某產品與夾具連接螺釘振動松脫原因分析 及解決措施

倪凡

（貴州航天電子科技有限責任公司，貴州 貴陽 550009）

摘要：專用夾具徑向安裝常采用螺釘連接，在振動時，常存在夾具與產品的同軸度較低，時而發生螺釘的松脫現象，螺釘連接松脫現象是螺釘在振動中常出現的一種失效形式。文章針對隨機振動試驗中產生的松脫現象，詳細分析了螺釘松脫的原因，提出了一種有效合理的解決措施。

關鍵詞：專用夾具；螺釘連接；振動脫落；松脫原因

中圖分類號：TG759文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0073-02專用夾具（以下簡稱夾具）在某型號產品做力學環境試驗時具有重要的作用。特別是在研制階段，產品存在不確定因素，會導致夾具使用范圍窄小，每個研制階段都可能設計一套夾具，但夾具在一次性設計中難免會有不足之處，在振動實驗中出現異常而導致試驗不能繼續的情況時有發生。另外，某型號系統內的分系統的安裝方式大部分都采用徑向或軸向安裝形式。軸向安裝方式使用擰緊螺母緊固，很少發生螺釘松脫現象。而徑向安裝常采用螺釘連接，在振動時，常存在夾具與產品的同軸度較低，時而發生螺釘的松脫現象，導致試驗中斷。如果有比較合理的措施，稍作改動就能解決螺釘松脫問題，這樣不僅可以避免對試驗造成嚴重的影響，而且可以為其它分系統夾具設計提供一定的參考。

1產品與夾具連接螺釘松脫現象

O表示夾具圓心，O`表示轉發譯碼機圓心，O``表示收發信機圓心

圖1

在隨機振動試驗中，其產品與夾具裝配如圖1所示。產品用實線表示，產品由收發信機與轉發譯碼機兩部分組成，通過8×M6×22的螺釘把產品與夾具緊固連接，然后通過壓板把夾具緊固在振動臺上，分別對產品的三個方向（X、Y、Z）進行各5分鐘的隨機振動。第一次振動，產品沒有松脫現象。但第二次振動，在X方向振動約兩2分鐘就出現松脫現象。經過反復振動試驗，發現開始是出現某一螺釘松動，松動程度越來越大最終螺釘脫落，在第一個螺釘迅速松動時，其它的螺釘也慢慢松動。如果不停止振動，就會出現全部螺釘脫落現象。換成Y或Z方向，也有類似現象發生。因此無論采用哪一個方向先振動，在達到振動時間要求之前都會出現螺釘松脫現象，最終導致試驗無法完成。

2螺釘松脫分析及解決措施

2.1螺釘脫落分析

產品與夾具同軸度低。如圖１所示，收發信機和轉發譯碼機都是由多個零件裝配而成，加工和裝配都存在一定的誤差，因此對收發信機和轉發譯碼機分別與4個螺紋孔所在安裝弧面的同軸度都有較大的偏差。轉發譯碼機4個螺紋孔也因相同的原因存在同軸度偏低。收發信機與轉發譯碼機之間也存在類似裝配誤差。同軸度累計偏差，最終表現在夾具沉孔與產品螺紋孔同軸度嚴重偏低，且方向具有不確定性。螺釘（連接產品與夾具的螺釘）在擰緊后產生螺釘的沉頭面不完全與夾具的沉頭面接觸，螺釘與產品接觸面間不同的徑向受到的摩擦力相差較大。另外夾具的光孔是φ7mm，而螺釘是M6，螺釘與光孔存在較大的間隙，接觸面變得更小，從振動松脫的螺釘看，螺釘的接觸面是很狹窄的一個環形（如圖2陰影部分所示）。在隨機振動的過程中，夾具通過螺釘把振動動力傳遞到產品中，就某個螺釘而言，螺釘受到的外力大小和受力方向都是隨機的。在８個螺釘中擰緊時受到接觸面間的摩擦力較不均勻，且螺旋副的摩擦力減小較大的螺釘。當摩擦力減小到一定值時，就會使螺旋副產生相對運動趨勢，這樣反復振動，螺旋副就會發生相對運動，摩擦力迅速減小，螺釘松動。一旦產生螺釘局部松動后，其余螺釘就會迅速的松動，最終發生螺釘脫落現象。

