Tipos anti-afrouxamento de parafusos e porcas e princípio anti-afrouxamento de porcas autotravantes

Afrouxamento deparafuso e porca conexões é um problema de falha comum na engenharia mecânica, que sempre foi um tema de pesquisa importante na indústria de fixadores. Com base na experiência prática de montagem e nas condições reais de trabalho, este documento classifica as principais estruturas anti-afrouxamento para parafusos e porcas, elabora o princípio de funcionamento, cenários aplicáveis ​​e defeitos inerentes de cada método anti-afrouxamento. Enquanto isso, explica o mecanismo central do desempenho anti-afrouxamento de longo prazo das porcas autotravantes, fornecendo referências confiáveis ​​para a seleção de fixadores no local e formulação do processo de montagem.

1. Tipos comuns de anti-afrouxamento e princípios deParafusos e Porcas

1.1 Anti-afrouxamento de porca dupla (anti-afrouxamento de porca de topo)

Também conhecido como anti-afrouxamento de porca de topo. Depois que duas porcas são apertadas uma contra a outra de forma reversa, uma força de compressão axial contínua será gerada entre elas e atuará nas superfícies de contato da rosca entrelaçada. Quanto mais apertadas as duas porcas estiverem travadas, maior será a pressão normal nas superfícies de contato da rosca, bem como o torque de atrito entre os pares de roscas. Qualquer afrouxamento rotacional das porcas deve superar a grande força de atrito entre as roscas entrelaçadas. Mesmo que a carga externa flutue durante a operação do equipamento, a pressão do macaco entre duas porcas permanece constante, proporcionando um efeito anti-afrouxamento sustentável.

Cenários Aplicáveis: Adequado para conexões aparafusadas com ou sem requisitos de pré-carga, aplicável apenas a condições de trabalho com leve vibração e carga estável.

Desvantagens: Ocupa grande espaço de instalação axial, capacidade anti-afrouxamento limitada e falha facilmente sob condições severas de vibração.

1.2 Porca anti-afrouxamento côncavo-convexa Hard Lock

A porca anti-afrouxamento Hard Lock consiste em uma porca convexa inferior e uma porca côncava superior para uso combinado. A porca convexa inferior adota usinagem excêntrica com leve deslocamento central para desempenhar o papel de um bloco de cunha; a porca côncava superior é processada em um círculo concêntrico padrão sem desvio central. As superfícies de junta das porcas superior e inferior são todas superfícies côncava-convexas cônicas, formando uma estrutura mecânica de travamento automático semelhante à cunha do martelo após o aperto.

Uma pequena pré-carga axial pode gerar uma enorme pressão de travamento radial em superfícies de juntas cônicas. A pressão é transmitida às roscas entrelaçadas de forma síncrona, aumentando consideravelmente o torque de fricção nas superfícies de contato da rosca e nas superfícies cônicas côncavo-convexas. Bloqueia mecanicamente a tendência de rotação da rosca e proporciona excelente desempenho anti-afrouxamento.

Cenários Aplicáveis: Aplicável a conexões aparafusadas com ou sem requisitos de pré-carga e pode ser usado para serviços de longo prazo sob condições de trabalho adversas com vibração severa de alta frequência e cargas alternadas.

Desvantagens: Requer precisão de usinagem extremamente alta para estrutura excêntrica, processo de produção difícil e alto custo de aquisição.

1.3 Porca anti-afrouxamento Spiralock

A principal característica estrutural das porcas Spiralock é uma inclinação em forma de cunha de 30 graus usinada na raiz das roscas internas. Quando os parafusos e porcas são apertados e encaixados, a ponta das roscas dos parafusos pressiona firmemente contra a inclinação em forma de cunha das roscas internas para formar uma força de travamento rígida de alta resistência.

Para roscas comuns padrão, o ângulo incluído entre a força de contato normal nas superfícies da rosca e o eixo do parafuso é de 30 graus. As roscas Spiralock alteram o ângulo do perfil da rosca, fazendo com que o ângulo incluído alcance 60 graus. A pressão normal dos pares de roscas é muito maior que a pressão de fixação axial, o que melhora muito a resistência ao atrito e restringe completamente o afrouxamento rotacional da rosca.

Cenários Aplicáveis: Aplicável apenas a estruturas de conexão que exigem pré-carga estável e as peças conectadas não devem ser feitas de materiais excessivamente macios.

Desvantagens: O efeito anti-afrouxamento falhará completamente quando a pré-carga do parafuso diminuir; é necessário um torque de aperto maior para superar a resistência ao atrito entre os dentes da rosca e atingir a pré-carga necessária do parafuso.

