全新的圓柱螺紋聯(lián)接防松原理及防松技術(shù)

許松林（江蘇　張家港　215600）

全新的圓柱螺紋聯(lián)接防松原理及防松技術(shù)

許松林
（江蘇張家港215600）

圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生的松動(dòng)是內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)），因此，只要實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的完全防松。

螺紋；松動(dòng)；防松；楔形；鎖緊

圓柱螺紋聯(lián)接是機(jī)械構(gòu)件中不可或缺的基礎(chǔ)零部件，圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生松動(dòng)是長(zhǎng)期以來(lái)困擾我們的技術(shù)難題。本文對(duì)圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生松動(dòng)的原因進(jìn)行了全新的理論分析，進(jìn)而根據(jù)此分析提出了全新的圓柱螺紋聯(lián)接防松原理，并且利用其他研究者的相關(guān)研究結(jié)果以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一全新的理論分析與原理，同時(shí)介紹了根據(jù)全新防松原理提出的有關(guān)圓柱螺紋聯(lián)接防松的三項(xiàng)全新的專利技術(shù)方案，以及對(duì)楔形螺紋鎖緊防松機(jī)理進(jìn)行的全新的分析。

1　圓柱螺紋聯(lián)接松動(dòng)的原因分析

在一副圓柱螺紋聯(lián)接中，內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)與螺紋升角達(dá)到一定值，就能實(shí)現(xiàn)螺紋聯(lián)接的縱向自鎖。

普通的60°三角形圓柱螺紋聯(lián)接在擰緊的狀態(tài)下不受外力的作用時(shí)，內(nèi)、外螺紋之間縱向、橫向都存在一定的間隙，并且內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)與牙側(cè)的傾角不能滿足螺紋聯(lián)接橫向自鎖的條件（螺紋聯(lián)接未擰緊時(shí)，在橫向作用力的作用下，內(nèi)、外螺紋件之間可以橫向滑動(dòng)）。

以一副60°三角形右旋圓柱螺紋螺母擰緊在相應(yīng)的60°三角形右旋圓柱螺紋螺栓上的螺紋聯(lián)接副（內(nèi)、外螺紋之間縱向、橫向都存在一定的間隙，并且內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)與牙側(cè)的傾角不能滿足螺紋聯(lián)接橫向自鎖的條件）為例：在向后水平方向的外力作用下（作用點(diǎn)在螺栓上），螺紋聯(lián)接副以螺栓頭朝上垂直于水平面的姿態(tài)，由向前水平方向的一定速度開(kāi)始做向前水平方向的減速運(yùn)動(dòng)（如橫向沖擊）。如果用包含相互重疊的內(nèi)、外螺紋的縱向中軸線并與螺紋聯(lián)接副的運(yùn)動(dòng)方向相互平行的平面將螺栓和螺母分為左右兩側(cè)，如圖1所示，左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)是呈向下的彎曲斜面，而右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)是呈向上的彎曲斜面。當(dāng)螺栓的橫向加速度大于能使螺母依靠靜摩擦力相對(duì)于螺栓保持靜止?fàn)顟B(tài)的最大橫向加速度的瞬間，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺母相對(duì)于螺栓向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)與螺栓相對(duì)于螺母向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（如圖2），因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互擠壓的趨勢(shì)和左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互脫離的趨勢(shì)（如圖2），因此會(huì)出現(xiàn)右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力比左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力更大的狀況，因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺母以右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)和螺栓以右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（因?yàn)槭艿絻?nèi)、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復(fù)的橫向減速運(yùn)動(dòng)中螺母與螺栓都不能連續(xù)地以右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。因此，如果螺栓的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺母就會(huì)做順時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺母相對(duì)于螺栓的慣性力[螺母的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會(huì)在螺栓的外螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）；如果螺栓的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺栓就會(huì)做逆時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺栓相對(duì)于螺母的慣性力[螺栓的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會(huì)在螺母的內(nèi)螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。螺母的順時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺栓松退的運(yùn)動(dòng)，螺栓的逆時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺母松退的運(yùn)動(dòng)，也就是螺紋聯(lián)接產(chǎn)生松動(dòng)。由于內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)角30°大于縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)小于0.2，因此縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內(nèi)、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，在夾緊力的作用下，內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間又會(huì)恢復(fù)到相互吻合接觸的狀態(tài)，因此，在反復(fù)的減速運(yùn)動(dòng)中螺紋聯(lián)接會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的松動(dòng)。

