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施必牢螺母在電動汽車和混合動力汽車電池連接中的重要作用
發布時間:2019-09-19
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如果電動汽車的電池壽命和過熱問題能夠得以解決,那么電動汽車和混合動力技術將在政府幾近翻倍的燃料節約標準中擔任極其關鍵的角色。那么提高連接可靠性的螺紋連接固定模式的創新應用或許成為解決電池壽命和過熱問題的一個重要的途徑。   當汽車生產商用各種技術改進節約燃料的時候,電動汽車和混合動力車吸引力更多的支持環保的客戶,因為他們希望能夠減少或者限制燃料的消耗。   電動汽車和混合動力汽車上的電池所帶電量所能產生的能量大概相當于8升不到的汽油產生的能量,因此為了有效利用每個毫安的電量而不發熱,從技術上還需要下很大的功夫。為了履行電動汽車和混合動力技術對汽車制造企業降低燃料消耗的承諾,電池的電導率,連接可靠性和壽命都需要加以改進,也許一種螺紋鎖緊的方式的創新就是解決這些問題的關鍵。   然而,普通緊固件很難保證電池的導電性和連接可靠性,因為普通緊固件很容易失去預緊力。根據STANLEY工程師的研究發現,汽車長期的振動和熱循環,普通緊固件將迅速衰減50%的預緊力。   電動汽車和混合動力車的鋰或酸基以捆扎的形式串聯。如果其中一個連接由于螺紋松動而失效,意味著不單單丟失一個電池,而是真個串聯的電池都失效。   另一個嚴重的問題是,當電動車或者混合動力車的電池固定緊固件預緊力消失,那么電池就會失去供電能力。充足的供電電流難免發熱,引起電弧的產生,這是發生火災的潛在威脅。   為確保足夠的預緊力和從電池的排列到電池末端的連接構件的整體性,以提高電池的導電功效,工程師找到一個解決的方法,就是使用一種叫施必牢的螺母。   傳統的防松緊固件由于60°螺紋結構的局限無法避免松動的基本問題,也就是說,陽螺紋的牙尖與陰螺紋的牙底存在間隙,會引起振動誘發的松動,從而導致預緊力衰減并促使電動汽車和混合動力汽車電池連接部位的發熱。頭幾個螺紋的應力集中和疲勞強度下降是另一個嚴重問題,尤其在比較軟的金屬上,螺紋的軸向受力使其遭受嚴重的剪切作用。溫度的升高會使材料或表面發生熱脹冷縮效應,同樣是電池連接部位松動的潛在威脅。   關于以上問題,工程師通過引入施必牢螺母完美解決了傳統緊固件的問題。這一方法在電動汽車和混合動力汽車的供電系統上應用超過5年,而且在航空電池系統上的應用則超過了十年。   而之所以施必牢螺母具有如此可靠的防松性能,其原因在于30°楔形螺紋結構,即在螺母的螺紋牙底設計一個30°的斜面,當與螺栓的外螺紋相互作用時,導致外螺紋的牙尖頂到30°斜面上,發生微小變形,形成一種稱之為spiral線的全螺紋帶狀接觸。這種螺紋接觸方式使得預緊力更加均勻地分布在整個螺紋上,而不是主要集中于頭幾個螺紋,從而改善抗橫向振動松動的能力,提高軸向扭轉載荷和疲勞強度以及防止溫度過高。因為這種結構比普通螺紋提高30%的有效預緊力,因此電池末端的接觸更加良好,導電性就更有保障,從而供電效率就越好。   提高有效預緊力和導電性不但可以幫助電動汽車和混合動力汽車電池單元之間的緊密連接,而且還可以幫助電池在供電系統的穩定連接。同時也可以本質上幫助從單個電池單元到多電池單元的連接,這種多級連接也許可以提供高電流高電量的電動汽車和混合動力汽車供電系統。   在電動汽車和混合動力汽車上的應用,有些參數需要根據連接狀態的改變而改變。工程師們大概會認為,把大型的,笨重的氣動力引擎拿走,就不會有振動和特種緊固件的需求,而事實恰恰相反。   汽車制造商在材料選擇取向上經歷了選擇傳統鋼材到鋁合金的一個漫長過程,目的是為了減少電動汽車和混合動力車的重量。而實際上,鋁合金是一種相對較硬的材料,與鋼材相比,能更快速地傳輸振動力。這種情況下,緊固件的防松性能和具有良好的導電性設計計算抗振動力大小的前提條件。   多家具有領導地位的機構對施必牢防松螺母進行了測試研究,機構包括麻省理工大學,戈達德太空飛行中心,勞倫斯利物莫國家實驗室,英國宇航公司。在汽車上,施必牢防松螺母應用部位眾多,比如環形齒輪,轉矩變換器,底盤上裝配的排氣管和車軸,渦輪發動機,變速箱體以及柴油機。當然還有一些極端情況的應用,比如一次性裝配,無法更改。不像傳統的緊固件靠外部鎖緊特征起作用,會產生不必要是碎片,剝離以及額外的堆積高度,而施必牢螺母的內部鎖緊特征可以避免普通螺母引起的上述問題。   因為施必牢螺母是可自由旋轉的,用手指就能輕松地將其擰入螺栓,因此就不會產生碎屑,碎片或粉體。這就很好地滿足電池制造的所要求的清潔環境,減少后碎屑引起的電弧的潛在風險。不管電池是什么類型,設計的關鍵是能夠保證電動汽車或混合動力車點對點電流的高效傳輸,在整個壽命期限內,而不會導致緊固件的松動。施必牢螺母就能完美解決這一難題。

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