1. 进入受限或无法进入

对于松动紧固件,需要接触到接头的两侧。首先要放置好紧固件并启动螺纹,然后用扳手夹住一个部件,同时用另一个扳手或电动驱动器拧紧另一个部件。在无法进入到一侧时(如封闭的油箱、飞机机翼或长空心管的中点),Atlas®品牌的盲螺纹嵌件甚至可以在只有一侧可进入的情况下安装。由于这些嵌件同时具有抗推出和抗旋出的功能,啮合螺纹紧固件(通常是螺钉)可以在只有一侧可进入的情况下进行组装和紧固。

在制造过程中可以接触到接头的两侧时,可以使用其他机械连接方式。虽然采用自扣紧的方式固定到球墨金属板中的方式最为常见,但拉孔、扩口、焊接、铆接和回流焊接(SMT)也可用于机械连接。建议根据应用详情,选择合适的机械连接方法。详情请见我们的“机械连接方法工程指南”。所有这些方法都需要接触到板材的两侧才能安装(连接)紧固件。但所有这些方法都能提供足够的推出和扭出力来啮合和拧紧配套的螺钉或螺母,无需用任何类型的扳手固定连接的紧固件。

2. 松动硬件有可能会造成损坏

松动紧固件在已装配状态下不会造成损坏。只有当它们以未组装的状态存在于设备中时,才有可能造成损坏。那么,未组装的松动紧固件怎么会出现在设备中?

下面列出了三个主要原因,但其他原因也可能导致出错。

  1. 紧固件未装配,且在制造设备时无法取回
  2. 紧固件不慎掉落,在设备维修时无法取回
  3. 紧固件正确装配,但在使用中因振动而松动并散开

未装配的松动紧固件可能造成不同程度的损坏。未装配的松动紧固件一旦进入内燃机的进气歧管,可能会造成严重损坏。在损坏区域的另一端,未装配的松动紧固件一旦进入空心汽车门板的底部,在某些驾驶条件下可能引起异响,导致客户有轻微的不适。由于大多数螺纹紧固件采用金属制成,具有导电性,因此未装配的松动紧固件可能导致含有裸露电导体或PC板的设备发生短路。

螺纹连接始终由两个部件组成,一个部件带有外螺纹,一个部件带有内螺纹。如果两个部件中只有一个采用机械连接,则另一个部件仍能以上述三种方式之一拆解。

很多应用支持仅一个螺纹部件采用机械连接。例如,如果机械连接的紧固件在设备内部使用,而盖子或其他部件用松动硬件连接到设备外部,则损坏的风险极小。如果松动紧固件未装配,它们很可能在设备外部,不会对设备产生潜在损害。但在其他应用中,不得出现任何未装配的松动硬件。在此类应用中,手旋面板紧固件组件支持将两个部件以机械方式连接。这几乎完全避免了出现任何未装配的松动硬件的风险。这些组件可提供螺纹部件(通常带有外螺纹)的轴向运动。使用多个紧固件来连接一台刚性设备时,这种轴向浮动支持以一次一个的方式拆卸和重新组装紧固件。

3. 板材太薄和/或太脆弱,不适合攻孔

在某些情况下,攻孔能够替代带内螺纹的机械连接紧固件。要适合攻孔,板材必须足够厚,并有足够高的抗剪强度。理想情况下,螺纹连接的断裂模式是外螺纹部件发生拉伸断裂。这是首选的断裂模式,原因有二:易于检测,易于恢复。

如果外螺纹部件是松动螺钉,则发生拉伸断裂后,用新螺钉替换断裂的螺钉即可恢复。但还必须考虑另两种断裂模式;外螺纹剥离和内螺纹剥离。

防止外螺纹剥离的唯一方法是提供足够的螺纹啮合长度。这涉及到几何学问题,要权衡外螺纹的剪切面积和外螺纹的拉伸应力面积。更多详情请参阅我们的“螺纹强度工程指南”根据经验,这需要大约0.8 d的啮合长度,其中d是标称螺纹主直径。例如,D为4mm的M4螺纹需要3.2mm的啮合长度。

即使啮合长度足够,也必须考虑内螺纹剥离。如果啮合长度已经给定,则内螺纹剥离与板材材料的剪切强度有关。

对于大多数螺纹尺寸来说,如果啮合长度设定为0.8 d,板材的抗剪强度需要达到螺杆材料抗剪强度的70%左右。如果我们假设板材和螺杆材料的剪切与拉伸比率相同,则70%可适用于更常见的拉伸强度。对于拉伸范围在500MPa/74ksi以内,未经热处理的钢制螺钉来说,很多常见板材材料的强度范围在350MPa/52ksi内即可。但对于在800MPa/120ksi范围内的热处理钢制螺钉来说,抗拉强度达到适合攻孔的560MPa/84ksi的板材材料要少得多。

过去,大多数机械连接的紧固件均用于薄板中。近来,运输业逐渐采用厚度更薄、强度更高的板材来减轻重量。但正如上文所述,即使具有极高的强度能够避免内螺纹剥离,设计得当、使用攻孔的连接仍然需要0.8 d的厚度。

另外还应注意,即使板材的厚度和强度足以适应设计得当的攻孔,但这可能不是最经济的解决方案。攻丝的成本通常较高,而且可能需要将零件输送到不同的设备上。另一方面,大多数机械连接的内螺纹紧固件可实现高效自动攻丝、自动安装。基于这些原因,在普通冲孔中安装机械连接紧固件的成本可能低于攻孔成本。

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