關(guān)于無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以參考如下小實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)水平懸置的圓柱形鉛筆上套上一個(gè)內(nèi)徑是鉛筆外徑的兩倍以上（這樣便于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能放大實(shí)驗(yàn)的視覺(jué)效果）的圓圈（如戒指），用力向前撞擊圓圈的中部，圓圈就會(huì)做類似于呼啦圈運(yùn)動(dòng)的無(wú)固定軸縱向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)（由于受到圓圈與鉛筆之間的空間限制，圓圈無(wú)法以圓圈與鉛筆之間的接觸點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)軸做縱向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），圓圈的無(wú)固定軸縱向轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是圓圈在鉛筆表面上的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

上述螺紋聯(lián)接副的減速運(yùn)動(dòng)中，如果外力的作用點(diǎn)在螺母上，那么，當(dāng)螺母的橫向加速度大于能使螺栓依靠靜摩擦力相對(duì)于螺母保持靜止?fàn)顟B(tài)的最大橫向加速度的瞬間，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺栓相對(duì)于螺母向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)與螺母相對(duì)于螺栓向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（如圖3所示），因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互擠壓的趨勢(shì)和右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互脫離的趨勢(shì)（如圖3所示），因此會(huì)出現(xiàn)左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力比右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力更大的狀況，因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺栓以左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)和螺母以左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（因?yàn)槭艿絻?nèi)、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復(fù)的橫向減速運(yùn)動(dòng)中螺栓與螺母都不能連續(xù)地以左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。因此，如果螺母的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺母就會(huì)做順時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺母相對(duì)于螺栓的慣性力[螺母的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會(huì)在螺栓的外螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）；如果螺母的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺栓就會(huì)做逆時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺栓相對(duì)于螺母的慣性力[螺栓的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會(huì)在螺母的內(nèi)螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。螺母的順時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺栓松退的運(yùn)動(dòng)，螺栓的逆時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺母松退的運(yùn)動(dòng)，也就是螺紋聯(lián)接產(chǎn)生松動(dòng)。由于內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)角30°大于縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)小于0.2，因此縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內(nèi)、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，在夾緊力的作用下，內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間又會(huì)恢復(fù)到相互吻合接觸的狀態(tài)，因此，在反復(fù)的減速運(yùn)動(dòng)中螺紋聯(lián)接會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的松動(dòng)。

如果，在向前水平方向的外力作用下（作用點(diǎn)在螺栓上），上述的螺紋聯(lián)接副以螺栓頭朝上垂直于水平面的姿態(tài)，由靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始做向前水平方向的加速運(yùn)動(dòng)，那么，當(dāng)螺栓的橫向加速度大于能使螺母依靠靜摩擦力相對(duì)于螺栓保持靜止?fàn)顟B(tài)的最大橫向加速度的瞬間，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺母相對(duì)于螺栓向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)與螺栓相對(duì)于螺母向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（如圖3所示），因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互擠壓的趨勢(shì)和右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互脫離的趨勢(shì)（如圖3所示），因此會(huì)出現(xiàn)左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力比右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力更大的狀況，因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺母以左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)和螺栓以左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（因?yàn)槭艿絻?nèi)、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復(fù)的橫向加速運(yùn)動(dòng)中螺母與螺栓都不能連續(xù)地以左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。因此，如果螺栓的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺母就會(huì)做順時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺母相對(duì)于螺栓的慣性力[螺母的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會(huì)在螺栓的外螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）；如果螺栓的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺栓就會(huì)做逆時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺栓相對(duì)于螺母的慣性力[螺栓的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會(huì)在螺母的內(nèi)螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。螺母的順時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺栓松退的運(yùn)動(dòng)，螺栓的逆時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺母松退的運(yùn)動(dòng)，也就是螺紋聯(lián)接產(chǎn)生松動(dòng)。由于內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)角30°大于縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)小于0.2，因此縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內(nèi)、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，在夾緊力的作用下，內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間又會(huì)恢復(fù)到相互吻合接觸的狀態(tài)，因此，在反復(fù)的加速運(yùn)動(dòng)中螺紋聯(lián)接會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的松動(dòng)。