圖2陰影部分表示與沉孔接觸部分

螺釘的旋合長度。實驗證明，螺紋在受到拉力時，約有1/3的載荷集中在第一圈上，以后各圈受到的拉力就迅速遞減，第八圈以后的螺紋幾乎不受載荷。而本試驗中M6螺釘的螺距為1mm，螺釘的旋合長度為9mm，螺紋的受載荷不小于8圈，因此從旋合長度來分析，也不應該出現松脫現象。但在隨機振動中，螺釘的受力不均勻，受到外力的變化較大，會引起靜位移現象產生。旋合長度會影響靜位移的大小，而靜位移的大小會影響螺釘吸收隨機振動時所產生的能量。因此旋合長度的長短也會影響松脫現象。

2.2螺釘脫落解決措施

因為要求夾具重復使用，因此許多一次性螺紋防松措施都不可用。若改用公稱直徑大的螺釘可能滿足要求，但不能模擬真實狀態，并且產品也不允許擴大螺紋孔的公稱直徑。提高產品與夾具同軸度可以達到螺釘脫落，但從產品和夾具著手不可行。因此如何提高產品與夾具的同軸度，而又對夾具進行繼承，產品不需改動是解決此問題的關鍵。經過分析，采取加長螺釘與螺紋孔的旋合長度，這樣在螺釘擰緊過程中就會自動校正產品螺紋孔與夾具沉孔的同軸度，理論上旋合長度越長，其同軸度越高，同軸度提高，螺釘與夾具沉孔的接觸面也相應的增大，可使接觸面間的摩擦力均勻。只要產品的8個螺紋孔與所對應夾具沉孔的同軸度提高，那么產品與夾具中心軸的重合度也得到校正。在校正的過程中，螺釘除了受到總拉力，螺旋角產生的摩擦力外，還受到在校正時產生的咬合力，這種咬合力很難用公式計算出來，但通過前后比較，測力矩扳手可測量所增加的摩擦力，咬合力大小與螺釘長度有直接關系。如圖3所示，F1、F2分別表示螺釘與夾具和產品所產生的咬合力。如果螺釘過長，咬合力迅速增大，可能出現螺釘受到摩擦力過大，拉力過大，對螺釘承受載荷不利，也可能使螺釘受到的力矩遠大于許用值，螺釘的裝卸也不方便。最好達到螺釘受力比較均勻，螺釘與夾具接觸面間摩擦力均勻。另外增加旋合長度會使螺釘較柔軟，有利在螺釘受到不穩定的外力時增大靜位移，靜位移增大能使螺釘更多地吸收振動時產生的能量，受到的振動力得到一定緩沖與減小，有利增大螺釘的摩擦力。在試驗中把螺釘的長度增加8mm，經試驗證明這種改進措施有效可行，避免松脫現象。除了更換螺釘，產品的螺紋足夠深，因此對夾具與產品都不需更改，方法簡單，是一種合理的解決措施。

圖3光孔與螺紋孔校正前后

3結語

本文通過振動試驗中螺釘的松脫現象，對產生松脫原因進行詳細的分析，借助增加螺釘長度提高光孔與螺紋孔配合的同軸度時所產生的咬合力來增大螺釘螺旋副的摩擦力，同時也使螺釘與沉孔接觸面間摩擦力比較均勻，從而達到提高螺釘的防松目的，使問題得到合理的解決。

參考文獻

[1]?劉鴻文．材料力學[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2]?濮良貴．機械設計（第七版）[M]．北京：高等教育

