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好聪明的螺栓,用颜色告诉你拧紧了没有!

 制造原理 2020-03-27

螺栓可以说是小伙伴们再熟悉不过的小五金了,因其结构简单,在日常生活中也随处可见,在五金店用十元钱就可以买上一大堆,所以螺栓给人的映像就是便宜和简单。

但小小的螺栓却有着不可替代的作用,螺栓是目前机械设备中使用最广泛的零部件之一,它属于一种紧固件,也就是将各种物体紧密的连接在一起,圆柱形带有螺纹的螺栓配合螺母可以起到紧固的作用,可拆卸的特点让其可反复使用,因其在现代工业中的应用太广泛了,所以螺栓又被称之为“现代工业之米”。

图片来源:pixabay

螺栓的发展历史

我们天天使用的轿车,居住的楼房以及众多的电子产品等等,到处都会使用到螺栓,看似普通的螺栓将相同或者不同的物体连接在了一起,组成了一个完整的物体,可以说当下的整个世界都是由螺栓紧固起来的,没有螺栓的世界将会是支离破碎,那么你是否了解螺栓是怎么被发明出来的。

最早人们发现有一种棕树,当它长高以后,树干表面就会留下连续不断延伸的螺纹状,有人就在思考是否可以对这种奇怪的形状进行利用。

大概在公元前400年,有人从这种棕树表面形状得到启发,制成了一种通过旋转从低处提水的装置,真正的螺纹就此诞生了,自此螺纹开始发扬光大,应用到至今人们生活生产的各个方面。

螺栓的形状(不带螺纹)很早也就有出现, 据考证罗马人曾经用木头做成螺栓形状的物体来从门槽中栓门。

在15世纪的时候才开始将螺栓(不带螺纹)和螺纹结合在一起,用银或铜手工在螺杆上做成螺纹,这也是最早的螺丝钉,一些木匠开始用这种自制的螺丝钉连接家具和日常用品。

到了16世纪,欧洲人开始用简易的车床制造金属螺栓和螺帽了,但制造过程还多是用手工。

后来的欧洲工业革命加速了螺栓的应用和发展,让螺栓逐渐成为机械和建筑中最重要的零部件。

图片来源:pixabay

随着精密车床的出现,让制造螺栓变得更具容易,开始了批量生产螺栓并且还有了统一的规格标准。

现代,随着材料和技术的发展,人们已经不再满足螺栓只是锁紧的功能,各种耐高温,耐腐蚀,防松动甚至智能螺栓开始出现各个领域。

显示颜色的智能螺栓

在当今这个时代,什么都在向智能化方向发展,小小的螺栓也是一样的,美国一家公司就研发出了一款只看颜色就知道松紧的螺栓,这是不是让螺栓显得更加智能了。

螺栓有着诸多的优点,但同时也有缺点,螺栓由于长期受到震动,金属疲劳还有腐蚀等影响就会容易松动,这就容易造成安全事故,定期检查也成为唯一的解决方法,人们只有通过挨个拧动螺栓来判断螺栓的松紧。

这个名叫 “Smartbolt” 的螺栓,只需通过观察螺栓头部感应盘的颜色就能判断松紧程度,螺栓越松动在头部显示的红色就越清楚,当然越紧头部就看不到任何颜色变成黑洞,它还配有一张颜色深浅对照松紧的辨识卡,让操作一目了然就能判断出松紧。

这种智能螺栓是怎么实现通过扭矩变色的呢,原理就是在螺栓内部装有一根头部为红色的铁杆,让其充当显示器的作用。

当螺栓被拧紧时,螺栓本身就会受到强大的挤压力,这个挤压力会传递到螺栓内部所装配的铁杆上,铁杆会被挤压力拉伸变长并在螺栓头部显示出来,所以操作就能看到红色。

当螺栓松动后受到的挤压力变小,内部的铁杆也就会随之收缩,就只能看到螺栓头部那个漆黑的圆洞了,其实也可以将其理解为弹簧受外力后的拉伸与收缩。

这种螺栓还有着很长的使用寿命,可重复使用,可以在不同的环境中使用性能还不会下降,Smartbolt螺栓是一个非常好的发明。

高强度螺栓与普通螺栓的区别

螺栓到处都会使用,像一些普通机械设备上只需要使用普通螺栓就可以了,但是在一些大型设备或者是军用以及航空领域,就需要使用高强度螺栓了,那么它们之间有什么不一样呢。

首先在材料上就有区别,高强度螺栓使用的是合金钢,而普通螺栓使用就是一些普通碳钢再对表面进行一些处理。

两者之间材料的不同就会造成螺栓强度的差异,普通的螺栓强度等级在8.8(一般螺栓上都会标注)之下,而高强度螺栓强度等级则要高于8.8,螺栓的强度主要有两项指标,一个是抗拉强度,另一个是屈服强度。

中国螺栓差在哪里

我们时常能听到国外又造出了某种高端的螺栓,价格自然也不菲,而我们国家每年虽然也会生产和出口众多的螺栓,但都是些便宜和低端的螺栓,每年还要从国外进口各种高端螺栓,那么这些小小的螺栓到底有什么秘密。

在轻工业上我国的技术水平那是没得说,所以普通的螺栓制造肯定是没有问题,而目前高端螺栓必须要具有耐腐蚀,公差小以及强度高的特点。

像材料和表面处理国内都能够达到高端螺栓的要求,而公差小这不但是对加工工艺有要求,更主要的是要有精密的加工设备,例如说高端冷镦机,搓丝机国内还没有这样的高精度机械设备,还有高端螺栓需要做大量的测试实验,而大部分国内工厂也不具备这样的实力。

但这并不代表中国就不能够生产出高端的螺栓,像一些军工航天领域就是使用了国内制造的螺栓,这是因为这些领域使用的数量小,从而能够满足需求,但是要是批量生产就很难保证批量稳定的精度。

像螺栓等这样的高端标准件大量从国外进口,也从另一面反应出了中国制造的一些问题,一些高端设备还是不能够自己制造,中国制造业正在转型,能够更多的制造高端产品才是必然的选择。

文中Gif截取自Youtube《Archimedes' Screw and Hanging Gardens of Babylon  Secrets of The Dead  PBS》《DTI SmartBolts_ Demonstration》《BOLTR_ Smartbolts _ Tension Indicator Fastener》《Tesker Thread Rolling Process》
文中图片截取自《Archimedes' Screw and Hanging Gardens of Babylon  Secrets of The Dead  PBS》


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