujours un taux de dispersion relativement élevé.
Le grand diamètre du filetage du boulon se déformera en raison du contact avec la surface inclinée, ce qui peut entraîner une atténuation de la force axiale lors d'une utilisation répétée et, dans une certaine mesure, affecter ses performances de réutilisation.
（3） Boulon + écrou commun + rondelle élastique
Le deuxième groupe de tests adopte des rondelles élastiques standard communes. D'après la figure 4, la précharge axiale de tous les échantillons de test chute rapidement à 0kn dans les 30 s après le test, c'est-à-dire que la connexion à vis a été desserrée et a échoué.
Temps de test d'image / S
Figure 4 courbe d'atténuation de la précharge du groupe 3
La force de réaction élastique de la rondelle élastique est aplatie par une déformation élastique, qui peut compenser la force axiale de la paire de boulons de connexion en continu, et empêcher le boulon de se desserrer en raison de la fatigue causée par des vibrations continues. Dans le même temps, l'extrémité inclinée du patin à ressort est contre la surface d'appui du boulon ou de l'écrou et la surface de la pièce connectée, ce qui joue le rôle d'arrêt et de prévention du desserrage.
Cependant, le test montre que la rondelle élastique ne peut empêcher le desserrage dans des conditions de chocs et de vibrations forts, car le joint en acier à ressort découpe une ouverture puis il est traité par déformation élastique, et sa force de réaction élastique est fortement réduite; Dans le même temps, la taille de la rondelle est étroite, le diamètre équivalent de la surface de contact entre la tête de boulon et la pièce connectée devient plus petit, ce qui réduit considérablement le frottement et le moment de retrait de cette pièce.
La rondelle élastique est facile à dilater et la pointe inclinée de l'ouverture endommage facilement la surface de connexion lors du serrage rapide. Par conséquent, il n'est pas recommandé d'utiliser une rondelle élastique comme méthode de prévention du desserrage pour les pièces principales des joints présentant de fortes vibrations et un risque élevé de desserrage.
（4） Boulon + écrou commun + rondelle autobloquante
Le quatrième groupe de tests adopte une rondelle autobloquante à double dent (Nord lock). Après 240 s de vibration transversale, le rapport de la force axiale résiduelle à la force axiale initiale de 10 groupes d'échantillons est de 82,51% à 87,61%, comme le montre la figure 5, qui répondent tous à la norme du test de performance anti-desserrage qualifié.
Figure 5 courbe d'atténuation de la précharge du groupe 4
La couche de rondelle autobloquante à deux couches a des dents obliques pour s'engrener l'une avec l'autre, et des dentelures radiales se trouvent sur les deux surfaces de montage des rondelles. Lors du serrage, des dentelures radiales peuvent être intégrées dans la surface de support et la surface d'installation du boulon ou de l'écrou.
Lorsque les boulons ou écrous sont desserrés sous de fortes vibrations, les dents inclinées entre les rondelles seront soulevées par un mouvement décalé. L'angle d'inclinaison a de la dent inclinée est plus grand que l'angle de montée du filetage métrique, ce qui peut amener le boulon à s'allonger pour jouer une force de pré-serrage stable. Il s'agit d'augmenter la force de pré-serrage pour éviter le desserrage en étirant le boulon, comme illustré à la figure 6.
Figure 6nl rondelle
L'utilisation de la rondelle doit avoir une grande force de pré-serrage pour que la connexion et la surface d'appui du boulon ou de l'écrou produisent une indentation et ne font plus qu'un. Sans indentation, elle ne jouera pas la fonction d'anti-desserrage de la rondelle, c'est-à-dire que la rondelle convient à l'anti desserrage des fixations à haute résistance.
（5） Boulon + écrou commun + rondelle de sécurité
Le cinquième groupe de tests a adopté une rondelle de sécurité (vs type), et la valeur moyenne du rapport de la force axiale résiduelle à la force axiale initiale de 10 groupes d'échantillons après une forte vibration de 240 s est d'environ 86. 7%, comme indiqué sur la figure 7. Le rapport entre la force axiale résiduelle et la force axiale initiale de chaque groupe d'échantillons est supérieur à 70%, ce qui signifie que tous satisfont à la norme d'évaluation du test de performance anti-desserrage.
Figure 7 courbe d'atténuation de la précharge du groupe 5
La rondelle de sécurité (type vs) est une structure à cliquet conique à double face (voir Fig. 8). Sous l'action de la précharge, le cliquet est pressé dans le corps de connexion et la surface de support du boulon ou de l'écrou, et devient un corps, ce qui augmente la force de frottement inverse de la surface du joint. Dans le même temps, la structure conique a une élasticité et peut compenser la perte de la force de pré-serrage après pressage et améliorer les performances anti-desserrage sous deux aspects.
Figure 8 rondelle de sécurité
Résumé
Lorsque la fixation est en état de changement de charge, de vibration et de choc, il est important de choisir le type anti-lâche approprié et fiable pour améliorer la qualité des produits et le caractère de sécurité du fonctionnement. L'analyse montre que:
La rondelle élastique standard a des performances anti-desserrées peu fiables. Il est largement utilisé dans tous les domaines de la vie en raison de sa simplicité d'installation et de son faible coût, ce qui est un risque.
La technologie du contre-écrou à denture variable est introduite de l'étranger. Après plus de dix ans d'absorption et d'amélioration en Chine, il s'est progressivement adapté aux besoins de l'industrie nationale de la voie. La performance anti-lâche est fiable et est devenue une sorte de produit de fixation anti-lâche commun dans l'industrie des rails.
La rondelle autobloquante et la rondelle de sécurité sont des produits brevetés de fabricants étrangers. Les performances de preuve de verrouillage sont stables et fiables, mais le coût d'utilisation est relativement élevé. Si les normes correspondantes peuvent être établies et la localisation peut être achevée, cela sera bénéfique pour une application à grande échelle.