出版社，2001．

endprint

（貴州航天電子科技有限責任公司，貴州 貴陽 550009）

摘要：專用夾具徑向安裝常采用螺釘連接，在振動時，常存在夾具與產品的同軸度較低，時而發生螺釘的松脫現象，螺釘連接松脫現象是螺釘在振動中常出現的一種失效形式。文章針對隨機振動試驗中產生的松脫現象，詳細分析了螺釘松脫的原因，提出了一種有效合理的解決措施。

關鍵詞：專用夾具；螺釘連接；振動脫落；松脫原因

中圖分類號：TG759文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0073-02專用夾具（以下簡稱夾具）在某型號產品做力學環境試驗時具有重要的作用。特別是在研制階段，產品存在不確定因素，會導致夾具使用范圍窄小，每個研制階段都可能設計一套夾具，但夾具在一次性設計中難免會有不足之處，在振動實驗中出現異常而導致試驗不能繼續的情況時有發生。另外，某型號系統內的分系統的安裝方式大部分都采用徑向或軸向安裝形式。軸向安裝方式使用擰緊螺母緊固，很少發生螺釘松脫現象。而徑向安裝常采用螺釘連接，在振動時，常存在夾具與產品的同軸度較低，時而發生螺釘的松脫現象，導致試驗中斷。如果有比較合理的措施，稍作改動就能解決螺釘松脫問題，這樣不僅可以避免對試驗造成嚴重的影響，而且可以為其它分系統夾具設計提供一定的參考。

1產品與夾具連接螺釘松脫現象

O表示夾具圓心，O`表示轉發譯碼機圓心，O``表示收發信機圓心

圖1

在隨機振動試驗中，其產品與夾具裝配如圖1所示。產品用實線表示，產品由收發信機與轉發譯碼機兩部分組成，通過8×M6×22的螺釘把產品與夾具緊固連接，然后通過壓板把夾具緊固在振動臺上，分別對產品的三個方向（X、Y、Z）進行各5分鐘的隨機振動。第一次振動，產品沒有松脫現象。但第二次振動，在X方向振動約兩2分鐘就出現松脫現象。經過反復振動試驗，發現開始是出現某一螺釘松動，松動程度越來越大最終螺釘脫落，在第一個螺釘迅速松動時，其它的螺釘也慢慢松動。如果不停止振動，就會出現全部螺釘脫落現象。換成Y或Z方向，也有類似現象發生。因此無論采用哪一個方向先振動，在達到振動時間要求之前都會出現螺釘松脫現象，最終導致試驗無法完成。

2螺釘松脫分析及解決措施

2.1螺釘脫落分析

產品與夾具同軸度低。如圖１所示，收發信機和轉發譯碼機都是由多個零件裝配而成，加工和裝配都存在一定的誤差，因此對收發信機和轉發譯碼機分別與4個螺紋孔所在安裝弧面的同軸度都有較大的偏差。轉發譯碼機4個螺紋孔也因相同的原因存在同軸度偏低。收發信機與轉發譯碼機之間也存在類似裝配誤差。同軸度累計偏差，最終表現在夾具沉孔與產品螺紋孔同軸度嚴重偏低，且方向具有不確定性。螺釘（連接產品與夾具的螺釘）在擰緊后產生螺釘的沉頭面不完全與夾具的沉頭面接觸，螺釘與產品接觸面間不同的徑向受到的摩擦力相差較大。另外夾具的光孔是φ7mm，而螺釘是M6，螺釘與光孔存在較大的間隙，接觸面變得更小，從振動松脫的螺釘看，螺釘的接觸面是很狹窄的一個環形（如圖2陰影部分所示）。在隨機振動的過程中，夾具通過螺釘把振動動力傳遞到產品中，就某個螺釘而言，螺釘受到的外力大小和受力方向都是隨機的。在８個螺釘中擰緊時受到接觸面間的摩擦力較不均勻，且螺旋副的摩擦力減小較大的螺釘。當摩擦力減小到一定值時，就會使螺旋副產生相對運動趨勢，這樣反復振動，螺旋副就會發生相對運動，摩擦力迅速減小，螺釘松動。一旦產生螺釘局部松動后，其余螺釘就會迅速的松動，最終發生螺釘脫落現象。

