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      立体库货架的螺栓连接副中平垫和弹垫圈的作用

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      我们日常中经?;峥吹?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">螺栓连接副采用六角头螺栓+螺母+平垫+弹垫的形式,那么在货架安装中要使用这样的连接副么?或者再简化一下问题,货架中的螺栓连接要使用垫圈么?


      要了解这个问题,我们先要知道垫圈的作用。

      平垫圈

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      平垫圈的作用一般有以下几个:


      1、在螺栓需要经常拆卸的场合,为了?;け涣蛹谋砻娌槐换?,一般需要在螺母或螺栓头位置放置平垫圈。

      2、在一些摩擦系数要求比较精准的连接处,比如高强度预应力螺栓都是需要在螺母端放置平垫圈的,因为这种情况下螺栓、螺母、垫圈都是由同一厂家提供的,螺栓生产厂家需要对螺母和垫圈进行相应的处理,以保证螺母与垫圈间的摩擦系数保持一致性。

      3、当螺栓强度比较高,而被连接件的许用压应力比较低时,一般需要增加平垫圈来增加承压面的面积,承压面越大,压应力就越小,加平垫圈可有效的?;すぜ?。

      4、在有一些场合,为了保证两个连接件之间螺栓孔能一一对应,我们需要增加孔的直径;有时为了安装调整方便,螺栓孔会制成长孔,这样可以在一定范围内调节工件的安装位置,这种螺栓孔超出标准要求时就需要采用平垫圈或者加厚型平垫圈,甚至采用多个平垫圈。

      由此可以看出,平垫圈的作用主要是?;すぜ砻嬉约氨Vち哟Φ目煽啃?,使得连接能达到设计要求。

      弹垫圈

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      弹垫圈发明之初的作用主要有两点:一是有利于提高连接的疲劳强度,二是有利于连接的防松,但这个目的是否完全达到了呢?


      目前国内现行的弹垫圈标准是GB 93-87,来源于德国DIN127标准,但该标准只引用了DIN127的弹垫数据,却没有引用DIN127的适用范围,在DIN127中对弹垫的适用范围规定如下:

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      译文:应用范围和场合

      本标准规定的弹簧垫圈,设计适用于强度等级5.8及以下等级的螺栓连接中,或者是ISO898部分1的明确规定使用的场合。弹垫目的是为了防松(见DIN267第26部分),但在承受交变径向载荷作用时防松效果无效,弹垫设计适用于螺栓连接距离较短的情况。

      简单的说,对国内标准的六角头螺栓,弹垫只适用于C级普通螺栓(GB/T5780),即4.8级及以下等级的螺栓,弹垫虽然是设计用来防松,但却只适用于不甚重要的连接,而且这些连接对螺栓预紧力要求不高且承受的动荷载较小。


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      当需要用力矩法控制预紧力时,等级高的(8.8级及以上)螺栓所需要的拧紧力矩是巨大的,开口的弹垫在这个力矩作用之下,会被完全压平/扁,出现胀圈现象甚至断裂,反而降低了螺栓预紧力,而预紧力的损失,又会增加松动的可能,使得弹垫失效甚至起到反效果,这一点已经得到了各界的认可注①。在建筑钢结构领域,螺栓连接基本都是需要预紧力的,所以不用弹垫圈,标准连接副是螺栓+螺母+平垫。

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      那么,弹垫圈到底什么时候用?在以下场合可以使用:

      1.一般用于对螺栓预紧力要求不高,且动载荷较小的场合。
      2.当螺栓的夹持长度(被固定板的厚度)比较短时,螺栓应力松弛比较明显,弹簧垫圈可以弥补应力松弛。

      通俗的来说,就是当螺栓没有预紧力(安装扭矩)需求,只需要拧紧即可,而且被固定板比较薄时,弹簧垫圈还是有作用的,可以起到一定的防松效果,一旦螺栓安装时有扭矩要求,那么弹垫圈不适用。

      结论


      经过上述分析,货架中到底是否要使用垫圈,结论如下:

      1、平垫一般是需要的,可以用来?;すぜ疤岣吡拥目煽啃?。通常在螺母端使用1个,当需要?;すぜ砻媸?,螺栓头端再增加一个;在长孔或者过大圆孔处,一般使用加厚平垫或者多个垫片,视情况而定;

      2、弹垫需要根据具体情况来决定是否需要,当螺栓有明确的拧紧力矩(预紧力)需求时,不需要弹垫,如底座固定、锚栓固定及其他重要的板-板固定的情况,均不需要加弹垫;当连接处于非关键点,螺栓拧紧即可的位置或者由于货架的冷弯薄壁特殊结构导致无法拧紧的位置(拧紧会破坏被连接构件的截面形状),可以采用弹垫圈用于防松;

      3、法兰面螺母、螺栓及其他特种防松螺母是不需要垫圈的;

      4、如果货架中存在直接承受频繁动荷载的连接,从连接的可靠性、紧固程度及防松效果来看,最佳解决方案是采用高强度螺栓摩擦型连接设计,能达到类似焊接的效果。

      注①:

      1)典型的螺旋弹簧垫圈,在螺栓紧固的时候起到弹簧的作用??墒?,当螺栓被完全紧固的时候,垫圈一般来讲是变平了,在这个时候,完全可以将它当作一体平垫圈,它的锁紧功能根本不存在。
      NASA Reference publication1228(1990) -Washers-Lockwashers
      2)只从防松角度讲,螺母下加弹簧垫圈不如加平垫圈,加平垫圈不如不加垫圈。
      李景林 弹簧垫圈防松
      3)弹簧垫圈虽然比较普遍的应用在防松领域,但是实际上防松效果非常不理想,英国螺栓科技公司做过实验,在有横向振动的情况下,加弹簧垫圈的螺母比单独使用螺母松动更快。
      比尔·伊克赛斯博士 螺母和螺栓为何会松动
      4)采用弹簧垫圈能提高联接的疲劳强度,但不利于联接的可靠性以及防松。
      唐进元 弹簧垫圈功能分析




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