淺析螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松

申超　張思婉

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的和松動(dòng)的原因，分析了各種防松原理，并對(duì)其應(yīng)用效果作了簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)。指出了在工程上選用合理的聯(lián)接結(jié)構(gòu)和防松措施，可有效地提高螺紋聯(lián)接的可靠性。

關(guān)鍵詞：螺紋聯(lián)接；預(yù)緊力；防松方法；可靠性

引言

近年來(lái)，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，螺紋聯(lián)接在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用體現(xiàn)的越來(lái)越明顯，在機(jī)械設(shè)備、航空航天、汽車(chē)及高速列車(chē)等領(lǐng)域螺紋聯(lián)接都得到了廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前可拆聯(lián)接方式發(fā)展中不可或缺的一部分。同時(shí)，隨著螺紋聯(lián)接件的大量使用，因螺紋聯(lián)接件松動(dòng)甚至脫落引起的事故也是時(shí)有發(fā)生，而造成螺紋聯(lián)接件松動(dòng)甚至脫落的主要原因在于聯(lián)接件使用過(guò)程中的振動(dòng)及沖擊等動(dòng)載荷或工作溫度的較大變化，螺紋聯(lián)接的反復(fù)使用可以導(dǎo)致聯(lián)接件的摩擦系數(shù)及預(yù)緊力的降低，然后造成螺紋聯(lián)接件的失效。為此，螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松問(wèn)題應(yīng)引起機(jī)械制造業(yè)的足夠重視。

1 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

螺紋聯(lián)接進(jìn)行預(yù)緊可以有效的防止松動(dòng)，加強(qiáng)其緊密性與聯(lián)接的可靠性。在螺紋聯(lián)接預(yù)緊時(shí)力度要適合，適合的力度不單單能夠加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的承載力度，還能有效地將應(yīng)力分布均勻，提高并改善螺紋聯(lián)接的工作可靠性。如果預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)降低其承載載荷，螺紋在強(qiáng)大的壓力下從螺栓中脫落或者發(fā)生螺紋斷裂現(xiàn)象；而如果預(yù)緊力過(guò)小，聯(lián)接處出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致螺栓受力發(fā)生變化，降低其使用壽命。同時(shí)，適度的控制預(yù)緊力，也要控制好力的大小，不能過(guò)大或過(guò)小，螺栓在受力不均勻的情況下，容易導(dǎo)致螺栓與螺紋聯(lián)接整體設(shè)計(jì)載荷下降，失去螺栓聯(lián)接處應(yīng)發(fā)揮的作用。從以上可以看出，均勻適度的預(yù)緊力，可以提高機(jī)械設(shè)備的整體運(yùn)行效果。

當(dāng)螺栓聯(lián)接受螺栓擰緊力矩T？撞時(shí)，被聯(lián)接零件間產(chǎn)生預(yù)緊壓力F0，而螺栓則受到預(yù)緊拉力F0，此時(shí)F0即為螺栓所受的預(yù)緊力。

1.1 擰緊力矩（扳手力矩）T？撞

在預(yù)緊螺栓聯(lián)接時(shí)，加于扳手上的擰緊力矩T？撞，須克服螺旋副中的螺紋力矩T和螺母與支承表面間的摩擦阻力矩Tf，即T？撞=T+Tf對(duì)于M10～M68的粗牙螺紋，則T？撞為（經(jīng)驗(yàn)公式）：

T？撞≈0.2F0d×10-3 （1）

式中：T？撞-擰緊力矩，單位為N·m；F0-擰緊力，單位為N；d-螺紋的公稱(chēng)直徑，單位為mm。

1.2 預(yù)緊力的控制

在螺栓聯(lián)接中，預(yù)緊力的大小要適當(dāng)，當(dāng)預(yù)緊力過(guò)大時(shí)，又可能使螺栓打斷。預(yù)緊力F0的大小取決于擰緊力矩T？撞。因此，在裝配螺栓聯(lián)接時(shí)，要對(duì)擰緊力矩加以控制。可采用測(cè)力矩扳手或定力矩來(lái)控制預(yù)緊力。也可測(cè)量擰緊螺母后螺栓的伸長(zhǎng)量，以此來(lái)控制預(yù)緊力F0。

在某些關(guān)鍵部位的螺紋聯(lián)接應(yīng)用中，如果操作人員單純的根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)而不是準(zhǔn)確數(shù)據(jù)來(lái)控制螺栓預(yù)緊力時(shí)，為了有效防止螺栓聯(lián)接的斷裂，一般要使用小于M12的螺栓，最常用的是M12～M24螺栓。

