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Fe-Mn-Si形状记忆合金具有单程形状记忆效应,主要应用于约束恢复的场合,螺纹防松就是其中应用之一。至今,对Fe-Mn-Si形状记忆合金螺纹连接防松研究均集中于防松螺母,而基于Fe-Mn-Si形状记忆合金约束恢复的防松螺栓研究还未见报道。本文从螺栓的防松机理、加工工艺等着手研制了Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓,并通过计算、测试螺栓的静态、动态防松指标和重复使用性能等,对该螺栓紧固防松性能做出综合评价。
研究表明,Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓经预变形等工艺处理后,在螺栓连接的螺纹面间产生了轴向恢复力和径向恢复力,这两部分恢复力均可转化为摩擦力矩,防止螺纹副之间发生相对转动,进而起到防松的作用;结合Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓的加工工艺及连接过程,并借助于弹性力学、工程力学等理论知识对其预紧力产生的自锁摩擦力矩T1、轴向恢复力产生的自锁摩擦力矩T2以及径向恢复力产生的自锁摩擦力矩T3进行了表征。
通过对Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓连接后的防松力矩测试分析可知,在相同预变形量下,随着恢复温度的逐渐升高,防松摩擦力矩、轴向摩擦力矩以及径向摩擦力矩均有所增加,轴向摩擦力矩T2和径向摩擦力矩T3对防松摩擦力矩的贡献逐渐的增大;对于不同预变形量的新型螺栓,相同恢复温度下,随着预变形量的逐渐增加,防松摩擦力矩、轴向摩擦力矩以及径向摩擦力矩也均有所增加,轴向摩擦力矩T2和径向摩擦力矩T3对防松摩擦力矩的贡献也逐渐的增大;对于预变形量7%的Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓,当恢复温度为500℃时,比普通螺栓的防松摩擦力矩(0.8T1)提高了255.35%,是普通螺栓的近3倍。
Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓重复使用性能测试结果表明,控制该防松螺栓的恢复温度,既可以保证螺栓的防松性能,又可以提高该螺栓的重复使用性能。
Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓连接后动态防松性能测试可得,在横向载荷作用下,Fe-Mn-Si合金螺栓的振动防松性能大大高于普通螺栓。如,在振动频率为12.5Hz、横向加载力为15N的工况下,其振动时间是普通螺栓的5倍。