Lockerung vonSchraube und MutterVerbindungen sind ein häufiges Fehlerproblem im Maschinenbau, das in der Verbindungsindustrie schon immer ein heißes Forschungsthema war. Basierend auf praktischer Montageerfahrung und tatsächlichen Arbeitsbedingungen sortiert dieses Dokument gängige Anti-Lockerungs-Strukturen für Schrauben und Muttern und erläutert das Funktionsprinzip, die anwendbaren Szenarien und die inhärenten Mängel jeder Anti-Lockerungsmethode. Gleichzeitig wird der Kernmechanismus der langfristigen Anti--Lockerungsleistung von selbst{6}sichernden Muttern erklärt und zuverlässige Referenzen für die Auswahl von Verbindungselementen vor Ort und die Formulierung des Montageprozesses bereitgestellt.
1. Gängige Anti--Lockerungsarten und -Prinzipien vonSchrauben und Muttern
1.1 Doppelmutter gegen -Lösen (Stumpfmutter gegen -Lösen)
Auch bekannt als Stoßmutter--Lockerung. Nachdem zwei Muttern gegeneinander angezogen werden, entsteht zwischen ihnen eine kontinuierliche axiale Druckkraft, die auf die ineinandergreifenden Gewindekontaktflächen wirkt. Je fester die beiden Muttern angezogen werden, desto größer ist der normale Druck auf die Gewindekontaktflächen sowie das Reibungsmoment zwischen Gewindepaaren. Beim Lösen der Muttern durch Drehung muss die große Reibungskraft zwischen den ineinandergreifenden Gewinden überwunden werden. Selbst wenn die äußere Belastung während des Gerätebetriebs schwankt, bleibt der Anpressdruck zwischen zwei Muttern konstant, wodurch eine nachhaltige Anti-Lockerungswirkung erzielt wird.
Anwendbare Szenarien: Geeignet für Schraubverbindungen mit oder ohne Vorspannungsanforderungen, nur anwendbar bei Arbeitsbedingungen mit leichten Vibrationen und stabiler Belastung.
Nachteile: Nimmt großen axialen Installationsraum ein, begrenzt die Lockerungsfähigkeit und fällt unter starken Vibrationsbedingungen leicht aus.
1.2 Konkave -konvexe Anti--Lockerungsmutter mit fester Verriegelung
Die Hard Lock Anti-Lockerungsmutter besteht aus einer unteren konvexen Mutter und einer oberen konkaven Mutter für den passenden Einsatz. Die untere konvexe Mutter verfügt über eine exzentrische Bearbeitung mit leichtem Mittenversatz, um die Rolle eines Keilblocks zu übernehmen. Die obere konkave Mutter wird zu einem standardmäßigen konzentrischen Kreis ohne Mittenabweichung verarbeitet. Die Verbindungsflächen der oberen und unteren Muttern sind allesamt kegelförmige, konkave-konvexe Flächen, die eine mechanische, selbst-selbstsichernde Struktur bilden, ähnlich dem Hammerkeilen nach dem Anziehen.
Eine kleine axiale Vorspannung kann einen großen radialen Verriegelungsdruck auf konischen Verbindungsflächen erzeugen. Der Druck wird synchron auf die ineinandergreifenden Gewinde übertragen, wodurch das Reibungsmoment sowohl auf den Gewindekontaktflächen als auch auf den konkav-konvexen, sich verjüngenden Oberflächen stark erhöht wird. Es blockiert die Tendenz zur Gewindedrehung mechanisch und bietet eine hervorragende Anti-Lockerungsleistung.
Anwendbare Szenarien: Gilt für Schraubverbindungen mit oder ohne Vorspannungsanforderungen und kann für den Langzeitbetrieb unter rauen Arbeitsbedingungen mit hochfrequenten starken Vibrationen und wechselnden Belastungen verwendet werden.
Nachteile: Erfordert eine extrem hohe Bearbeitungspräzision aufgrund der exzentrischen Struktur, einen schwierigen Produktionsprozess und hohe Beschaffungskosten.
1.3 Spiralock Anti-Lockerungsmutter
Das zentrale Strukturmerkmal von Spiralock-Muttern ist eine keilförmige 30-Grad-Flanke, die am Grund des Innengewindes eingearbeitet ist. Wenn Schrauben und Muttern angezogen werden und ineinandergreifen, drückt die Spitze des Schraubengewindes eng gegen die keilförmige Neigung des Innengewindes, um eine hochfeste, starre Verriegelungskraft zu erzeugen.
Bei normalen Standardgewinden beträgt der eingeschlossene Winkel zwischen der normalen Kontaktkraft auf den Gewindeoberflächen und der Schraubenachse 30 Grad. Spiralock-Gewinde verändern den Gewindeprofilwinkel, sodass der eingeschlossene Winkel 60 Grad erreicht. Der normale Druck der Gewindepaare ist weitaus größer als der axiale Befestigungsdruck, was den Reibungswiderstand erheblich verbessert und das Drehen des Gewindes gründlich eindämmt.
Anwendbare Szenarien: Gilt nur für Verbindungsstrukturen, die eine stabile Vorspannung erfordern, und die verbundenen Teile dürfen nicht aus übermäßig weichen Materialien bestehen.
Nachteile: Der Anti-lockerungseffekt wird vollständig versagen, sobald die Schraubenvorspannung nachlässt; Es ist ein größeres Anzugsdrehmoment erforderlich, um den Reibungswiderstand zwischen den Gewindezähnen zu überwinden und die erforderliche Schraubenvorspannung zu erreichen.