圖2陰影部分表示與沉孔接觸部分

螺釘的旋合長度。實驗證明，螺紋在受到拉力時，約有1/3的載荷集中在第一圈上，以后各圈受到的拉力就迅速遞減，第八圈以后的螺紋幾乎不受載荷。而本試驗中M6螺釘的螺距為1mm，螺釘的旋合長度為9mm，螺紋的受載荷不小于8圈，因此從旋合長度來分析，也不應該出現松脫現象。但在隨機振動中，螺釘的受力不均勻，受到外力的變化較大，會引起靜位移現象產生。旋合長度會影響靜位移的大小，而靜位移的大小會影響螺釘吸收隨機振動時所產生的能量。因此旋合長度的長短也會影響松脫現象。

2.2螺釘脫落解決措施

因為要求夾具重復使用，因此許多一次性螺紋防松措施都不可用。若改用公稱直徑大的螺釘可能滿足要求，但不能模擬真實狀態，并且產品也不允許擴大螺紋孔的公稱直徑。提高產品與夾具同軸度可以達到螺釘脫落，但從產品和夾具著手不可行。因此如何提高產品與夾具的同軸度，而又對夾具進行繼承，產品不需改動是解決此問題的關鍵。經過分析，采取加長螺釘與螺紋孔的旋合長度，這樣在螺釘擰緊過程中就會自動校正產品螺紋孔與夾具沉孔的同軸度，理論上旋合長度越長，其同軸度越高，同軸度提高，螺釘與夾具沉孔的接觸面也相應的增大，可使接觸面間的摩擦力均勻。只要產品的8個螺紋孔與所對應夾具沉孔的同軸度提高，那么產品與夾具中心軸的重合度也得到校正。在校正的過程中，螺釘除了受到總拉力，螺旋角產生的摩擦力外，還受到在校正時產生的咬合力，這種咬合力很難用公式計算出來，但通過前后比較，測力矩扳手可測量所增加的摩擦力，咬合力大小與螺釘長度有直接關系。如圖3所示，F1、F2分別表示螺釘與夾具和產品所產生的咬合力。如果螺釘過長，咬合力迅速增大，可能出現螺釘受到摩擦力過大，拉力過大，對螺釘承受載荷不利，也可能使螺釘受到的力矩遠大于許用值，螺釘的裝卸也不方便。最好達到螺釘受力比較均勻，螺釘與夾具接觸面間摩擦力均勻。另外增加旋合長度會使螺釘較柔軟，有利在螺釘受到不穩定的外力時增大靜位移，靜位移增大能使螺釘更多地吸收振動時產生的能量，受到的振動力得到一定緩沖與減小，有利增大螺釘的摩擦力。在試驗中把螺釘的長度增加8mm，經試驗證明這種改進措施有效可行，避免松脫現象。除了更換螺釘，產品的螺紋足夠深，因此對夾具與產品都不需更改，方法簡單，是一種合理的解決措施。

圖3光孔與螺紋孔校正前后

3結語

本文通過振動試驗中螺釘的松脫現象，對產生松脫原因進行詳細的分析，借助增加螺釘長度提高光孔與螺紋孔配合的同軸度時所產生的咬合力來增大螺釘螺旋副的摩擦力，同時也使螺釘與沉孔接觸面間摩擦力比較均勻，從而達到提高螺釘的防松目的，使問題得到合理的解決。

參考文獻

[1]?劉鴻文．材料力學[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2]?濮良貴．機械設計（第七版）[M]．北京：高等教育