上述螺紋聯(lián)接副的加速運(yùn)動(dòng)中，如果外力的作用點(diǎn)在螺母上，那么，當(dāng)螺母的橫向加速度大于能使螺栓依靠靜摩擦力相對(duì)于螺母保持靜止?fàn)顟B(tài)的最大橫向加速度的瞬間，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺栓相對(duì)于螺母向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)與螺母相對(duì)于螺栓向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（如圖2所示），因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互擠壓的趨勢(shì)和左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間相互脫離的趨勢(shì)（如圖2所示），因此會(huì)出現(xiàn)右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力比左側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與左側(cè)外螺紋的上牙側(cè)之間的摩擦力更大的狀況，因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生螺栓以右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)和螺母以右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（因?yàn)槭艿絻?nèi)、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復(fù)的橫向加速運(yùn)動(dòng)中螺栓與螺母都不能連續(xù)地以右側(cè)內(nèi)螺紋的下牙側(cè)與右側(cè)外螺紋的上牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做逆時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與順時(shí)針?lè)较驒M向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。因此，如果螺母的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺母就會(huì)做順時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺母相對(duì)于螺栓的慣性力[螺母的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會(huì)在螺栓的外螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）；如果螺母的橫向加速度大于一定值（也就是，螺母與螺栓之間的相對(duì)加速度大于一定值），螺栓就會(huì)做逆時(shí)針?lè)较虻臒o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果螺栓相對(duì)于螺母的慣性力[螺栓的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會(huì)在螺母的內(nèi)螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。螺母的順時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺栓松退的運(yùn)動(dòng)，螺栓的逆時(shí)針?lè)较驘o(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于螺母松退的運(yùn)動(dòng)，也就是螺紋聯(lián)接產(chǎn)生松動(dòng)。由于內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)角30°大于縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)小于0.2，因此縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內(nèi)、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，在夾緊力的作用下，內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間又會(huì)恢復(fù)到相互吻合接觸的狀態(tài)，因此，在反復(fù)的加速運(yùn)動(dòng)中螺紋聯(lián)接會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的松動(dòng)。

因此，普通圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生松動(dòng)的主要原因是：橫向振動(dòng)是橫向加速運(yùn)動(dòng)與橫向減速運(yùn)動(dòng)的交替運(yùn)動(dòng)，橫向沖擊是橫向減速運(yùn)動(dòng)。普通圓柱螺紋聯(lián)接的內(nèi)、外螺紋之間縱向、橫向都存在一定的間隙，并且內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦因數(shù)與牙側(cè)的傾角不能滿足螺紋聯(lián)接橫向自鎖的條件。如果用包含螺紋的縱向中軸線的平面將螺紋分為兩部分，在橫向上這兩部分螺紋就會(huì)呈現(xiàn)朝向相反的兩個(gè)彎曲斜面。普通圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里，當(dāng)內(nèi)螺紋件或外螺紋件的橫向加速度大于能使外螺紋件或內(nèi)螺紋件依靠靜摩擦力相對(duì)于內(nèi)螺紋件或外螺紋件保持靜止?fàn)顟B(tài)的最大橫向加速度的瞬間，內(nèi)螺紋件與外螺紋件會(huì)同時(shí)產(chǎn)生往相反方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因此會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一側(cè)內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間相互擠壓的趨勢(shì)和另一側(cè)內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間相互脫離的趨勢(shì)，因此會(huì)出現(xiàn)一側(cè)內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦力比另一側(cè)內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間的摩擦力更大的狀況，因此，內(nèi)螺紋件與外螺紋件會(huì)同時(shí)產(chǎn)生以摩擦力更大的一側(cè)內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做相對(duì)松退方向橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（因?yàn)槭艿絻?nèi)、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復(fù)的橫向加、減速運(yùn)動(dòng)中內(nèi)螺紋件與外螺紋件都不能連續(xù)地以摩擦力更大的一側(cè)內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)的接觸面為旋轉(zhuǎn)軸做相對(duì)松退方向的橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。因此，如果內(nèi)螺紋件或外螺紋件的橫向加速度大于一定值（也就是，內(nèi)螺紋件與外螺紋件之間的相對(duì)加速度大于一定值），內(nèi)螺紋件就會(huì)做相對(duì)于外螺紋件松退方向的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果內(nèi)螺紋件相對(duì)于外螺紋件的慣性力[內(nèi)螺紋件的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于內(nèi)螺紋件受到的阻力，內(nèi)螺紋件就會(huì)在外螺紋件的外螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）；如果內(nèi)螺紋件或外螺紋件的橫向加速度大于一定值（也就是，內(nèi)螺紋件與外螺紋件之間的相對(duì)加速度大于一定值），外螺紋件就會(huì)做相對(duì)于內(nèi)螺紋件松退方向的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也就是，如果外螺紋件相對(duì)于內(nèi)螺紋件的慣性力[外螺紋件的質(zhì)量×相對(duì)加速度]大于外螺紋件受到的阻力，外螺紋件就會(huì)在內(nèi)螺紋件的內(nèi)螺紋表面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。由于內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)角大于縱向作用力下內(nèi)、外螺紋的牙型之間的摩擦角，所以內(nèi)、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，在夾緊力的作用下，內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)之間又會(huì)恢復(fù)到相互吻合接觸的狀態(tài)，因此，在反復(fù)的加、減速運(yùn)動(dòng)中螺紋聯(lián)接會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的松動(dòng)。

