Anti-Lockerungs-Arten von Schrauben und Muttern und Anti-Lockerungs-Prinzip von selbstsichernden Muttern

Lockerung vonSchraube und Mutter Verbindungen 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 die gängigen Lockerungsschutzstrukturen für Schrauben und Muttern, erläutert das Funktionsprinzip, die anwendbaren Szenarien und die inhärenten Mängel jeder Lockerungsschutzmethode. Darüber hinaus wird der Kernmechanismus der langfristigen Antilockerungsleistung von selbstsichernden Muttern erläutert und zuverlässige Referenzen für die Auswahl von Verbindungselementen vor Ort und die Formulierung des Montageprozesses bereitgestellt.

1. Gängige Anti-Lockerungs-Arten und -Prinzipien vonSchrauben und Muttern

1.1 Doppelmutter-Antilockerung (Stumpfmutter-Antilockerung)

Auch bekannt als Anti-Lockerungsschutz für Stoßmuttern. 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 Einbauraum ein, begrenzt die Lockerungskapazität und fällt unter starken Vibrationsbedingungen leicht aus.

1.2 Konkav-konvexe Hard Lock-Mutter mit Lockerungsschutz

Die Anti-Lockerungsmutter Hard Lock besteht aus einer unteren konvexen Mutter und einer oberen konkaven Mutter für eine aufeinander abgestimmte Verwendung. 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 konkav-konvexe Flächen und bilden nach dem Anziehen eine mechanische Selbsthemmungsstruktur, die dem Keilen mit einem Hammer ähnelt.

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 an den Gewindekontaktflächen als auch an den konkav-konvexen Kegelflächen erheblich erhöht wird. Es blockiert die Tendenz zur Gewinderotation 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-Antilockerungsmutter

Das wichtigste Strukturmerkmal der Spiralock-Muttern ist eine keilförmige Neigung von 30 Grad, 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: Die Antilockerungswirkung versagt vollständig, wenn 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 Lockerung

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 ultraharten Verbindungsflächen; Die Schneidkanten können sich nicht in harten Untergründen festsetzen und verlieren ihre Antilockerungsfunktion 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 Lösen

Es verfügt über das gleiche Anti-Lockerungs-Prinzip 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 weisen konische Federscheiben eine höhere strukturelle Steifigkeit auf und können bei gleichem Kompressionshub einen größeren Axialdruck erzeugen, was zu einer besseren Stabilität und Leistung gegen Lockerung führt.

Anwendungsbeschränkungen: Für hochpräzise Verbindungsteile mit strengen Vorspannungsanforderungen weiterhin nicht geeignet.

1.6 Selbstsichernde Doppelschicht-Unterlegscheibe von Nord-Lock

Diese Art von Unterlegscheibe wird paarweise verwendet, mit großwinklig geneigten Zähnen auf der einen 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 Unterlegscheiben erzeugte Hubweg ist größer als der durch Gewindelockerung verursachte axiale Hubweg, wodurch die Lockerungstendenz von Gewinden umgekehrt blockiert und eine dauerhafte Antilockerungswirkung erzielt wird.

Anwendungsbeschränkungen: Nicht für ultraharte oder ultraweiche Gelenkoberflächen einsetzbar. 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 sich nicht lösender selbstsichernder Muttern

Die langfristige Antilockerungsleistung vonselbstsichernde Mutternstammt aus einer speziell optimierten, nicht standardmäßigen Fadenstruktur.

Am Innengewindegrund selbstsichernder Muttern wird eine keilförmige Neigung von 30 Grad verarbeitet. Nach dem Ineinandergreifen und Festziehen drücken die Gewindespitzen des Bolzens fest gegen die keilförmigen Schrägen, um eine hochfeste mechanische Verriegelungskraft zu erzeugen. Bei standardmäßigen 60-Grad-V-förmigen Normalgewinden 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 beseitigen selbstsichernde Gewinde den inhärenten Mangel an ungleichmäßiger Beanspruchung gewöhnlicher Gewinde. Bei herkömmlichen V-förmigen 60-Grad-Gewinden tragen die ersten und zweiten Gewindegänge 70–80 % der Gesamtlast, während die übrigen Gewinde nahezu 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 Überlastungsausfälle des Gewindes, eliminiert grundsätzlich die durch Vibrationen verursachte Schraubenlockerung und erzielt eine wartungsfreie langfristige Antilockerungswirkung.