多年来，由于排气歧管接头故障，发动机制造商经历了重大的生产挫折。这些部件通常会遭受严重的振动、接头疲劳和极端温度。当涡轮安装螺母松动和脱落，发动机失效，这导致一系列主要头痛。
康明斯公司(Cummins Inc.)在开发其非公路Tier 3 QSX发动机时找到了一种固定排气歧管螺母的方法。康明斯机械开发工程师戴尔•吉比表示:“几十年来，我们的工业客户经常依赖我们的发动机。我们的目标是将QSX发动机设计为坚固可靠的、真实可靠的工业应用，包括农用拖拉机、平地机、岩石破碎机、发电机、空气压缩机、钻机和混凝土泵。”
对于健壮的应用程序来说，正确的紧固件可以在恶劣的条件下执行良好和长时间的工作。
为了确保发动机在现场的可靠性，吉比专注于确保QSX发动机排气歧管接头的安全，尽管工业现场环境恶劣。标准紧固件由于易受振动、热变形、热循环引起的松动和初始预紧力的大变异性而不能令人满意。
吉比解释说:“我们避免使用粘合剂和尼龙塞，因为高温会烧毁它们。”“我们还避免了分裂垫圈和变形螺纹，因为它们的应力集中是疲劳失效的一大隐患。分离式垫圈如果刮伤表面并开始产生疲劳裂缝，可能会带来更多问题。”
Gibby表示，高垫片和高螺帽螺钉可以增加螺栓连接的弹性，这在某些接头应用中会有所帮助。但对于许多发动机，包括QSX发动机，没有足够的包装或引擎盖下空间，因此它不是一个选择。
传统的锁紧紧固件没有解决标准60°螺纹形式的基本设计问题:内螺纹和外螺纹之间的间隙可能导致振动引起的螺纹松动。在最初几个啮合螺纹处的应力集中和疲劳也是一个问题，随着剪切概率的增加，特别是在软金属中，由于其倾向于轴向加载。极端的温度还会使表面和材料膨胀或收缩，可能会影响接头的完整性。
康明斯的工程师成功地解决了这些挑战，同时降低了组件重量，并实现了spirallock锁扣的可重用性。这种重新设计的螺纹形式在螺纹根部增加了一个30°楔形坡道，与标准60°外螺纹紧固件相匹配。
楔形坡道允许螺栓相对于内螺纹自由旋转，直到施加夹具负载。标准外螺纹形式的顶点紧靠在楔形坡道上，消除了径向间隙，并在整个螺纹啮合长度上形成连续的螺旋线接触。这种连续的线接触将夹紧力更均匀地分布在所有啮合螺纹上，提高了抗振动松动、轴向扭转载荷、接头疲劳和极端温度的能力。
螺旋锁紧紧固件与标准紧固件一起进行测试，以确定强度、耐久性和可靠性。
吉比主动测试了spirallock锁紧紧固件，在一个不正常的、测试到失败的、热循环测试中，与标准紧固件进行了面对面的测试。该测试比较了典型不锈钢螺母与Spiralock不锈钢螺母在QSX工业发动机排气歧管接头上的固定时间。每四个螺母都用镀银的Spiralock螺母进行了测试，以获得更一致的预载。
此外，一个弯曲、磨损的排气歧管使用了超过1250小时的热循环，许多垫圈故障，涡轮清除。根据吉比的说法，该引擎进行了高温测试，从400华氏度到1400华氏度，每6分钟返回一次。除了巨大的热波动，引擎还在高怠速状态下运行。
吉比表示:“在测试中，我们决定对排气歧管连接紧固件施加比现场任何客户都更大的压力。“我们的目标是提供可靠的工业发动机性能，在不发生计划外停机的情况下完成工作。”
因为测试是为真实世界设计的，所有的螺母都明显没有拧紧到公称负载减去3.5 sigma(标准差的统计度量)。
吉比补充说:“当一个工业引擎在现场出现故障时，机械师们通常会在引擎和天气都很热的情况下，迅速将其恢复服务并恢复生产。在这些条件下，机械师可能无法测量或完全扭转排气歧管螺母。我们希望设计出一种能够在客户所面临的环境中可靠工作的紧固件。”
在振动和极端热循环下，四个典型的不锈钢螺母中有三个在两个小时内松动脱落，导致接头破裂，发动机停止工作。然而，Spiralock螺母从未脱落，安装18个多小时后仍然安全。吉比的结论是，spirallock锁紧紧固件将在低于扭矩的安装中存活，而标准螺母则会失效。结果使发动机性能更加可靠。
Spiralock
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康明斯，Inc。
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