薄厚螺母安裝方式及防松有效性探討

程帥

摘 要：文中介紹了薄厚螺母配合使用如何達(dá)到有效防松，從薄厚螺母的防松機(jī)理及國(guó)外的試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明，得出當(dāng)薄螺母為上螺母時(shí)，由于其擰緊力矩相對(duì)較小，螺紋牙之間的有效接觸面積小，容易出現(xiàn)松動(dòng)；而厚螺母為上螺母時(shí)，則不容易出現(xiàn)厚螺母與螺栓的螺紋副松動(dòng)。在實(shí)際的工作中，除了上下螺母的擰緊力矩組合的設(shè)置對(duì)聯(lián)接防松性能起到關(guān)鍵作用外，薄厚螺母的安裝順序也是非常重要且容易忽視的方面，需要高度重視。

關(guān)鍵詞：薄厚螺母 螺紋副 安裝步驟 防松機(jī)理

中圖分類號(hào)：TH131.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（b）-0113-02

螺紋聯(lián)結(jié)廣泛用于各類機(jī)械設(shè)備上，特別在一些大型起重機(jī)、工程機(jī)械及破碎振動(dòng)設(shè)備上則要求螺紋副具有良好的防松作用，否則往往造成重大的人身或設(shè)備事故。

眾所周知，螺紋聯(lián)結(jié)常用的防松類型有3類：摩擦防松、機(jī)械防松和永久防松。永久防松屬于破壞型防松，無(wú)法重復(fù)使用；機(jī)械防松一般使用特殊的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行防松，比如開口銷式、止動(dòng)墊片式及串鋼絲繩式等；摩擦防松則是利用螺栓和螺母擰緊后的摩擦力進(jìn)行防松，無(wú)需特別設(shè)計(jì)即可進(jìn)行防松，比如利用墊片、自鎖螺母及雙螺母等。

薄厚螺母是一種比較常見的螺紋聯(lián)結(jié)防松形式。在實(shí)際工作中，有些工程人員對(duì)薄厚螺母的安裝順序及對(duì)應(yīng)的防松效果不是太清楚或理解。針對(duì)這一情況，該文通過薄厚螺母防松方式及防松原理進(jìn)行探討，希望對(duì)今后的正確應(yīng)用有一定幫助。

1 螺母防松聯(lián)接方式

如下圖1，薄厚螺母的防松安裝方式有兩種情況，左圖薄螺母處于上方，右圖薄螺母處于下方。薄螺母處于最下方的這種方式似乎違反直覺，能否起到防松效果？ 或者兩個(gè)防松效果一樣？

2 薄厚螺母安裝方法

兩個(gè)普通薄厚螺母配合一起使用，如果實(shí)現(xiàn)良好的防松效果，需要遵循一定的技術(shù)要求。在不討論薄厚螺母安裝順序的情況下，國(guó)內(nèi)外的安裝方法如下。

國(guó)內(nèi)常規(guī)方法：先用規(guī)定擰緊力矩的80%擰緊下螺母，再用100%的擰緊力矩?cái)Q緊上螺母。

國(guó)外通用方法：使用規(guī)定擰緊力矩的25%～50%擰緊薄螺母（下螺母）；使用100%的擰緊力矩?cái)Q緊標(biāo)準(zhǔn)螺母（上螺母）。

從上面看出，首先兩種方法都是給下螺母一個(gè)預(yù)緊力，然后再給上螺母規(guī)定擰緊力；其次，下螺母的預(yù)緊力國(guó)內(nèi)國(guó)外稍微不同，國(guó)外方法的下螺母預(yù)緊力小一些。值得一提的是，力矩組合的選擇并不是固定，需要通過專門的實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行確認(rèn)。

3 薄厚螺母防松機(jī)理

當(dāng)薄螺母和厚螺母配合使用時(shí)，一般認(rèn)為厚螺母應(yīng)該首先旋入，因?yàn)樗鼘⒊惺苷麄€(gè)載荷。然而，如果先旋入薄螺母，再旋入并擰緊厚螺母時(shí)，薄螺母螺紋上的荷載會(huì)降低。結(jié)合兩幅圖片說(shuō)明其原理。

（1）擰緊薄螺母后，薄螺母與螺栓的上螺紋面受力位置見圖1。

（2）當(dāng)厚螺母擰緊到薄螺母上，隨著擰緊力的增加，薄螺母螺紋上所受的應(yīng)力減小。繼續(xù)增加擰緊力，螺栓螺紋將與薄螺母的上螺紋面接觸，此時(shí)F3=F2。繼續(xù)增大標(biāo)準(zhǔn)螺母的擰緊力，由于使用了100%的擰緊力矩，最終F3>F2。兩個(gè)螺母與螺栓之間受力見圖2。

（3）雙螺母鎖止的原因在于螺栓上的螺紋與上螺母的下螺紋面和下螺母的上螺紋面接觸，螺栓與兩個(gè)螺母之間的螺紋受力方向正好相反，使得它們之間無(wú)法有相對(duì)的螺紋運(yùn)動(dòng)，從而形成鎖止。

（4）F3是隨著標(biāo)準(zhǔn)螺母的力矩增大而增大的。當(dāng)F3過大時(shí)，在兩個(gè)螺母結(jié)合點(diǎn)附近的螺栓螺紋容易損壞，甚至有被拉斷的危險(xiǎn)。

4 兩種聯(lián)接方式的效果測(cè)試

國(guó)外某測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行過相關(guān)薄厚螺母兩種聯(lián)接方式的防松果，結(jié)果表明，相比薄螺母為上螺母的情況下，薄螺母為下螺母時(shí)則具有良好的防松效果。初步解釋如下：（1）針對(duì)同一材質(zhì)不同厚度的螺母，薄螺母的擰緊力矩小于厚螺母的擰緊力矩；則薄螺母的預(yù)緊力矩小于厚螺母的預(yù)緊力矩（預(yù)緊力矩與擰緊力矩占比相同條件下）；（2）螺栓的頂部的振動(dòng)幅度大于螺栓根部的振動(dòng)幅度；（3）雙螺母緊固結(jié)構(gòu)使螺栓在旋合段內(nèi)受拉而螺母受壓，構(gòu)成螺紋聯(lián)接副縱向壓緊；螺栓副自鎖效應(yīng)使雙螺母能夠起到防松作用，如果出現(xiàn)螺栓副松動(dòng)，則它們之間一定有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；（4）當(dāng)薄螺母為上螺母時(shí)，由于其擰緊力矩相對(duì)較小，螺紋牙之間的有效接觸面積小，且螺栓頂部的振動(dòng)幅度較大，故容易出現(xiàn)薄螺母與螺栓的螺紋副有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而出現(xiàn)松動(dòng)；而對(duì)于厚螺母為上螺母時(shí)，其擰緊力矩相對(duì)較大，盡管螺栓頂部的振動(dòng)幅度較大，但也不容易出現(xiàn)厚螺母與螺栓的螺紋副松動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過上面的分析可以看出，從薄厚螺母的防松效果來(lái)看：（1）先安裝薄螺母，再安裝標(biāo)準(zhǔn)螺母的裝配方式能獲得更好的防松性能；（2）上下螺母擰緊力矩組合的設(shè)置對(duì)聯(lián)結(jié)防松性能起到關(guān)鍵作用，使螺紋副的螺紋之間產(chǎn)生微小的彈性變形，以增加兩螺母之間的摩擦力，從而增加兩個(gè)螺母的對(duì)頂作用，增強(qiáng)防松效果。

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