楔形螺纹防松效果验证与应用

2021-01-21王晟东屈婵婵

科学技术创新 2021年2期

王晟东李梓屈婵婵

（西安煤矿机械有限公司，陕西西安710200）

近年来，随着国内高产高效矿井发展的需要，煤机产品的质量可靠性要求也越来越高。面对复杂的工况条件，采煤机在使用过程中会经常遇到机器运行过程中的振动，检修过程中螺栓的多次拆卸、拧紧等一系列影响螺扣多次使用的因素存在，使得各部件的连接紧固件在长时间的使用过程中产生松动、甚至脱落，致使部件或采煤机在运转中损坏甚至酿成重大事故。采煤机整机联接的紧固性是采煤机质量提升重要标志，螺栓连接是工业设备结构中最常用最方便的方法之一，但螺母的防松技术一直是困扰机械设计的难题。防松垫圈垫片、双螺母结构、凸缘压点螺纹等等自锁结构形式，都是为了使紧固的螺母免于自行松脱，尤其在振动较强的机械设备上更为重要。

1 楔形螺纹防松原理

标准螺纹啮合后，啮合各牙的受力状态及其不均匀。前两牙受力之和一般可达螺栓张力的70%以上，这是一种很不稳定的受力状态，在强烈振动情况下，第一牙的应力可能超过屈服点而发生塑性变形，使第二牙螺纹承受应力并产生锁紧力，以此类推，承载负荷面将受力依次传递，造成螺纹依次的剪切和磨损，导致螺纹强度大幅下降，最终产生滑牙。

在30°楔形螺纹的阴螺纹的牙底处有一个30°的楔形斜面，当螺栓螺母相互拧紧时，螺栓的牙尖就紧紧地顶在阴螺纹的楔形斜面上，从而产生了很大的锁紧力。由于牙形角度的改变，使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴向成60°，而不是像普通螺纹那样的30°。传统的60°螺纹的法向压力P=1.15Pα；而30°楔形螺纹由于牙底有一个30 度角的楔形斜面，其法向压力的角度、大小均有改变，法向压力P=2Pα 。这样30°楔形螺纹与传统60°螺纹，二者的法向压力之比约等于12∶7，防松摩擦力相应地增加了。30°楔形螺纹的楔形面还可以消除普通螺纹受力不均匀、脱扣咬死等问题。显然30°楔形螺纹法向压力远远大于扣紧压力，因此,所产生的防松摩擦力也就必然增加了。

30°楔形螺纹由于结构独特，在其正常工作中，螺纹每牙均匀的承受负载，不存在应力集中。因此，就不会产生松脱或滑牙问题，疲劳强度也得到了成倍的改善。

2 楔形螺纹的加工难点

根据我公司现有产品特点，大部分螺纹加工采用钻削、丝锥攻丝的方法来获得成型螺纹，根据制造业楔形螺纹的加工方法，我们优选刀具——丝锥，下一阶段可考虑定制楔形螺纹车刀、铣刀来满足我们公司多设备使用。

目前，30°楔形螺纹技术已经得到普遍认可，在国内应用的地方越来越多，但在加工过程中存在几处技术难点：（1）该螺纹精度要求很高，加工难度较大；（2）标准螺纹检具是一通一止，但30°楔形螺纹为一通两止，对产品本身的加工精度有更高的要求，包括螺母孔径、垂直度等均有严格的要求；（3）标准螺母是先攻丝然后再做热处理，但是30°楔形防松螺母必须先热处理后攻丝来保证产品的稳定性，所以攻丝成本增加。