螺紋緊固件防松技術淺析

陳繼炯

（廣西柳工機械股份有限公司，柳州 545007）

螺紋緊固件防松技術淺析

陳繼炯

（廣西柳工機械股份有限公司，柳州 545007）

螺紋預緊力是指在螺紋承受負荷之前受到的擰緊力。當螺紋喪失部分或喪失了全部預緊力時，螺紋緊固件將發生松動。本文將針對螺紋緊固件防松技術進行詳細闡述，以期提供一定借鑒。

螺紋 防松 預緊力 緊固件

1 螺紋緊固件松動原因分析

螺紋預緊力是指在螺紋承受負荷前受到的擰緊力。當螺紋喪失部分或喪失了全部預緊力時，螺紋緊固件將發生松動。緊固件發生松動主要原因可以歸納為以下幾個方面。

1.1 螺紋自松

在螺紋連接受到靜態負載時，由于摩擦角一直大于螺紋升角，所以緊固件不會發生松動。但是，在受到動態負載時，由于振動與沖擊的作用，螺紋支撐面法向方向的壓力會發生瞬間降低，以致出現小于零的狀況。此時，螺母失去了摩擦力而發生延振動斜面向下的微觀滑動。由于頻發長期的振動沖擊，最終產生螺母自松動。

1.2 初始狀態松動

螺紋緊固件在擰緊后，在運行使用過程中，由于發生振動和摩擦，接觸面的粗糙度和不平整性降低，從而使緊固件發生松動，這種松動被稱作為初始松動。針對這種松動情況，主要的解決辦法是工作一段時間后對螺紋進行加固擰緊，以補償因初始松動丟失的預緊力。

1.3 支撐面發生壓陷造成松動

螺紋緊固件在使用過程中，由于螺母或螺栓的支撐面接觸壓力過大，致使支撐面和連接件表面發生壓陷。過分的壓陷將導致原本擰緊的螺紋因喪失預緊力或者預計力減小而發生松動，此種松動被稱作為壓陷松動。由于壓陷變形無法從根本上避免，降低壓陷松動的主要措施是增大螺母的接觸面積，或者是給支撐面增加一個大接觸面的墊圈。

2 螺紋緊固件主要防松措施分析

2.1 施必牢螺母

圖1 施必牢螺母局部示意圖

施必牢螺母與普通螺母在結構上具有明顯區別，其在螺紋上增加了楔形的斜面，這可改變螺紋的受力方向。螺紋牙口受力均勻，避免因螺紋局部受力過大造成的損壞。施必牢由于均勻受力的特殊螺紋結構，使得其具備良好的防松抗震效果。值得注意的是，如果在實際使用中，將施必牢螺母與普通墊片組合使用，會導致施必牢螺母喪失均勻受力這一優點，導致實際效果有可能差于普通螺母。此時，施必牢螺母必須配合使用高強度的墊圈。圖1為施必牢螺母局部示意圖。

2.2 達克羅防松墊片

達克羅防松墊片通過夾緊力而非摩擦力來阻止松動，墊圈防松系統由預裝好的一對墊圈組成，墊圈內表面為大鋸齒，外表面為小鋸齒，如圖2所示。擰緊螺栓時，墊圈的外表面咬緊螺栓和工件的接觸面。由于摩擦系數的差異，滑動只發生在內側的大鋸齒面之間，直至達到誤差最小的預緊力。振動時，滑動依然只發生在內側的大鋸齒面之間。因為大鋸齒的坡度大于螺紋的坡度，振動中螺紋抬升一圈所需要的高度低于大鋸齒間錯位一格抬升所需要的高度。與此同時，大鋸齒的少量抬升使得夾緊力增加，并使墊圈和螺栓復位。因此，配合墊圈防松系統，可以有效鎖緊處于劇烈振動和動力負載下的連接件。

