淺析螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松

申超　張思婉

摘 要：文章簡要介紹了螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的和松動的原因，分析了各種防松原理，并對其應(yīng)用效果作了簡要評價。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，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)的越來越明顯，在機(jī)械設(shè)備、航空航天、汽車及高速列車等領(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，隨著螺紋聯(lián)接件的大量使用，因螺紋聯(lián)接件松動甚至脫落引起的事故也是時有發(fā)生，而造成螺紋聯(lián)接件松動甚至脫落的主要原因在于聯(lián)接件使用過程中的振動及沖擊等動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，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)緊力過大，會降低其承載載荷，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，適度的控制預(yù)緊力，也要控制好力的大小，不能過大或過小，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，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，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)緊力過大時，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，要對擰緊力矩加以控制?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩來控制預(yù)緊力。也可測量擰緊螺母后螺栓的伸長量，以此來控制預(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)來控制螺栓預(yù)緊力時，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)接松動的原因

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

上面所說的三個出現(xiàn)的聯(lián)接松動的原因不是就某一個單獨(dú)作用的，他們往往是在機(jī)械作用下同時出現(xiàn)的，這些機(jī)械運(yùn)動包括變載、沖擊、振動等。除此之外，溫度的變化也會是引起螺紋聯(lián)接松動的重要原因。螺紋聯(lián)接松動會引起機(jī)器的驟停，嚴(yán)重的情況下會造成事故，對操作者造成傷害。為解決螺紋松動帶來的危害，在設(shè)計(jì)時應(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)接松動帶來的危害，采取多種措施防止螺紋聯(lián)接的松動。

3 螺紋聯(lián)接防松方法

要解決螺紋聯(lián)接松動的問題，最重要的是要防止螺旋副在受載時發(fā)生相對運(yùn)動。防止螺紋聯(lián)接松動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運(yùn)動的摩擦力，這個摩擦力的產(chǎn)生來源于不隨聯(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各種金屬止動元件來阻止螺母以及螺栓之間的相對運(yùn)動。常用的機(jī)械防松方法開口銷與槽形螺母、止動墊片、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)生較大振動以及高速的場合。特別是對于機(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

此防松方法是通過破壞螺紋副來達(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

近年來，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程中的每一個環(huán)節(jié)，所謂“千里之堤，毀于蟻穴”，一個小小的螺母或者螺栓都有可能造成無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不小的威脅。面對著每一個發(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)識到注重每一個細(xì)節(jié)的可靠性和安全性的重要意義。綜上所述，通過對螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松方法的闡述，設(shè)計(jì)人員可以在不同場合采用相應(yīng)的措施來提高螺紋聯(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)制造及其自動化。