设备装在车、船、工程机械上,或者装在持续有振动的场合,用一段时间后出现一个问题:外壳的螺丝松了。看起来是小事,后果不一定小——堵头螺丝松了,配合面张开,防护性能下降;内部固定螺丝松了,电路板移位,可能造成短路或者接触不良。铝合金外壳用在振动环境下,螺钉防松是要专门设计的。今天把这件事讲清楚。
先理解螺丝为什么会松。常见的原因有几个。一是振动:振动会让螺纹副之间产生微小的相对运动,一次次往复,螺丝就一点点退出来了。二是预紧力衰减:螺丝拧紧靠的是预紧力,如果连接件之间有弹性、或者材料有轻微压缩,预紧力会随时间衰减,螺丝就松了。三是热胀冷缩:设备工作时温度变化,外壳、螺丝、内部件的膨胀率不同,界面会发生变化,预紧力波动。四是铝材本身的特性:铝比钢软,在铝材上拧螺丝,长期受力后螺纹处会轻微变形,预紧力下降更快。
外壳上哪些位置的螺丝最需要防松?大致有三处。第一处是两侧堵头的连接螺丝,常规机型两侧各4颗、小尺寸机型两侧各2颗,这些螺丝一旦松动,堵头和主体的配合面会张开,直接影响密封和结构完整。第二处是内部固定件,固定电路板或者内部模块的螺丝,松动会导致内部件移位。第三处是安装结构,比如安装耳上的固定螺丝,松动直接关系到外壳会不会从设备上脱开。
防松有几种做法,效果和适用场合不同。
做法一,弹簧垫圈。在螺丝头和连接面之间垫一个弹垫,弹垫被压紧后产生持续的反作用力,能补偿一部分预紧力衰减,同时增加摩擦阻力。这是最常见、成本最低的做法,适合一般振动场合。它的局限是防松能力有限,强振动下时间长了仍可能松动。
做法二,螺纹胶。在螺丝的螺纹上涂一层螺纹锁固胶,胶固化后把螺纹副粘住,阻止相对转动。按强度分几种:低强度的可以手工拧开、中强度需要工具、高强度要用加热或者专用工具拆。这是防松效果比较好的做法,适合强振动、且不需要频繁拆装的位置。用的时候要选对强度等级——选错了要么防不住松,要么维护时拧不开。
做法三,自锁螺母或者带尼龙嵌件的螺母。这类螺母内部有一段尼龙的嵌件,拧入时螺纹切入尼龙形成阻力,靠这个阻力防松。防松效果好,而且可以反复拆装一定次数。适合需要维护、又要防松的位置。缺点是对螺纹有一定磨损,拆装次数多了尼龙嵌件会失效。
做法四,齿形垫圈或者止动垫片。齿形垫圈表面有细齿,被压紧时齿咬住连接面和螺丝头,增加摩擦。止动垫片通过一个折角卡住螺丝的六角面,机械阻止它转动。这类方式防松可靠、可重复使用,适合对防松要求高、又希望可维护的位置。
做法五,加大预紧力。很多松动其实是预紧力不够造成的。螺丝拧得足够紧,螺纹副之间的摩擦阻力大,抗振动退出的能力就强。但这里有一个铝材特有的约束:铝的螺纹强度低,如果用力过大,会把铝螺纹拧滑牙。所以在铝件上用加大扭矩的做法要谨慎,扭矩要控制在合理范围,宁可配合上面几种机械防松方式,也不要靠一味拧紧。
怎么按场景选?室内基本无振动——普通螺丝加弹垫就够。一般振动(比如普通的运输颠簸、轻微的机械振动)——弹垫加适度预紧,或者用齿形垫圈。强振动(车载、船用、工程机械、长期持续振动)——用螺纹胶或者自锁螺母,关键位置可以再加机械止动。需要频繁维护的位置——用自锁螺母或者可拆强度的螺纹胶,避免用高强度螺纹胶把维护堵死。
还有几个和铝外壳相关的注意点。第一,最好用压装不锈钢螺母来承受需要反复拆装的螺纹,而不是在铝材上直接攻丝。铝螺纹在振动下磨损快,压装钢螺母的螺纹强度高、耐用。第二,装配扭矩要有标准,不能用电动工具随意猛拧。铝螺纹滑牙了就修不回来,只能换件。第三,振动环境下的设备,建议做一轮振动测试,测完把外壳上的螺丝逐个复拧检查,看哪些位置松了,针对性加强。这一步能验证防松方案是否有效。第四,防松件本身也是配件,选型和采购要提前安排,尤其专用件、特种胶,不是随时都有。
从设计开始就考虑防松,比事后补救省事。防松方案涉及螺丝的规格、螺纹位置的材料厚度、是否用压装螺母、是否需要预留沉孔配合垫圈,这些都是结构层面的决定。如果外壳已经做完,再想加防松措施,往往受限于空间和结构,只能做有限补救。所以在设计阶段就说明"这个产品用在有振动的环境",让工程师把防松方案一并设计进去,之后才不会为松动的螺丝反复返工。
扎根佛山十多年的广东铝型材外壳工厂广州大蓝铝业,主体和两侧堵头的连接结构、螺纹位置、沉孔和安装结构都能按防松要求设计和加工,关键位置可用压装不锈钢螺母承受反复拆装,装配扭矩按标准控制,支持先打样并复拧验证,没有最小起订量要求。
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