SKS防松紧固件棘齿弹簧垫圈损坏原因及改进.pdf

第3 0 卷第1 期 2 0 1 3 年1 月 吉林化 工 学院学报 J O U R N A LO FJ I L I NI N S T I T U T EO FC H E M I C A LT E C H N O L O G Y V 0 1 3 0N o 1 J a n 2 0 1 3 文章编号：1 0 0 7 - 2 8 5 3 ( 2 0 1 3 ) 0 1 - 0 0 5 2 - 0 3 S K S 防松紧固件棘齿弹簧垫圈损坏原因及改进 朱洪江1 ，邢雪2 ，于东林1 ( 1 吉林化工学院机电工程学院，吉林吉林1 3 2 0 2 2 ；2 吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林1 3 2 0 2 2 ) 摘要：对S K S 防松紧固件棘齿弹簧垫圈损坏的主要原因做了深入研究，通过详细的受力分析，找出了结 构设计的不足，提出了有效的改进方法，消除了由应力集中产生的损坏并给出了改进前后的对比设计 图和改进前后的实物照片 关键词：棘齿；应力集中；硬度；结构设计 中图分类号：0 4 3 ；T G1 1 5 2 1 3文献标志码iA 在矿山机械等重工业生产设备的制造中，经 常要用到防松螺栓紧固件目前，各种紧固件采用 的防松手段也不尽相同某紧固技术公司新开发 研制了一款新的防松螺栓紧固件，理念也较为先 进，但作为防松的主要构件棘齿弹簧垫圈却因频 繁出现损坏而迟迟不能投入批量生产，同时也给 需要使用该产品的厂家和用户造成了诸多不便和 一定的经济损失 经反复认真的观察和深入的分析，认为重点 应改进弹簧垫圈棘齿的结构设计，即提高棘齿的 长厚比，同时还应增大棘齿弹簧垫圈与被紧固件 的接触面积，避免因结构设计缺陷产生过度的应 力集中，并在保证回火屈氏体组织的前提下适当 降低回火硬度，以提高棘齿的形变能力圳 1 棘齿弹簧垫圈的损坏形式 棘齿弹簧垫圈的损坏形式，如图1 所示 图1棘齿弹簧垫圈损坏形式 由图1 可以看出，棘齿弹簧垫圈损坏的主要 形式都是沿棘齿内侧的开口根部延伸破坏的，原 因就是棘齿的结构设计不合理，致使应力集中过 大，从而造成损坏 2 棘齿弹簧垫圈的装配和受力分析 2 1 棘齿弹簧垫圈的使用结构 如图2 所示 图2 棘齿弹簧垫圈装 2 2 棘齿弹簧垫圈的受力分析 如见图3 所示 图3 棘齿弹簧垫圈受力分析 收稿日期：2 0 1 2 - 0 9 1 9 作者简介：朱洪江( 1 9 5 6 一) ，男，吉林永吉人，吉林化工学院高级实验师，主要从事金相热处理及机械设计的方面的研 究 万方数据 第1 期 朱洪江，等：S K S 防松紧固件棘齿弹簧垫圈损坏原因及改进 从损坏的实物垫圈观察分析，导致破坏的原 因基本上有如下几种： ( 1 ) 螺栓和螺栓孔之间的配合间隙过大，这 种情况在一定程度上减少了棘齿弹簧垫圈与被紧 固件的有效接触面积，从而使垫圈内侧所承受锁 紧力F 。作用下产生的压强过大，其结果对棘齿弹 簧垫圈内侧部分的机械损伤是显而易见的，如图 2 所示 ( 2 ) 棘齿的长厚比不够大 在螺栓锁紧过程中，作用在棘齿点1 处的外 力为F 由于棘齿的长厚比不够大，从而导致棘 齿的弹性变形较为困难，故很难通过弹性变形消 耗一部分F 。，那么以点2 处为支撑传递到点3 处 的作用力F ，也就相应非常大 ( 3 ) 结构设计存在不合理的应力集中点 由图3 可见，螺母和棘齿弹簧垫圈接触面的 外圆几乎与棘齿的内侧圆相重合该结构设计导 致应力集中点的两侧分别存在较大的两个作用力 F 3 和F 4 ，二者方向相反由于F 3 与F 4 超过了允 许值，垫圈必然会从不合理的应力集中处沿棘齿 内侧圆方向被撕裂J ( 4 ) 材料硬度值偏高 经过对损坏的棘齿弹簧垫圈的硬度检测， H R C 值为4 6 4 8 对于棘齿的长厚比不够大的弹 簧垫圈来说，这种回火硬度明显是偏高的，其韧性 也是偏差的旧 3 改进措施 将原设计结构图进行修改，修改前后的结构 对比，如图4 所示 图4 改进前后对照图 硬度由硬度检测知，被损坏的棘齿弹簧垫圈的硬 度值为H R C4 6 4 8 ，明显偏高所以可在保证中 温回火屈氏体组织的前提下适当降低棘齿弹簧垫 圈的回火硬度 经多次实践后，最终决定将回火后的硬度值 定在H R C 3 9 4 1 建议尽量减小螺栓与螺栓孔间的配合间隙， 尽可能的增大棘齿弹簧垫圈与被紧固件的接触面 积，将机械损伤的程度降到最低 改进后的实物照片如图5 所示 图5 改进后的棘齿弹簧垫圈 4 结论 韬 ( 1 ) 经实践检验，采取上述措施改进的棘齿 弹簧垫圈安装至今无一例损坏说明改进措施是 成功的，效果是良好的 ( 2 ) 通过对棘齿弹簧垫圈的改进，即为批量 生产打下了坚实的技术基础，也为使用该产品的 用户提供了安全的技术保障 ( 3 ) 在为生产企业提高了经济效益的同时也 为用户避免了不必要的经济损失 切割口 参考文献： ， 由图4 可知，改进后的棘齿弹簧垫圈大大改 善了棘齿的长厚比，提高了棘齿的弹性变形能力， 大大吸收了促使棘齿产生变形的作用力F 。的能 量，从而降低了F 。同时也增大了棘齿内侧与被 紧固件之间的接触面积，减小了F 4 形成的压强 进而避免了应力集中 改进热处理工艺，降低棘齿弹簧垫圈的回火 1 王月梅理论力学 M 北京：机械工业出版社， 2 0 0 4 2 刘鸿文简明材料力学 M 北京：高等教育出版 社，2 0 0 8 3 周风云工程材料及应用 M 武汉：华中科技大学 出版社，2 0 0 2 4 王选逵机械制造工艺学 M 北京：机械工业出版 社，2 0 0 6 5 鄢立群机械设计基础 M 北京：化学工业出版 社，2 0 1 1 6 何铭新，钱可强，徐祖茂，等机械制图 M 北京： 高等教育出版社，2 0 1 0 万方数据 吉林化工学院学报 2 0 1 3 正 7 吉林工业大学金相教研室热处理基本知识 M 北京：机械工业出版社，1 9 8 2 8 上海市金属切削技术协会金属切削手册 M 上海：上海科学技术出版社，1 9 8 4 