出版社，2001．

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（貴州航天電子科技有限責任公司，貴州 貴陽 550009）

摘要：專用夾具徑向安裝常采用螺釘連接，在振動時，常存在夾具與產品的同軸度較低，時而發生螺釘的松脫現象，螺釘連接松脫現象是螺釘在振動中常出現的一種失效形式。文章針對隨機振動試驗中產生的松脫現象，詳細分析了螺釘松脫的原因，提出了一種有效合理的解決措施。

關鍵詞：專用夾具；螺釘連接；振動脫落；松脫原因

中圖分類號：TG759文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0073-02專用夾具（以下簡稱夾具）在某型號產品做力學環境試驗時具有重要的作用。特別是在研制階段，產品存在不確定因素，會導致夾具使用范圍窄小，每個研制階段都可能設計一套夾具，但夾具在一次性設計中難免會有不足之處，在振動實驗中出現異常而導致試驗不能繼續的情況時有發生。另外，某型號系統內的分系統的安裝方式大部分都采用徑向或軸向安裝形式。軸向安裝方式使用擰緊螺母緊固，很少發生螺釘松脫現象。而徑向安裝常采用螺釘連接，在振動時，常存在夾具與產品的同軸度較低，時而發生螺釘的松脫現象，導致試驗中斷。如果有比較合理的措施，稍作改動就能解決螺釘松脫問題，這樣不僅可以避免對試驗造成嚴重的影響，而且可以為其它分系統夾具設計提供一定的參考。

1產品與夾具連接螺釘松脫現象

O表示夾具圓心，O`表示轉發譯碼機圓心，O``表示收發信機圓心

圖1

在隨機振動試驗中，其產品與夾具裝配如圖1所示。產品用實線表示，產品由收發信機與轉發譯碼機兩部分組成，通過8×M6×22的螺釘把產品與夾具緊固連接，然后通過壓板把夾具緊固在振動臺上，分別對產品的三個方向（X、Y、Z）進行各5分鐘的隨機振動。第一次振動，產品沒有松脫現象。但第二次振動，在X方向振動約兩2分鐘就出現松脫現象。經過反復振動試驗，發現開始是出現某一螺釘松動，松動程度越來越大最終螺釘脫落，在第一個螺釘迅速松動時，其它的螺釘也慢慢松動。如果不停止振動，就會出現全部螺釘脫落現象。換成Y或Z方向，也有類似現象發生。因此無論采用哪一個方向先振動，在達到振動時間要求之前都會出現螺釘松脫現象，最終導致試驗無法完成。

2螺釘松脫分析及解決措施

2.1螺釘脫落分析

產品與夾具同軸度低。如圖１所示，收發信機和轉發譯碼機都是由多個零件裝配而成，加工和裝配都存在一定的誤差，因此對收發信機和轉發譯碼機分別與4個螺紋孔所在安裝弧面的同軸度都有較大的偏差。轉發譯碼機4個螺紋孔也因相同的原因存在同軸度偏低。收發信機與轉發譯碼機之間也存在類似裝配誤差。同軸度累計偏差，最終表現在夾具沉孔與產品螺紋孔同軸度嚴重偏低，且方向具有不確定性。螺釘（連接產品與夾具的螺釘）在擰緊后產生螺釘的沉頭面不完全與夾具的沉頭面接觸，螺釘與產品接觸面間不同的徑向受到的摩擦力相差較大。另外夾具的光孔是φ7mm，而螺釘是M6，螺釘與光孔存在較大的間隙，接觸面變得更小，從振動松脫的螺釘看，螺釘的接觸面是很狹窄的一個環形（如圖2陰影部分所示）。在隨機振動的過程中，夾具通過螺釘把振動動力傳遞到產品中，就某個螺釘而言，螺釘受到的外力大小和受力方向都是隨機的。在８個螺釘中擰緊時受到接觸面間的摩擦力較不均勻，且螺旋副的摩擦力減小較大的螺釘。當摩擦力減小到一定值時，就會使螺旋副產生相對運動趨勢，這樣反復振動，螺旋副就會發生相對運動，摩擦力迅速減小，螺釘松動。一旦產生螺釘局部松動后，其余螺釘就會迅速的松動，最終發生螺釘脫落現象。