普通圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里，內(nèi)、外螺紋件的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是內(nèi)螺紋件在外螺紋表面上的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)與外螺紋件在內(nèi)螺紋表面上的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此，內(nèi)、外螺紋之間的摩擦力是滾動(dòng)摩擦力，并且內(nèi)、外螺紋之間的滾動(dòng)摩擦因數(shù)遠(yuǎn)小于內(nèi)、外螺紋之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，其他研究者的“螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)條件下產(chǎn)生松動(dòng)時(shí)，內(nèi)、外螺紋之間的摩擦因數(shù)會(huì)急劇下降”的研究結(jié)果則正好能證實(shí)這一點(diǎn)。其他研究者所測(cè)得的摩擦因數(shù)應(yīng)該是滾動(dòng)摩擦因數(shù)，卻誤認(rèn)為是滑動(dòng)摩擦因數(shù)的急劇下降導(dǎo)致了螺紋聯(lián)接的松動(dòng)。假設(shè)，橫向振動(dòng)導(dǎo)致了內(nèi)、外螺紋之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)下降，從而導(dǎo)致了螺紋聯(lián)接副的松動(dòng)，那么這個(gè)被振松過(guò)的螺紋聯(lián)接副就應(yīng)該不能再縱向自鎖了。但事實(shí)是，被振松過(guò)的螺紋聯(lián)接副還是能縱向自鎖。

在受到的合力不等于零的情況下，內(nèi)螺紋件或外螺紋件不能同時(shí)存在做不同形式運(yùn)動(dòng)的可能，也就是滿足了內(nèi)螺紋件或外螺紋件做無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的條件，內(nèi)螺紋件或外螺紋件就只能做無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不能做其它形式的運(yùn)動(dòng)。

因此，圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生的松動(dòng)是內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。

表1　橫向振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2　全新的圓柱螺紋聯(lián)接防松原理

圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生的松動(dòng)是內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)），因此，只要實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的完全防松。

3　全新的圓柱螺紋聯(lián)接防松技術(shù)

專利《防松動(dòng)圓柱螺紋件》（公開(kāi)號(hào)：CN103291727A、CN203374616U、WO2015/000316A1）與《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》（公開(kāi)號(hào)：CN103291730A、CN203335598U、WO2015/000317A1）以及《防松動(dòng)螺紋件》（公開(kāi)號(hào)：CN103291729A、CN203335597U、WO2015/000318A1）是根據(jù)“只要實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的完全防松”的全新防松原理提出的有關(guān)圓柱螺紋聯(lián)接防松的全新技術(shù)方案。

