機(jī)械設(shè)計(jì)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(yù)緊與防松的方法。通過具體分析螺紋松動原因，總結(jié)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(guān)鍵詞：螺紋連接;擰緊力矩;螺栓副;防松

中圖分類號：TH131.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)工裝夾具的開發(fā)過程中，螺栓連接作為最基本的連接方式，把兩個(gè)孔之間的元件給連接起來，在設(shè)計(jì)中具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、采購簡單便捷、便于安裝與拆卸、成本低廉等特點(diǎn)而被廣泛使用推廣。

在實(shí)際設(shè)備使用過程中，螺栓在使用了一段時(shí)間之后會發(fā)生松動的這種現(xiàn)象，在生產(chǎn)過程中設(shè)備連接件松動會造成設(shè)備元器件損壞，嚴(yán)重者會造成人員傷亡等安全事故，因此要在設(shè)計(jì)過程中增加設(shè)備防松，以保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2 螺紋連接預(yù)緊

2.1 擰緊力矩

擰緊力矩T為克服螺栓副相對運(yùn)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(yù)緊力，N。

2.2 螺紋扭力-（附扭力值）及做扭力標(biāo)記

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

3 螺栓松動原因

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

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

（2）在軸向或橫向載荷產(chǎn)生力的作用下松動;即震動產(chǎn)生的力。

但是在實(shí)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(dāng)溫度變化大時(shí)，螺栓強(qiáng)度會發(fā)生一定的變化，螺紋連接有可能松動，一種或多種原因同時(shí)作用于設(shè)備，螺栓連接會出現(xiàn)松動甚至完全脫開的現(xiàn)象。

4 螺紋防松方法

螺紋聯(lián)接一般都具有自鎖性能，但在實(shí)際使用過程中需考慮使用環(huán)境、工作狀態(tài)、載荷等因素，應(yīng)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(yùn)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(chǎn)生摩擦力來實(shí)現(xiàn)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(dá)到防松效果。但彈簧墊圈產(chǎn)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(chǎn)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(wěn)的場合。

（3）雙疊自鎖墊圈，自鎖墊圈由兩片墊圈組成，外側(cè)是帶有放射狀凸紋面，而內(nèi)側(cè)為斜齒面。當(dāng)裝配時(shí)，內(nèi)側(cè)斜齒面間相對，外側(cè)放射狀凸紋面與兩端接觸面成咬合狀態(tài)，當(dāng)連接件受到振動，并使螺栓發(fā)生松動趨勢時(shí)，僅僅允許兩片墊圈內(nèi)側(cè)斜齒面間相對錯(cuò)動，產(chǎn)生抬升張力，從而達(dá)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(yīng)用于所有強(qiáng)振動環(huán)境。

（4）鎖緊螺母，是一種廣泛應(yīng)用于機(jī)械等行業(yè)的螺母，其工作原理是采用螺母和螺栓之間的摩擦力進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(jī)械防松

機(jī)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(diǎn)處加工成環(huán)形制成的零部件，將其插入螺母槽或者螺栓尾部的開孔內(nèi)，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(zhuǎn)動，起到防止松動的作用。

（2）圓螺母和帶翅

墊片：使墊圈內(nèi)舌嵌入

螺栓（軸）的槽內(nèi)，擰緊螺母后將墊圈外舌之一褶嵌于螺母的一個(gè)槽內(nèi)。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(lián)接件的側(cè)面折彎貼緊，實(shí)現(xiàn)防松。如果兩個(gè)螺栓需要雙聯(lián)鎖緊時(shí)，可采用雙聯(lián)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(yùn)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(shí)，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(chǎn)生硬化的厭氧性黏著劑，防止螺絲螺栓脫落。常用于關(guān)鍵部位的螺栓連接，如導(dǎo)軌固定、氣缸接頭、往復(fù)桿等傳動部位螺栓連接處。

（2）點(diǎn)焊、鉚接。這種方法在拆卸時(shí)大多要破壞螺紋緊固件，無法重復(fù)使用。

5 結(jié)束語

在設(shè)備連接的關(guān)鍵部位，如氣缸連接頭、軸承固定、電機(jī)等動力輸出端、導(dǎo)軌安裝等，可根據(jù)具體使用情況采用摩擦力防松、機(jī)械性防松及破壞性防松等，本文僅對設(shè)備使用螺栓防松進(jìn)行對比，設(shè)計(jì)時(shí)可參考防松方法提高設(shè)備穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊可楨.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（6版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.