圖2 達克羅防松墊片示意圖

2.3 采取雙螺母結構

將單螺母用相同規格的雙螺母進行替換，可以提升緊固件的固定效果，達到有效防松的目的，如圖3所示。首先使用80%的扭矩加固擰緊雙螺母中的內螺母，然后再使用100%的安裝扭矩裝緊外螺母。這樣可以很好地保證螺紋摩擦阻力，同時可增加兩螺母的貼緊度，達到單螺母的雙倍緊固力。但是，此結構存在一定的缺點，即雙螺母雖增加了緊固件種類，但對于空間要求比較苛刻的場所使用將受到限制。

圖3 雙螺母結構

2.4 增加螺紋摩擦力

防松措施最常用的方法之一是增加螺紋之間或者螺母與連接處之間的摩擦力。此方法可以擺脫安裝使用空間的限制，進行循環重復使用，兼顧了防松效果和經濟實用性。另外，利用焊接和涂粘合劑等也可以破壞螺紋的運動副關系，達到放松動效果，如圖4所示。但這類方法同時破壞了螺紋緊固件的結構，以致螺紋不能重復再利用，只能適用于一次性使用的螺紋緊固件的防松處理。

圖4 焊接和涂粘合劑

2.5 加裝彈性墊圈

可用于螺紋緊固件加固防松處理的彈性墊圈主要包括鞍形型、齒形型、彈簧型和波形等彈性墊圈。彈性墊圈的主要原理是利用彈性墊圈產生的外彈力和摩擦力，以增加連接處的加固緊鎖力度，降低緊固件松動的發生概率，如圖5所示。彈性圈具有安裝簡單、價格便宜和連接牢固等優點，是緊固件防松的常用處理方法。值得注意的是，彈性墊圈一般材質比較輕脆，當緊固件受到劇烈沖擊和振動時，容易導致螺紋連接松動，存在一定的松動隱患。

圖5 彈性墊圈

3 防松性能試驗方法

3.1 地腳螺栓試驗法

地腳螺栓試驗法將測試的零件安裝在測試機，連接結構與地腳螺栓相似，在測試零件上標出位置標記。然后，通過試驗機的偏心振動機構對測試品的螺紋連接處進行機械振動。對測試品標記位置的變化情況進行定時記錄，將連接處位置相對變化作為防松性能的評價標準。該測試方法是第一代防松性能測試方法，未能實現標準化，無通用測試設備，且測試時間過長，試驗結果并不理想，已逐漸被淘汰。

3.2 套筒橫向沖擊法

套筒橫向沖擊法是把被測試零件安裝擰緊在試驗套筒內部，并且在套筒和零件上均進行位置標記，把套筒裝置在搖架的導槽內部，使套筒隨搖架一起往復橫向移動。系統運行后，搖架會發生往復擺動，套筒會在導槽內往復循環撞擊導槽的兩端并受到很大的沖撞力，而測試零件受到沖擊會發生松動。在整個試驗過程中，通過定時停機來記錄測試件發生的位移情況，并以此來評判測試件防松性能。

3.3 橫向振動法

橫向振動法主要利用振動測試機將測試零件擰緊固定在測試機上，使其具有一定的夾緊力。測試機將夾緊測試零件的兩塊金屬板發生交變的橫向位移，并且連續往復運動，使得夾緊力隨著時間逐漸降低甚至消失。通過連續采集存儲夾緊力連續變化值，以此判斷緊固件的防松性能。當夾緊力降低速度越慢，說明防松性能越佳；反之，夾緊力降低速度越快，防松性能越差。

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[3]吳濤.基于非線性有限元法的變牙型螺紋防松性能研究[D].武漢：武漢理工大學，2013.

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Technical Analysis of Anti Loosening of Screw Fastener

CHEN Jijiong
(Guangxi machinery Limited by Share Ltd, Liuzhou 545007)

The thread preload is the screw to bear the load before the tightening force. When the thread loses part or loses all the pre tightening force, the thread fastener will loose. This article will be aimed at the thread fastener technology to carry on the detailed elaboration, in order to provide some reference.

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