圖2陰影部分表示與沉孔接觸部分

螺釘的旋合長度。實驗證明，螺紋在受到拉力時，約有1/3的載荷集中在第一圈上，以后各圈受到的拉力就迅速遞減，第八圈以后的螺紋幾乎不受載荷。而本試驗中M6螺釘的螺距為1mm，螺釘的旋合長度為9mm，螺紋的受載荷不小于8圈，因此從旋合長度來分析，也不應該出現松脫現象。但在隨機振動中，螺釘的受力不均勻，受到外力的變化較大，會引起靜位移現象產生。旋合長度會影響靜位移的大小，而靜位移的大小會影響螺釘吸收隨機振動時所產生的能量。因此旋合長度的長短也會影響松脫現象。

2.2螺釘脫落解決措施

因為要求夾具重復使用，因此許多一次性螺紋防松措施都不可用。若改用公稱直徑大的螺釘可能滿足要求，但不能模擬真實狀態，并且產品也不允許擴大螺紋孔的公稱直徑。提高產品與夾具同軸度可以達到螺釘脫落，但從產品和夾具著手不可行。因此如何提高產品與夾具的同軸度，而又對夾具進行繼承，產品不需改動是解決此問題的關鍵。經過分析，采取加長螺釘與螺紋孔的旋合長度，這樣在螺釘擰緊過程中就會自動校正產品螺紋孔與夾具沉孔的同軸度，理論上旋合長度越長，其同軸度越高，同軸度提高，螺釘與夾具沉孔的接觸面也相應的增大，可使接觸面間的摩擦力均勻。只要產品的8個螺紋孔與所對應夾具沉孔的同軸度提高，那么產品與夾具中心軸的重合度也得到校正。在校正的過程中，螺釘除了受到總拉力，螺旋角產生的摩擦力外，還受到在校正時產生的咬合力，這種咬合力很難用公式計算出來，但通過前后比較，測力矩扳手可測量所增加的摩擦力，咬合力大小與螺釘長度有直接關系。如圖3所示，F1、F2分別表示螺釘與夾具和產品所產生的咬合力。如果螺釘過長，咬合力迅速增大，可能出現螺釘受到摩擦力過大，拉力過大，對螺釘承受載荷不利，也可能使螺釘受到的力矩遠大于許用值，螺釘的裝卸也不方便。最好達到螺釘受力比較均勻，螺釘與夾具接觸面間摩擦力均勻。另外增加旋合長度會使螺釘較柔軟，有利在螺釘受到不穩定的外力時增大靜位移，靜位移增大能使螺釘更多地吸收振動時產生的能量，受到的振動力得到一定緩沖與減小，有利增大螺釘的摩擦力。在試驗中把螺釘的長度增加8mm，經試驗證明這種改進措施有效可行，避免松脫現象。除了更換螺釘，產品的螺紋足夠深，因此對夾具與產品都不需更改，方法簡單，是一種合理的解決措施。

圖3光孔與螺紋孔校正前后

3結語

本文通過振動試驗中螺釘的松脫現象，對產生松脫原因進行詳細的分析，借助增加螺釘長度提高光孔與螺紋孔配合的同軸度時所產生的咬合力來增大螺釘螺旋副的摩擦力，同時也使螺釘與沉孔接觸面間摩擦力比較均勻，從而達到提高螺釘的防松目的，使問題得到合理的解決。

參考文獻

[1]?劉鴻文．材料力學[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2]?濮良貴．機械設計（第七版）[M]．北京：高等教育

出版社，2001．

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