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螺絲鎖緊

文章日期:2008-02-14 21:03

螺紋
螺紋的背隙 : 旋轉螺絲時,螺絲先是自轉,並使得旋轉的螺旋面受到固定的螺旋面的導引,產生軸向的移動,當固定的螺旋面導引旋轉的螺旋面時,是以接觸的方式為之,而在另一沒有接觸的公母螺旋面間的間隙會達到最大,此間隙就稱"背隙",鎖緊螺絲的方式有鎖緊螺帽法或是鎖緊螺桿法兩種,鎖緊螺帽法是先將螺桿固定不動,然後將螺帽旋轉,螺帽在旋轉時會因為已被固定的螺桿上的螺旋面的導引而產生前進後退的移動,如下圖所示,採用鎖緊螺帽法時,背隙存在於螺桿螺牙之右螺面與螺帽螺牙之左螺面之間,因此,此螺帽能承受與螺帽前進方向相反的外力,但如果此時加入一個與螺帽前進方向相同的外力,因為背隙存在的緣故,此螺帽將有可能被此外力拉動。



鎖緊螺桿法是先將螺帽固定不動,然後將螺桿旋轉,螺桿在旋轉時會因為已被固定的螺帽上的螺旋面的導引而產生前進或後退的移動,如下圖所示,採用鎖緊螺桿法時,背隙存在於螺桿螺牙之左螺面與螺帽螺牙之右螺面之間,因此,此螺桿能承受與螺桿前進方向相反的外力,但如果此時加入一個與螺桿前進方向相同的外力,因為背隙存在的緣故,此螺桿將有可能被此外力拉動。

鎖緊圈數的測量瞭解鎖緊方式與背隙的位置之後,就可以更進一步討論鎖緊的情況,不同尺寸的螺紋,它可以承受的鎖緊力道也不相同,一般來講,可以先靠經驗值,並盡量把這經驗值量化,或者直接用具有扭力矩的板手來量測,譬如以鎖5分螺帽來說,旋轉螺帽前進並碰到機器本體時,先鎖兩分緊,再加鎖k圈,k這數據用扭力板手來測量,扭力矩請參照:http://www.lisen.com.tw/new_page_136.htm,扭力表裡的T是牙數的意思,譬如說1.5T就是指鎖了1.5個牙的意思,以SCR材質之M16螺紋為例,它可以承受2000kgf.cm的力矩,並看扭力矩的板手轉了多少圈才會到達這個2000kgf.cm,就可以知道k的大小了,只要有了這個k圈的數據,以後便可以使用任意的板手依照這個k圈的鎖緊原則來做,這樣才不會把螺絲過載而耗損。
當螺帽鎖緊後,各零件的受力狀況及背隙如下圖所示,由於我們用板手鎖了2000kgf.cm的力矩給螺帽,但是螺帽因碰到機器本體(或者稱被鎖件)不能前進,於是機器本體施了反力給螺帽,螺帽受了這個反力之後,經由螺牙把這些力施給螺桿,所以螺帽螺桿與機器本體之間,有環環相扣的力固定著,但是這原本固鎖的狀態,為甚麼還會有可能讓鎖緊的螺帽鬆脫呢?除了螺絲太小固鎖力不足的原因之外,還有一個原因是背隙的關係,背隙存在於螺桿螺牙之右螺面與螺帽螺牙之左螺面之間,機器本體若是經常處於震動的狀況(譬如說切削加工)就會出現問題,以下圖為例,當機機器本體震動向左時,就會因為這背隙的緣故,使得環環相扣的力瞬間減弱,讓螺帽因震動的關係而有機會微量旋轉鬆脫


防止螺帽鬆脫
要解決螺絲鬆脫,需先確定是否因固鎖力不足而造成鬆脫,如果是,那就加寬螺帽厚度,重算鎖緊扭矩,並重測螺帽的旋緊圈數,不過,如果不是固鎖力不足的問題,就是螺帽鬆脫的問題,要解決螺帽的鬆脫,最常見的方法是加一個具有彈性的墊圈在機械本體與螺帽之間,如下圖所示,這樣一來,即使機機器本體震動向左時,也會因為這彈性墊圈彈力存在的緣故,而ㄍ一ㄥ住螺帽,不讓螺帽因震動而有機會往有背隙存在的方向微量旋動而鬆脫。



對於高震動且需經常拆卸螺帽的工作場合,還有另一種解決螺帽的鬆脫的方法,那就是在鎖第一個螺帽之後再加裝一個螺帽(比較厚一點),但是,此法常會被誤用,最常見的錯誤就是將兩個螺帽同時裝上並鎖緊,這樣其實只能增加鎖緊的力道,這增加鎖緊力道也能增加螺桿與螺母接觸面之摩擦力,也或許能延長鬆脫的時間,不過在防震的功能其實是不強的,正確的裝法是
1.      用手依序鎖入平墊圈、第一個螺帽及第二個較厚螺帽。
2.      用板手鎖緊第一個螺帽(緊度如前述用扭力板手的緊度)
3.      用板手架住第一個螺帽並用另一板手鎖緊第二個螺帽
4.      用板手架住第二個螺帽並用另一板手反向旋轉第一個螺帽(由緊=>不緊=>覺得開始緊)。

當第一個螺帽鎖緊時,其背隙是存在於螺桿螺牙之右螺面與第一個螺帽螺牙左螺面之間,當第二個螺帽旋緊時,其背隙也是存在於螺桿螺牙之右螺面與第二個螺帽螺牙之左螺面之間,但是上述步驟4的反轉旋緊第一個螺帽,會將使第一個螺帽的背隙轉移至螺桿螺牙之左螺面與第一個螺帽的螺牙右螺面之間,如此一來,即使機機器本體震動向左時,因為此兩個螺帽已經自我扣緊在螺桿上,不致於鬆脫。

還有一種異曲同工的手法,也可以達到上述方法的效果
1.      用手依序鎖入平墊圈、第一個螺帽及第二個較厚螺帽。
2.      用板手鎖第一個螺帽至2~7分緊(鎖0.2~0.7k圈)
3.      用板手架住第一個螺帽並用另一板手鎖緊第二個螺帽(鎖k圈)
此法可以省略前述的步驟4,但是步驟2要改為鎖至2~7分緊就好,當步驟3的第二個螺帽被旋緊時,發生兩個作用,一是螺桿被拉長,二是第一個螺帽在不旋轉的情況下被直線往前推,如此一來,可望將第一個螺帽與螺桿間的背隙轉移至螺桿螺牙之左螺面與第一個螺帽的螺牙右螺面之間,不過,由於省略了步驟4,第一個螺帽的背隙到底有沒有完全轉移轉移至另一邊?或者第一個螺帽背隙轉移過早且進而抵銷了第二個螺帽鎖緊之力?這些還是得再做進一步的細節確認(譬如說鑑定螺紋背隙的大小及第二個螺帽旋緊時第一個螺帽能被推動的距離),然後重新修正這2~7分緊的數據




鬆開這兩個螺帽的程序也很重要,程序如下:
1.      先用板手架住第一個螺帽(即先鎖入的那個螺帽)
2.      用另一板手反轉旋鬆第二個螺帽(即後鎖入的那個螺帽)

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