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14 三月 2018
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正文: Keisuke Okada

《Bolted》有幸访问日本顶尖的螺栓专家Tomotsugu Sakai博士。他的著作《螺栓连接工程──基础和应用》(Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications)是螺栓紧固领域的权威之作,备受赞誉。

文章首次出版于: Bolted #1, 2017.

《Bolted》有幸访问日本顶尖的螺栓专家Tomotsugu Sakai博士。他的著作《螺栓连接工程──基础和应用》(Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications)是螺栓紧固领域的权威之作,备受赞誉。

什么是理想的紧固?这个问题在您的书中也有讲过。
「理想的紧固应该是基于可广泛使用的标准化的紧固件实现的,而不是基于专门设计的零件。更重要的是,螺栓的紧固设计应该做到万无一失,才是理想的紧固。哪怕有一个失误,整个产品设计就算失败,所以你必须注意方方面面。我觉得『全方位的评估』是最重要的。」

在螺栓紧固中使用润滑油有没有好处?
「是的,如果被紧固的对象不会彼此滑移,那么降低摩擦系数从各方面来说都是有利的。如果被紧固的对象处于『松动的环境』,那么一旦摩擦系数降低,它们就容易松动,但这种松动并不是必然的。
假如它们在超过某个极限的力的作用下,彼此反复滑移,就可以说处于『松动的环境』。」

外力是如何造成剪切方向、轴向和扭转滑移的?
「在剪切方向施加外力,就会引起滑移。如果轴向施加外力,被紧固的对象将彼此分离。在这些情况下,摩擦系数越低,就越容易松动。
我在写《螺栓连接工程──基础和应用》这本书的时候,是从传统的角度来看待滑移现象,以解释被紧固对象在接触面上的滑移,即所谓的『宏观滑移』。你用肉眼便可观察这一现象,因为这种滑移只需0.1毫米便可目视确认。大概在1988年,人们发现在宏观滑移之前会发生不可见的『微观滑移』,它能引起转动,但是这种转动非常微小,无法肉眼判断是否沿松动方向旋转。『微观滑移』现象能使轴向力逐渐减小。《日本精密工程学会杂志》的一篇文章对此有过介绍。」

「如果被紧固对象彼此接触,常规的试验就无法测量接触面的特定部位或者其他部位的滑移量。但是所有这些数值可以用有限元法(FEM)来计算。紧固件行业从2000年开始使用这种算法,如今大多数的螺纹紧固件研究都会用到它。2006年,Satoshi Izumi博士等人在一篇论文中宣布,逐渐旋转松动是微观滑移(不可见的微小滑移)而非宏观滑移(清晰可见的滑移)造成的。我第一次读到这篇文章的时候深感震惊,其中讲到,当微观滑移重复发生时,就会引起微小的旋转松动,每1000次旋转1度,或者说每次1/1000度。1/1000度的旋转用肉眼根本观察不到。对此,有限元法可以大显身手,结果证明微观滑移的确会引起旋转松动。我觉得我有麻烦了![笑]这些结果彻底动摇了滑移临界量的概念。
我曾想到微观滑移必然会导致微动磨损,但没想到还会引起旋转松动。当时我没有办法进行测试。这真是让人大开眼界的经验。」

资料: 微观滑移
这是一种肉眼看不到的滑移。它能逐渐减少夹紧力,最终导致可见的旋转松动(宏观滑移)。材料的沉降和松弛也会降低夹紧力。Nord-Lock集团研发的X系列防松垫圈能够防止这两种形式的滑移,它通过弹簧效应抵消夹紧力的损失,而楔形效应则能防止螺栓自发松动。

资料:TOMOTSUGU SAKAI博士

  • 1941 – 出生于日本冈崎市
  • 1979 – 任职于丰田汽车,获得工程博士学位,主要从事各种汽车零部件的强度和耐久性测试、研究和开发。
  • 2001 – 调往Toyota Techno Service Corp,从事螺纹紧固件的教育和技术咨询工作。
  • 2007至今 – 退休后成立Sakai Consulting Office on Bolted Joint Engineering,提供螺栓紧固教育和技术咨询。

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