永不松动螺母——中日螺母大PK

机械系2018-11-08 07:59:32

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  中国的高铁取得了令世界刮目相看的成绩,然而,小小的螺母却不得不采用进口的,那就是只有45名员工的小企业日本哈德洛克(Hard Lock)工业株式会社的永不松的螺母。国产的许多螺丝螺母很松,经常崩牙断裂。进口的螺丝能把国产扳手扳断,却依然完好...




  高铁运营时,高速行驶的列车和铁轨不断接触,形成的震动非常大,一般的螺丝在这种震动中会被震松震飞。不想被震飞,那么就需要螺丝和螺母丝丝入扣,永不松动才行。这个要求看起来很简单,但是要满足它并不容易。


  你想,世界上做螺丝螺母的企业可以说是多如牛毛,但是能生产这种永不松动的螺母的企业有几家呢?据说我国高铁就采用了这家名为日本哈德洛克工业株式会社的永不松动螺母。


  其实,哈德洛克工业株式会社的社长若林克彦早在1961年就发明了不会回转的螺母U螺母。那是参加工作5年后,若林参观了大阪的一次国际工业产品展会,他在从展会中拿回的一袋子资料和样品中得到了灵感。在这些资料样品中有一种防回旋的螺母吸引了若林的注意力。


  若林看到了这种螺母的市场潜力,但是这种螺母结构复杂,价格很高,于是他就想用更简单的结构来代替这种复杂的防回旋螺母。最终功夫不负有心人,没多长时间,若林就开发出了一种结构简单的防回旋螺母。


  28岁的若林把这种防回旋螺母命名为U螺母,并为此创立了一家公司来生产和销售这种螺母。这是若林创立的第一家公司——富士精密制作所。若林开发出这种防回旋螺母只用了1个多小时,但是把它推广到市场上却用了两年多的时间。


  随着销售额的增加,若林的信心也大大增加,打出“绝不松动的螺母”广告。没想到这句广告词给若林带来了麻烦。装配在挖掘机和打桩机上的U螺母因为震动太大而出现了松动的现象。一些客户就来起诉。


  当时富士精密制作所每月销售已经达到1亿日元,出现松动的现象并不普遍,公司的很多人把那句“绝不松动的螺母”也仅仅当做一句广告词来看待,所以并没有把这些起诉当回事。但是若林不这么想。他说既然公开声明这种螺母是绝不松动的螺母,那就应该做得在任何条件下都不会松动。可是这点能做到吗?合作伙伴都持怀疑态度。


  为了坚持自己的信念,若林不得已离开了自己创立的公司,带走的只是U螺母的专利。1974年,若林为了生产绝不松动的螺母又开始白手起家创立了第二家企业——哈德洛克(HardLock)工业株式会社。


  若林从古代木结构建筑中的榫头上得到灵感,发明了螺母中增加榫头的永不松动的螺母。然而等待他的竟然是和第一次创业时一样的漫长而痛苦的推广之路。由于这种HardLock螺母的结构比一般螺母复杂,成本也高,所以销售价格比普通的螺母要高30%左右。这成了这种螺母推广的最大障碍。


  在HardLock螺母没有销售额的时候,这家新公司除了靠U螺母的专利费之外,若林还不得不做一些其他工作来维持这家公司的运营。终于有一家铁路公司采用了若林的产品,证明了这种绝不松动螺母的实力。铁路公司非常需要耐震防松的螺母,而日本铁路公司又非常多,这给若林的新公司带来了发展机会,日本最大的铁路公司JR公司最终也采用了HardLock螺母,并且全面用于日本新干线。


  HardLock螺母成了全世界唯一的绝不松动的螺母,不仅在日本得到广泛使用,而且在世界各地的主要桥梁和建筑物中也可以看到这种螺母的存在。当然,hardlock螺母的成功也会吸引很多的模仿者进行模仿。实际上hardlock螺母的原理结构都是比较简单。虽然模仿者很多,但成功者几乎没有。这就是技术的关键。虽然你知道这种加榫头的螺母的原理和结构,可是你就是生产不出绝不松动的螺母。这就是人家的拿手绝活。


  从上面的介绍来看,好像这种螺母的发明并不困难,推广倒是很困难的事。实际上这是一种错觉。发明这样结构的螺母的确不是很难,但是,真正地把这种发明变成实实在在的绝不松动的螺母,还是需要在使用中不断地改进。从这家公司的设立到日本最大的铁路公司的全面使用,若林用了近20年的时间。这个20年中的不断技术改进,才使HardLock螺母成了世界上唯一的绝不松动的螺母。


  哈德洛克公司在网页上特地注了一笔:本公司常年积累的独特的技术和诀窍(knowhow),对不同的尺寸和材质有不同的对应偏芯量,这是HardLock螺母无法被模仿的关键所在。看见了吧,人家把这种螺母的原理和结构都明白地告诉你了,但是实际的生产还需要特殊的经验,这就是技术,这就是诀窍(knowhow)。没有这种技术,你就是看懂了这种螺母的原理,也无法生产出来。日本的很多企业都有这种你怎样学也不会的独一无二的技术。


  偏心干涉自锁堆叠螺母。就是这种结构!重点是加工技术和各个参数的配合!


  他们做的介绍资料也很有日本特色!金粉们也可以借鉴哦!


不过,金粉们发话了:


那我们就来看看日本偏心螺母与中国唐氏螺母,谁更厉害:


  日本偏心螺母设计原理的思维背景:以刚克刚


  螺母松脱是由于松退力克服螺纹之间摩擦力,那么增大摩擦力就成了防止螺纹松脱的首选方法。不仅偏心螺母,弹性垫圈、对顶螺母(双螺母)、尼龙锁紧螺母也都是采取的这种方法。它的思维背景就是以刚克刚,以增加摩擦力来对抗松退力。然而我们知道摩擦力的增加是有限度的,因而摩擦防松不可避免存在局限性。


  中国唐氏螺纹设计原理的思维背景:以柔克刚


  既然摩擦防松是有局限,能不能让摩擦力和拧紧力相互转化、达到制约的目的呢?唐氏螺栓兼容两种不只旋向的螺母,把右旋螺母的退松力直接转变成左旋螺母的拧紧力,将两个相对的力转化为相助相融,发明了真正不会松动的螺纹结构。深晰其背后的原理正是运用了道家所主张的顺其自然、万物相生相克的思维理念。


唐氏螺纹紧固件的防松原理


  图为唐氏螺纹紧固件防松方法示意图。在联接时,使用两只不同旋向的螺母:工作支承面上的螺母称为紧固螺母,非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧,然后再将锁紧螺母预紧。


  在振动、冲击的情况下,紧固螺母会发生松动的趋势,但是,由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向,锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退,导致紧固螺母无法松动。


  从螺纹角度来看,偏心螺母仍属传统螺纹,这是一种“单旋向、连续、等截面”螺纹,而唐氏螺纹是一种“双旋向、非连续、变截面”的螺纹,完全突破了传统螺纹的概念,是螺纹领域的最重大突破。


  从螺纹防松角度来看,偏心螺母依靠增大摩擦力防松,依然属于传统防松方式。在冲击振动的条件下,螺母仍会克服摩擦力而松脱。而唐氏螺纹紧固件是纯结构防松,利用左旋和右旋螺纹自身的矛盾来防松,突破了传统螺纹的防松概念,是螺纹防松领域的最重大突破。


  唐氏螺纹虽然减小了螺纹的受力面积,但却保持了螺纹的强度,创造了真正“不会松动的螺栓”的神话。


金粉的看法:


机械粉们,你们怎么看?




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