2 分析螺紋聯(lián)接松動(dòng)的原因

對(duì)于螺紋聯(lián)接在實(shí)際的操作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)螺紋聯(lián)接松動(dòng)，分析其松動(dòng)的原因可以概括為以下三個(gè)方面：（1）由于螺紋聯(lián)接面變形而產(chǎn)生松動(dòng)；（2）在軸向載荷產(chǎn)生力的作用下松動(dòng)；（3）在橫向載荷產(chǎn)生力的作用下松動(dòng)。

上面所說(shuō)的三個(gè)出現(xiàn)的聯(lián)接松動(dòng)的原因不是就某一個(gè)單獨(dú)作用的，他們往往是在機(jī)械作用下同時(shí)出現(xiàn)的，這些機(jī)械運(yùn)動(dòng)包括變載、沖擊、振動(dòng)等。除此之外，溫度的變化也會(huì)是引起螺紋聯(lián)接松動(dòng)的重要原因。螺紋聯(lián)接松動(dòng)會(huì)引起機(jī)器的驟停，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成事故，對(duì)操作者造成傷害。為解決螺紋松動(dòng)帶來(lái)的危害，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該不斷改進(jìn)其結(jié)構(gòu)，使其在特定的條件下保證螺紋聯(lián)接的可靠性。在實(shí)際的工作，人們?yōu)榱吮苊饴菁y聯(lián)接松動(dòng)帶來(lái)的危害，采取多種措施防止螺紋聯(lián)接的松動(dòng)。

3 螺紋聯(lián)接防松方法

要解決螺紋聯(lián)接松動(dòng)的問(wèn)題，最重要的是要防止螺旋副在受載時(shí)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。防止螺紋聯(lián)接松動(dòng)的原理按照其工作原理可以分為：摩擦防松、機(jī)械防松、永久防松。

3.1 摩擦防松

螺紋副中存在著防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力，這個(gè)摩擦力的產(chǎn)生來(lái)源于不隨聯(lián)接載荷而產(chǎn)生的壓力。壓力可由螺紋橫向或者縱向壓緊而產(chǎn)生。常用方法有采用彈簧墊圈、對(duì)頂螺母、自鎖螺母、液壓螺母、螺紋鎖固劑等。

3.2 機(jī)械防松

機(jī)械防松的原理是通過(guò)各種金屬止動(dòng)元件來(lái)阻止螺母以及螺栓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。常用的機(jī)械防松方法開(kāi)口銷(xiāo)與槽形螺母、止動(dòng)墊片、圓螺母與帶翅墊片等。機(jī)械防松的方法比較適合有沖擊力容易產(chǎn)生較大振動(dòng)以及高速的場(chǎng)合。特別是對(duì)于機(jī)械內(nèi)部不易檢查的部位，優(yōu)點(diǎn)是防松可靠，缺點(diǎn)是不容易拆卸。

3.3 永久防松

此防松方法是通過(guò)破壞螺紋副來(lái)達(dá)到防松目的。常用的永久防松方法有點(diǎn)焊、鉚接、金屬膠結(jié)等，這種方式防松可靠，但不可重復(fù)使用，適用于不需拆卸的特殊聯(lián)接。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，由于螺紋聯(lián)接故障而直接或間接導(dǎo)致的重大事故不斷涌現(xiàn)，而這也提醒著廣大操作人員一定要重視過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，所謂“千里之堤，毀于蟻穴”，一個(gè)小小的螺母或者螺栓都有可能造成無(wú)法挽回的事故及損失，直接影響到機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)效率，也可能直接給我們的生活帶來(lái)不小的威脅。面對(duì)著每一個(gè)發(fā)人深省的事故，機(jī)械制造及工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)和操作人員也已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到注重每一個(gè)細(xì)節(jié)的可靠性和安全性的重要意義。綜上所述，通過(guò)對(duì)螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松方法的闡述，設(shè)計(jì)人員可以在不同場(chǎng)合采用相應(yīng)的措施來(lái)提高螺紋聯(lián)接的質(zhì)量，以有效保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：申超（1977-），男，漢族，河南寶豐人，中船重工集團(tuán)公司第七一三研究所，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械電子工程。

張思婉（1983-），女，漢族，河南南陽(yáng)人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。