《防松動(dòng)圓柱螺紋件》的技術(shù)方案是：內(nèi)螺紋件的內(nèi)孔中設(shè)置有圓柱內(nèi)螺紋，外螺紋件的螺桿上設(shè)置有圓柱外螺紋，外螺紋件的螺桿上有與外螺紋的縱向中軸線相互平行的圓柱表面，內(nèi)螺紋與外螺紋的表面以及圓柱表面上未覆有防松材料，內(nèi)螺紋與外螺紋之間相互旋合后，圓柱表面與內(nèi)螺紋的牙頂或牙底之間是相互緊密接觸的結(jié)構(gòu)，也就是橫向鎖止的結(jié)構(gòu)，從而能有效阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能實(shí)現(xiàn)圓柱內(nèi)螺紋件與圓柱外螺紋件之間的有效防松。

《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》的技術(shù)方案是：內(nèi)螺紋件的內(nèi)孔中設(shè)置有圓柱內(nèi)螺紋，外螺紋件的螺桿上設(shè)置有圓柱外螺紋，內(nèi)螺紋件的內(nèi)孔中有與內(nèi)螺紋的縱向中軸線相互平行的圓柱表面，內(nèi)螺紋與外螺紋的表面以及圓柱表面上未覆有防松材料，內(nèi)螺紋與外螺紋之間相互旋合后，圓柱表面與外螺紋的牙頂或牙底之間是相互緊密接觸的結(jié)構(gòu)，也就是橫向鎖止的結(jié)構(gòu)，從而能有效阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能實(shí)現(xiàn)圓柱內(nèi)螺紋件與圓柱外螺紋件之間的有效防松。

《防松動(dòng)螺紋件》的技術(shù)方案是：內(nèi)螺紋件的內(nèi)孔中設(shè)置有圓柱內(nèi)螺紋，外螺紋件的螺桿上設(shè)置有圓柱外螺紋，內(nèi)螺紋與外螺紋的表面上未覆有防松材料，外螺紋或內(nèi)螺紋的牙底有與外螺紋或內(nèi)螺紋的縱向中軸線呈夾角α或夾角β的楔形斜面，tanα或tanβ小于楔形斜面與內(nèi)螺紋或外螺紋的接觸面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，內(nèi)螺紋件與外螺紋件之間相互旋合擰緊后，內(nèi)螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間是相互緊密接觸的結(jié)構(gòu)，也就是橫向鎖止的結(jié)構(gòu)，從而能有效阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能實(shí)現(xiàn)圓柱內(nèi)螺紋件與圓柱外螺紋件之間的有效防松。根據(jù)德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)制定的VDA235-101標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)、外螺紋件的內(nèi)、外螺紋之間的動(dòng)摩擦因數(shù)不應(yīng)大于0.15，而且tanα或tanβ不可能成為0（因?yàn)閮?nèi)螺紋或外螺紋的縱向中軸線不可能在楔形斜面上），所以優(yōu)選tanα或tanβ大于0小于0.15。

《防松動(dòng)圓柱螺紋件》的實(shí)施例1是，如圖4所示，利用普通內(nèi)螺紋件的牙頂與普通外螺紋件的牙底之間橫向鎖止的結(jié)構(gòu)阻止了內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是實(shí)現(xiàn)了圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的防松。

《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》的實(shí)施例1是，如圖5所示，利用普通內(nèi)螺紋件的牙底與普通外螺紋件的牙頂之間橫向鎖止的結(jié)構(gòu)阻止了內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是實(shí)現(xiàn)了圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的防松。

由于加工誤差以及測(cè)量誤差，在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)螺紋件的大徑或小徑與外螺紋件的大徑或小徑完全相同，所以《防松動(dòng)圓柱螺紋件》與《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》的內(nèi)、外螺紋件之間橫向鎖止的結(jié)構(gòu)是通過(guò)過(guò)盈配合的結(jié)構(gòu)（緊密接觸的結(jié)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)的，因此，在加工誤差允許的范圍內(nèi)利用現(xiàn)有的加工設(shè)備與工藝就能實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，并且適用于剛性聯(lián)接、彈性聯(lián)接等各種圓柱螺紋聯(lián)接的防松。

4　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

專利《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》的實(shí)施例1的樣品，于2013年12月23日在《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心》進(jìn)行了橫向振動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)，檢驗(yàn)報(bào)告的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

報(bào)告編號(hào)：201316821、201317097、301217098

樣品名稱：一種防松動(dòng)圓柱螺紋件（專利名稱）

規(guī)格型號(hào)：M18×80/M18

性能等級(jí)：8.8/8

檢測(cè)和/或判斷依據(jù)：GB/T10431-2008《緊固件橫向振動(dòng)試驗(yàn)方法》/委托方提供的技術(shù)文件（ZL201320391527.2）※《普通螺栓+特殊螺母》為《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》。