1.4 Geteilte Federscheibe gegen -Lockern
Nachdem die Mutter festgezogen wurde, um die geteilte Federscheibe zu glätten, erzeugt die Unterlegscheibe eine kontinuierliche elastische Rückstellkraft, um das Innen- und Außengewinde eng aneinander zu halten. Das durch die konstante Kontaktkraft erzeugte Reibungsmoment verhindert die Drehung der Mutter. Währenddessen greifen scharfe Schneidkanten an der geteilten Öffnung in die Unterseite der Mutter bzw. die Oberfläche der verbundenen Teile ein und verhindern so durch physikalische Verriegelung noch mehr die relative Drehung der Muttern.
Anwendungsbeschränkungen: Nicht geeignet für Verbindungen mit ultra-harten Verbindungsflächen; Die Schneidkanten können sich nicht in harten Untergründen festsetzen und verlieren ihre Anti-Lockerungsfunktion vollständig. Es ist auch nicht auf Verbindungen anwendbar, die eine hohe Vorspannung erfordern, da es die Vorspannungsabschwächung der Schrauben beschleunigt.
1.5 Konische Federscheibe gegen -Lockern
Es verfügt über das gleiche Anti-Lockerungsprinzip wie gewöhnliche geteilte Federscheiben und beruht auf der elastischen Rückprallkraft nach dem Zusammendrücken, um Gewindepaare zusammenzudrücken und eine Anti-Lockerung durch Reibung zu bewirken. Im Vergleich zu gewöhnlichen geteilten Federscheiben haben konische Federscheiben eine höhere strukturelle Steifigkeit und können bei gleichem Kompressionshub einen größeren Axialdruck erzeugen, was zu einer besseren Stabilität und Leistung gegen Lockerung führt.
Anwendungsbeschränkungen: Immer noch nicht geeignet für hochpräzise Verbindungsteile mit strengen Vorspannungsanforderungen.
1,6 Nord-Lock Dual-selbstsichernde Unterlegscheibe
Diese Art von Unterlegscheibe wird paarweise verwendet, mit großen, geneigten Zähnen auf einer Seite und radialen Anti-Rutsch-Zackungen auf der anderen Seite. Bei der Montage werden zwei Unterlegscheiben umgekehrt eingebaut, wobei die geneigten Zahnflächen einander zugewandt sind. Nach dem Anziehen greifen die äußeren Radialverzahnungen fest in die Endfläche der Mutter und die Oberfläche des verbundenen Teils, um die äußeren Kontaktflächen vollständig zu fixieren, sodass nur ein relatives Gleiten zwischen den inneren geneigten Zahnflächen zweier Unterlegscheiben verbleibt.
Wenn Schrauben dazu neigen, sich zu lösen und zu drehen, erzeugt der Keilhebeeffekt zwischen den inneren geneigten Zahnflächen eine axiale Hubkraft. Der durch die Unterlegscheiben erzeugte Hubweg ist größer als der durch das Lösen des Gewindes verursachte axiale Hubweg, wodurch die Lockerungstendenz des Gewindes umgekehrt blockiert und eine dauerhafte Anti-Lockerungswirkung erzielt wird.
Anwendungsbeschränkungen: Kann nicht für ultra-harte oder ultra-weiche Gelenkoberflächen verwendet werden. Die Unterlegscheibe hat eine bestimmte Einbaurichtung und verliert ihre Anti-Lockerungsfunktion, wenn sie umgekehrt eingebaut wird. Sie gilt auch für lose Verbindungen ohne Vorspannung.
2. Grundprinzip der Nicht-LockerungSelbst-sichernde Muttern
Die langfristige -Anti--Lockerungsleistung vonselbst-sichernde Mutternstammt aus einer speziell optimierten, nicht-Standard-Thread-Struktur.
An der Wurzel des Innengewindes selbstsichernder Muttern wird eine keilförmige Neigung von 30 Grad verarbeitet. Nach dem Ineinandergreifen und Festziehen drücken die Gewindespitzen der Schraube fest gegen die keilförmigen Schrägen, um eine hochfeste mechanische Verriegelungskraft zu erzeugen. Bei standardmäßigen 60-Grad-V--Gewinden beträgt der eingeschlossene Winkel zwischen normaler Kontaktkraft und Schraubenachse 30 Grad, während sich der eingeschlossene Winkel bei selbstsichernden Gewinden auf 60 Grad ändert, was zu einer grundlegenden Änderung des Spannungszustands führt.
Vergleich der mechanischen Kräfte: Bei gleicher axialer Schraubenspannung P0 beträgt die normale Kontaktkraft von Standardgewinden nur 1,15 P0, während die von selbstsichernden Gewinden 2 P0 erreicht. Das Kraftverhältnis der beiden beträgt etwa 7:12, was die Anti-Lockerungs-Reibungskraft von Gewindepaaren erheblich verbessert.
Darüber hinaus lösen selbstsperrende Threads den inhärenten Defekt der ungleichmäßigen Belastung gewöhnlicher Threads. Bei herkömmlichen 60-Grad-V--Gewinden tragen das erste und das zweite in Eingriff befindliche Gewinde 70–80 % der Gesamtlast, während die übrigen Gewinde fast keine Last tragen. Unter langfristigen Vibrationen und wechselnden Belastungen neigen die vorderen Gewinde zu einem Überlastungsbruch, was zu einem schnellen Nachlassen der Klemmkraft, einer Lockerung der Gewindedrehung und sogar zum Festfressen und Abisolieren des Gewindes führt.
Selbsthemmende Gewinde verteilen die Last über keilförmige Schrägen gleichmäßig auf alle in Eingriff befindlichen Gewindegänge und sorgen so für eine synchrone Belastung aller Gewinde. Es vermeidet lokale Gewindeüberlastungsausfälle, eliminiert grundsätzlich die durch Vibrationen verursachte Schraubenlockerung und erzielt eine wartungsfreie, langfristige-Lockerungswirkung.
