機械設計中螺紋防松方法的探討

樊水晶 高穎閣 程芝群

摘? 要：文章介紹了螺紋連接預緊與防松的方法。通過具體分析螺紋松動原因，總結使用中常用防松方式，并列舉使用范圍，可有效保證螺紋連接可靠性。

關鍵詞：螺紋連接;擰緊力矩;螺栓副;防松

中圖分類號：TH131.3? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0110-02

Abstract： This paper introduces the methods of pre-tightening and anti-loosening of threaded connection. Through the concrete analysis of the causes of thread loosening， this paper summarizes the common anti-loosening methods in use， and enumerates the scope of use， which can effectively ensure the reliability of thread connection.

Keywords： threaded connection; tightening torque; bolt pair; anti-loosening

1 概述

在汽車行業工裝夾具的開發過程中，螺栓連接作為最基本的連接方式，把兩個孔之間的元件給連接起來，在設計中具有設計標準化、采購簡單便捷、便于安裝與拆卸、成本低廉等特點而被廣泛使用推廣。

在實際設備使用過程中，螺栓在使用了一段時間之后會發生松動的這種現象，在生產過程中設備連接件松動會造成設備元器件損壞，嚴重者會造成人員傷亡等安全事故，因此要在設計過程中增加設備防松，以保證設備運行的可靠性。

2 螺紋連接預緊

2.1 擰緊力矩

擰緊力矩T為克服螺栓副相對運動的阻力矩T1與螺母支撐面上的摩擦阻力矩T2之和，即T=T1+T2。

對于M10-M68的粗牙螺紋，即可簡化為：

T=0.2Fad? ?N·mm

其中：d為螺紋公稱直徑，mm;Fa為預緊力，N。

2.2 螺紋扭力-（附扭力值）及做扭力標記

預緊應力不宜過大，應控制在規定的范圍內。螺栓的預緊應力一般可達到材料屈服極限的50%-70%。預緊力過大將造成螺栓強度達到屈服點，否則會將螺栓桿拉斷。因此，在設備裝配過程中，要通過扭力扳手測量擰緊力矩，同時在螺栓頭部與被固定件表面做標記，當螺桿被松動后，可沿緊固螺桿的方向扭緊螺桿直到標記重合為止。螺桿大小對應的扭矩值如表1所示。

3 螺栓松動原因

對于螺紋連接在實際的操作過程中，會出現螺紋連接松動，分析其松動的原因可以概括為以下兩個方面：

（1）由于螺絲本身金屬疲勞;通常螺絲經常都會被拆解和安裝，經過幾次之后螺絲就很容易發生金屬疲勞，或者螺絲承受力過大，螺紋連接面變形而產生松動。

（2）在軸向或橫向載荷產生力的作用下松動;即震動產生的力。

但是在實際使用過程中，不僅僅是以上介紹的兩種原因，沖擊、振動、變載荷作用下，或當溫度變化大時，螺栓強度會發生一定的變化，螺紋連接有可能松動，一種或多種原因同時作用于設備，螺栓連接會出現松動甚至完全脫開的現象。

4 螺紋防松方法

螺紋聯接一般都具有自鎖性能，但在實際使用過程中需考慮使用環境、工作狀態、載荷等因素，應考慮連接的防松，螺栓防松的根本在于防止螺栓副的相對運動。

4.1 摩擦力防松

摩擦力防松通過橫向和縱向壓緊螺紋副，使之產生摩擦力來實現防松效果。常用的方法如下：

（1）彈簧墊片，彈簧墊圈的反彈力使螺紋間保持壓緊力并增加螺母和螺栓之間的摩擦力，從而達到防松效果。但彈簧墊圈產生的回彈力不夠均勻，僅適用于普通連接防松。

（2）雙螺母鎖緊，兩螺母在擰緊后，螺母之間產生的軸向力，使螺母牙與螺栓牙之間的摩擦力增大而防止螺母自動松脫，適用于低速重載或載荷平穩的場合。

（3）雙疊自鎖墊圈，自鎖墊圈由兩片墊圈組成，外側是帶有放射狀凸紋面，而內側為斜齒面。當裝配時，內側斜齒面間相對，外側放射狀凸紋面與兩端接觸面成咬合狀態，當連接件受到振動，并使螺栓發生松動趨勢時，僅僅允許兩片墊圈內側斜齒面間相對錯動，產生抬升張力，從而達到鎖緊效果。自鎖墊圈不僅是一種防松的制鎖裝置，也是一種高承載制鎖裝置，可應用于所有強振動環境。

（4）鎖緊螺母，是一種廣泛應用于機械等行業的螺母，其工作原理是采用螺母和螺栓之間的摩擦力進行自鎖。但是在動載荷中這種自鎖的可靠性就會降低。

（5）緊釘螺釘：螺桿扭緊后，在固定件上開孔通過螺釘逼緊螺桿，增加螺桿橫向摩擦力，實現防松效果，此方法適用于安裝空間范圍小或密閉空間。

4.2 機械防松

機械防松是用約束螺紋副的方法防止連接松動。常用的方法如下：

（1）開口銷，是一種將扁形盤條彎曲后并在一起，且將彎曲點處加工成環形制成的零部件，將其插入螺母槽或者螺栓尾部的開孔內，然后將其尾部的分叉掰開，這樣就能夠防止螺母與螺栓的相對轉動，起到防止松動的作用。

（2）圓螺母和帶翅

墊片：使墊圈內舌嵌入

螺栓（軸）的槽內，擰緊螺母后將墊圈外舌之一褶嵌于螺母的一個槽內。適用于軸端頭固定使用。

（3）止動墊片：螺母擰緊后，將單耳或雙耳止動墊圈分別向螺母和被聯接件的側面折彎貼緊，實現防松。如果兩個螺栓需要雙聯鎖緊時，可采用雙聯止動墊片。

4.3 破壞性防松

破壞性防松即讓螺紋之間失去運動副特性而連接成不可拆連接。

（1）黏著劑：也有人稱耐落膠，是防止螺絲螺栓松動的一種膠體。在使用螺絲螺栓時，在螺紋表面涂上一層黏著劑，在擰入螺母或工件上與空氣隔絕就會產生硬化的厭氧性黏著劑，防止螺絲螺栓脫落。常用于關鍵部位的螺栓連接，如導軌固定、氣缸接頭、往復桿等傳動部位螺栓連接處。

（2）點焊、鉚接。這種方法在拆卸時大多要破壞螺紋緊固件，無法重復使用。

5 結束語

在設備連接的關鍵部位，如氣缸連接頭、軸承固定、電機等動力輸出端、導軌安裝等，可根據具體使用情況采用摩擦力防松、機械性防松及破壞性防松等，本文僅對設備使用螺栓防松進行對比，設計時可參考防松方法提高設備穩定性。

參考文獻：

[1]楊可楨.機械設計基礎（6版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（3版）[M].北京：機械工業出版社，2004.