螺丝松动试验的种类和试验方法

本页介绍了几种螺丝松动试验的种类和试验方法...


螺纹松动试验的试验形式如下表所示,其中具有代表性的有横向振动(Junker式/容克式)和套筒冲击式(NAS式)。下面来简要介绍各类试验的主要内容。

此外,由于螺丝松动的评价十分困难,目前还没有一个明确的国际标准。代表性的Junker横向振动试验和NAS冲击振动试验也只是航空航天行业的试验评价方法,只是基于不引发螺纹松动的极限值进行的评价。请注意,如果不是根据客观数据评价螺丝在怎样的条件下松动,而只是简单评价螺丝松动与否,是没有意义的。


表1. 松动试验形式的说明


试验形式说明
横向振动
(Junker式/容克式)
利用试验用螺栓・螺母连接固定板和振动板,对振动板施加垂直于轴线方向的外力使其发生振动和产生位移。其位移仅限于横向位移,没有旋转位移分量。
绕轴振动扭距型相对于固定板,向振动板施加扭矩以使其围绕螺栓轴旋转和位移。位移仅为旋转位移,不包括平行位移。
加速振动型在振动板上设置了一个夹具,并且在夹具尖端附有一个重物。将固定板放置在振动台上,通过加速振动引起旋转位移。
轴向载荷增加与减少将金属配件分别安装到螺栓头和螺母支承面上,并用拉伸试验机反复在轴向施加载荷。
冲击加速振动型
(NAS式)
利用试验螺栓和螺母拧紧螺纹紧固件并将其置于垂直槽中,使槽体在振动上下振动,并在向长槽上下两端施加轴垂直方向的冲击。
落下型用试验螺栓和螺母固定两个圆柱体,将此紧固件从一定高度落下,使其受到一个沿轴向分离两个圆柱体的冲击力。
锤型用测试螺栓和螺母连接固定体和受冲击板,并通过向下挥动锤子对受冲击板施加垂直于轴线方向的冲击。

* 吉本 勇 编:JIS的使用方法系列 螺纹紧固件设计要点(修订版), 日本标准协会(2002 年)。


横向振动试验 Junker(容克)式 ISO 16130:2015 (Aerospace series vibration test)

1966年,G.H.Junker在《DRAHT-Welt》杂志上发表文章称,在对主要承受轴线垂直方向上动态载荷的连接体进行的测试中,不仅是对普通的螺纹连接件,而且也能使所谓的防松螺纹紧固件完全产生松动回转。换言之,在试验中已证实,垂直于轴向的重复载荷为自松情况的发生提供了最严酷的条件。

基于此结果,他设计了Junker式横向振动松动试验方法。它在德国通过 DIN 65151 和 DIN 25201 进行标准化,并于 2015 年在国际上经 ISO 16130正式标准化(仅限于航空航天领域)。

在Junker式横向振动试验中,用试验螺栓和螺母将固定板和振动板固定,对振动板施加轴线垂直方向的外力,使其发生振动和位移。通过在固定板侧设置测力传感器,可以时刻监测螺丝拧紧时的拧紧力矩与螺栓轴向力的关系,以及螺栓轴向力的变化,即螺丝松动情况。因此可以称之为松动分析的有效实验。该标准规定了振动位移的大小和驱动频率等测试条件以及实验结果的判断标准,从而有效限制了不同制造商之间的测量条件差异。


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容克式振动试验设备主要部件示例

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加速振动试验 NAS式(National Aerospace Standard: 美国国家航空航天标准)

NAS试验是美国国家航空航天标准定义的防松性能评价试验。

用螺栓和螺母连接固定的冲击项圈和垫圈形成一个螺纹紧固件,使其在一个带有纵向长槽的试验架的振动台上上下加速振动。当框架试验架长槽的上下两端与螺纹紧固件发生碰撞时,所产生的轴线垂直方向的碰撞冲击会对其施加能引起螺母和垫圈的滑动,螺栓的偏移的外力,从而产生能使螺母松动的力。

试验中,振动频率设置为1750-1800 cpm,松动极限为当螺栓振动30000次(约17分钟),螺栓和螺母因振动产生的相对转动在360度以内(1圈)。 但是,螺栓振动到30000次时螺母已发生松动,此时应使用松动发生为止的时间(振动次数)来进行比较和评估。


因为在螺母松动过程中很难测量轴向力的变化并且产生的冲击程度各有差异的情况来看,虽然NAS测试对于螺丝松动的相对比较是有效的若要对螺丝松动进行详细分析,仍是很困难的



振动型冲击松动试验(NAS型)装置主体示例

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