F a i l u r eA n a l y z i n ga n dM e n d i n go fR a t c h e tT o o t ho ft h eC h e c k b a c k S p r i n gW a s h e rf o rt h eS K SF a s t e n i n g s Z H UH o n g - j i a n 9 1 ，X I N GX u e l ，Y UD o n g l i n l ( 1 C o l l e g eo fM e c h a n i c a l E l e c t r i c a lE n 百n e e r i n g ，J i l i nI n s t i t u t eo fC h e m i c a lT e c h n o l o g y ，J i l i nC i t y1 3 2 0 2 2 ，C h i n a ；2 C o l l e g eo f I n f o r m a t i o na n dC o n t r o lE n g i n e e r i n g ，J i l i nI n s t i t u t eo fC h e m i c a lT e c h n o l o g y ，J i l i nC i t y1 3 2 0 2 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：I nt h i sp a p e r ，f a i l u r em o d eo fr a t c h e tt o o t ho fc h e c kb a c ks p r i n gw a s h e rf o rt h eS K Sf a s t e n i n g si s a n a l y z e db ym e c h a n i c sa n a l y s i sa n dm e n d i n gm e t h o d sa n df u r t h e rs t r u c t u r ed e s i g na r ea l s op r o v i d e dh e r e ， w h i c ha r ee f f e c t i v et oe l i m i n a t et h es t r e s sc o n c e n t r a t i o n P i c t u r e so ft h ef o r m e rd e s i g n e dw a s h e ra n dr e d e s i g n e d w a s h e ra y ea l s op r o v i d e dh e r ef o rc o n t r a s t i n g K e yw o r d s ：r a t c h e tt o o t h ；s t r e s sc o n c e n t r a t i o n ；h a r d n e s s ；s t r u c t u r ed e s i g n 斗e 斗e 镰e 斗窜斗e * 枣斗e 斗留心斗e 艇：斗皋牛搴斗枣斗绯斗g 艇斗g 艇斗e 牛皋艇! 艇! 艇! 斗g 艇斗g 斗e 斗g 斗枣斗e 斗皋) 卜e * 绯斗枣斗e 牛e 斗辜拍! * e 斗e 珥电 ( 上接第5 1 页) 参考文献 1 林必梁电气工程师手册 J 北京：机械工业出版 社，1 9 8 6 ( 1 3 ) ：3 8 - 4 0 2 朱启林。电力电缆故障测试方法与案例分析 J 北京：机械工业出版社，2 0 0 8 ( 1 ) ：1 3 1 9 3 李建明朱康高压电气设备试验方法 J 北京： 中国电力出版社，2 0 0 5 ( 2 0 ) ：2 3 2 2 3 3 4 刘凡电力电缆故障定位技术的应用研究 J 电气 应用，2 0 1 0 ( 9 ) ：6 4 - 6 5 5 殷俊河电力线路故障实例分析及防止措施 J 北京：水利水电出版社，2 0 1 0 ( 6 ) ：4 8 - 5 2 D i s c u s s i o no nt h eH i g hV o l t a g eP o w e rC a b l eF a u l to fL o c a t o rT e c h n o l o g y J I N GK e ，X I EZ h a ( N o 1P o w e rP l a n t ，P e t r o C h i n aJ i l i nP e t r o C h e m i c a lC o m p a n y ，J i l i nC i t y1 3 2 0 2 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：H i g hv o l t a g ep o w e rc a b l e sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nv a r i o u se n t e r p r i s e s C a b l ef a u l tc a nh a r d l yb e a v o i d e db e c a u s eo fe n v i r o n m e n t a l ，g e o l o g i c a la n dh u m a nf a c t o r s I tw i l ld i r e c t l ye n d a n g e rt h es a f e t yo fp o w e r s y s t e m ，t h es t a b i l i t yo fp o w e rs u p p l ya n dt h es a f e ，s t a b l eo p e r a t i o no fp l a n ti nc a s eo ft h ep o w e rc a b l ef a i l u r e I t i sad i l e m m ae l e