1.4 Arruela de pressão dividida anti-afrouxamento

Depois que a porca é apertada para achatar a arruela de pressão dividida, a arruela gera uma força de retorno elástica contínua para manter as roscas internas e externas bem ajustadas. O torque de fricção formado pela força de contato constante impede a rotação da porca. Enquanto isso, arestas de corte afiadas na abertura dividida são incorporadas na superfície inferior da porca e na superfície das peças conectadas, respectivamente, evitando ainda mais a rotação relativa das porcas através do travamento físico.

Limitações do aplicativo: Não adequado para conexões com superfícies de junta ultraduras; as arestas de corte não podem ser incorporadas em substratos duros e perdem completamente a função anti-afrouxamento. Também não é aplicável a conexões que requerem alta pré-carga, pois acelerará a atenuação da pré-carga dos parafusos.

1.5 Arruela de pressão cônica anti-afrouxamento

Ele compartilha o mesmo princípio anti-afrouxamento das arruelas de pressão divididas comuns, contando com a força de rebote elástico após a compressão para comprimir pares de fios e realizar o anti-afrouxamento por fricção. Em comparação com as arruelas de pressão divididas comuns, as arruelas de pressão cônicas têm maior rigidez estrutural e podem fornecer maior pressão axial sob o mesmo curso de compressão, proporcionando melhor estabilidade e desempenho anti-afrouxamento.

Limitações do aplicativo: Ainda não é adequado para peças de conexão de alta precisão com requisitos rígidos de pré-carga.

1.6 Arruela autotravante de camada dupla Nord-Lock

Este tipo de arruela é utilizada aos pares, com dentes inclinados de grande ângulo de um lado e serrilhados radiais antiderrapantes do outro lado. Durante a montagem, duas arruelas são instaladas inversamente com as superfícies dos dentes inclinadas voltadas uma para a outra. Após o aperto, as serrilhas radiais externas mordem firmemente a face da extremidade da porca e a superfície da peça conectada para fixar completamente as superfícies de contato externas, deixando apenas o deslizamento relativo entre as superfícies internas dos dentes inclinados das duas arruelas.

Quando os parafusos tendem a afrouxar e girar, o efeito de elevação em cunha entre as superfícies internas inclinadas dos dentes gerará força de elevação axial. A distância de levantamento gerada pelas arruelas é maior que a distância de levantamento axial causada pelo afrouxamento da rosca, o que bloqueia inversamente a tendência de afrouxamento das roscas e consegue um efeito anti-afrouxamento permanente.

Limitações do aplicativo: Não pode ser usado para superfícies articulares ultraduras ou ultramacias. A arruela possui direção de instalação específica e perde a função anti-afrouxamento se instalada ao contrário. Também é inválido para conexões soltas sem pré-carga.

2. Princípio Básico de Porcas Autotravantes que Não Afrouxam

O desempenho anti-afrouxamento a longo prazo deporcas autotravantesorigina-se de uma estrutura de thread não padrão especialmente otimizada.

Uma inclinação em forma de cunha de 30 graus é processada na raiz das roscas internas das porcas autotravantes. Depois de encaixar e apertar, as pontas das roscas dos parafusos pressionam rigidamente contra as encostas em forma de cunha para formar uma força de travamento mecânico de alta resistência. Para roscas comuns em forma de V padrão de 60 graus, o ângulo incluído entre a força de contato normal e o eixo do parafuso é de 30 graus, enquanto o ângulo incluído muda para 60 graus para roscas autotravantes, levando a uma mudança fundamental no estado de tensão.

Comparação de força mecânica: Sob a mesma tensão axial do parafuso P0, a força de contato normal das roscas comuns padrão é de apenas 1,15P0, enquanto a das roscas autotravantes atinge 2P0. A relação de força dos dois é de cerca de 7:12, o que melhora muito a força de atrito anti-afrouxamento dos pares de fios.

Além disso, as roscas autotravantes resolvem o defeito de tensão irregular inerente às roscas comuns. Para roscas convencionais em forma de V de 60 graus, a primeira e a segunda roscas engatadas suportam 70% ~ 80% da carga total, enquanto as roscas restantes suportam quase nenhuma carga. Sob vibração de longo prazo e cargas alternadas, as roscas frontais são propensas a falhas por sobrecarga, resultando em rápida atenuação da força de travamento, afrouxamento da rotação da rosca e até mesmo emperramento e desgaste da rosca.

As roscas autotravantes distribuem a carga uniformemente em todas as voltas de rosca engatadas através de inclinações em forma de cunha, realizando tensão síncrona em todas as roscas. Ele evita falha de sobrecarga local da rosca, elimina fundamentalmente o afrouxamento do parafuso causado pela vibração e obtém um efeito anti-afrouxamento de longo prazo, livre de manutenção.