試驗(yàn)3、4、6中，軸力的部分衰減是，由螺紋件與夾具以及墊片的粗糙表面被塑性擠壓、磨損等因素導(dǎo)致的，而不是由內(nèi)、外螺紋件之間的相對(duì)松退旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的。

試驗(yàn)的結(jié)果證明：（1）《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》的實(shí)施例1防松的原因不是因?yàn)槟Σ亮Γ且驗(yàn)閮?nèi)、外螺紋之間橫向鎖止的結(jié)構(gòu)有效阻止了內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是，只要實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的完全防松。（2）《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》的實(shí)施例1，適用于剛性聯(lián)接以及彈性聯(lián)接（低軸力聯(lián)接）等各種圓柱螺紋聯(lián)接的防松，其防松性能非?？煽?，并且可以有效重復(fù)使用多次。

表2　橫向振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表3　橫向振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

5　楔形螺紋鎖緊防松機(jī)理的全新分析

在圓柱螺紋聯(lián)接的防松技術(shù)中，楔形螺紋鎖緊防松是比較簡(jiǎn)單并且效果不錯(cuò)的技術(shù)方案之一。比較普遍使用的楔形鎖緊螺紋件是，在內(nèi)螺紋或外螺紋的牙底設(shè)置有與內(nèi)螺紋或外螺紋的縱向中軸線呈30°夾角的楔形斜面。如圖6所示的受力分析，在相同軸力P0的作用下，30°楔形斜面受到的法向力P明顯小于60°普通螺紋的牙側(cè)受到的法向力P2，因此，在相同的摩擦因數(shù)與軸力的條件下，30°楔形螺紋受到的摩擦力明顯小于60°普通螺紋受到的摩擦力。

大多數(shù)需要防松的圓柱螺紋聯(lián)接的螺紋表面之間的摩擦因數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于tan30°（≈0.577），所以內(nèi)螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間不能橫向鎖止，因此，必須得用很大的設(shè)定預(yù)緊力，使內(nèi)螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間產(chǎn)生變形而成為橫向鎖止的結(jié)構(gòu)，或者使內(nèi)、外螺紋件以及工件之間的靜摩擦力很大（這個(gè)，在相同軸力的作用下，60°普通圓柱螺紋聯(lián)接的效果更佳），從而有效阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接的有效防松。

現(xiàn)有的楔形螺紋鎖緊防松，必須依賴螺紋件與工件的縱向伸縮力獲得很大的設(shè)定預(yù)緊力才能實(shí)現(xiàn)，所以僅適用于剛性緊固聯(lián)接的防松，而且螺紋聯(lián)接長(zhǎng)時(shí)間處在復(fù)雜的震動(dòng)或沖擊的環(huán)境里，會(huì)因?yàn)槁菁y件與工件的縱向變形（如冷縮、金屬蠕變等），失去部分或全部預(yù)緊力，從而導(dǎo)致防松失效。同時(shí)，因?yàn)榕c楔形斜面接觸部位的材質(zhì)及形狀存在不確定性，所以能有效防松的預(yù)緊力的預(yù)設(shè)值也存在著很大的不確定性。而發(fā)明《防松動(dòng)螺紋件》的技術(shù)方案是，只要預(yù)緊力能夠使內(nèi)螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間相互緊密接觸，就能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接的有效防松。

結(jié)論

（1）本文通過(guò)理論分析與其他研究者的相關(guān)研究結(jié)果以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了：圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里產(chǎn)生的松動(dòng)是內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)），因此，只要實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內(nèi)、外螺紋件之間的無(wú)固定軸橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊的環(huán)境里的完全防松。

（2）發(fā)明《防松動(dòng)圓柱螺紋件》與《一種防松動(dòng)圓柱螺紋件》，利用普通圓柱內(nèi)螺紋件與普通圓柱外螺紋件的聯(lián)接就完美地解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾我們的“圓柱螺紋聯(lián)接在橫向振動(dòng)或沖擊環(huán)境里的防松”技術(shù)難題。

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