螺紋聯(lián)接防松方法研究

閆紅賓

摘要：從理論上分析了螺紋松動(dòng)的原因，得到松動(dòng)原因包括接觸面有變形的情況、受到了軸向和橫向的作用力等。對(duì)平常使用的防松方法進(jìn)行了闡述，尤其是對(duì)螺母防松、防松膠、預(yù)緊力等方法的原理展開了研究，并對(duì)這些方法的作用結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，得到預(yù)緊力防松方法是當(dāng)前較為適合的方法，對(duì)螺紋間連接的可靠性的提升提供了有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：螺紋聯(lián)接;預(yù)緊力;鎖緊螺母;施必牢螺母;防松膠

引言

螺紋聯(lián)接由于精度高、裝配方便、零件拆裝便利等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前機(jī)構(gòu)設(shè)備之間的連接應(yīng)用非常廣泛。由于這種方式具有自鎖性等特點(diǎn)，然而，對(duì)于有沖擊力作用、振動(dòng)及溫度突變等環(huán)境下工作，由于支承面的磨損、被連接件的受壓下陷、螺栓的過載屈服等各種原因可能松動(dòng)，導(dǎo)致預(yù)緊力下降，使其由擰緊狀態(tài)的緊連接變?yōu)闆]有預(yù)緊力或預(yù)緊力不足的松連接。若出現(xiàn)螺紋間的連接不緊，就會(huì)出現(xiàn)預(yù)緊力下降，嚴(yán)重時(shí)沒有預(yù)緊力作用，使得螺紋之間的連接質(zhì)量下降，而設(shè)備零件易于損壞，嚴(yán)重時(shí)連接直接分離開來。對(duì)真實(shí)的環(huán)境中，由于聯(lián)接件之間連接不緊或分離，導(dǎo)致人受傷或設(shè)備受損的情況經(jīng)常出現(xiàn)。因此，保持緊固件自身的鎖緊，使其在一定時(shí)間內(nèi)松而不脫，對(duì)防止被連接件因分離而失效至關(guān)重要。

一、螺紋聯(lián)接的連接及防松原理

1.連接原理。螺紋聯(lián)接是用一個(gè)或多個(gè)螺栓將兩個(gè)或多個(gè)零部件進(jìn)行可拆卸的連接，按照設(shè)計(jì)的位置傳遞相連零件之間的力和力矩。螺紋聯(lián)接既要承受外部載荷的作用，又要滿足接頭的功能要求。在螺紋聯(lián)接系統(tǒng)中，螺栓相當(dāng)于拉簧，被連接件相當(dāng)于壓簧，螺栓連接原理如圖1所示。由圖可以看出被連接件被壓縮f P M，螺栓被拉長(zhǎng)f SM，由此產(chǎn)生的夾持力將被連接件夾緊，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求及抵抗外部載荷。

2.防松原理。為防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使旋合螺紋間始終受到附加壓力和摩擦力的作用。工作載荷變動(dòng)時(shí)該摩擦力仍然存在。但在實(shí)際應(yīng)用中螺旋副間的摩擦力瞬時(shí)減小或瞬時(shí)消失多次后，螺紋聯(lián)接可能失效，這種失效趨勢(shì)是必然的。

二、螺紋聯(lián)接松動(dòng)原因分析

1.支撐面被壓陷引起的松動(dòng)

a.松動(dòng)原因。在被擰緊的螺紋聯(lián)接中，如果螺栓或螺母支撐面的接觸壓強(qiáng)（即單位接觸面積上的軸向壓力）過大時(shí)，被連接件表面在與螺栓或螺母支撐面接觸產(chǎn)生塑性的環(huán)狀壓陷，嚴(yán)重的壓陷或在工作中塑性變形的繼續(xù)而加劇的壓陷會(huì)使預(yù)緊力衰減甚至喪失，從而導(dǎo)致螺母或螺栓松動(dòng)，這種松動(dòng)即為壓陷松動(dòng)。

b.防松措施。①在螺栓或螺母支撐面下配置一個(gè)強(qiáng)度較高、接觸面積較大的淬硬墊片;②在擰緊螺紋緊固件時(shí)應(yīng)控制過大的預(yù)緊力，以防超出被連接件的抗壓極限;③螺栓的強(qiáng)度與被連接件材料的強(qiáng)度應(yīng)匹配，即螺栓強(qiáng)度不能較大程度地高于被連接件材料的強(qiáng)度;④高強(qiáng)度連接應(yīng)優(yōu)選法蘭面螺栓，避免使用六角頭螺栓，以增大受力面積。

2.因接觸面變形而出現(xiàn)松動(dòng)

這里說的接觸面有兩類，螺栓頭和被連接件接觸面以及內(nèi)外螺紋配合面，這兩個(gè)地方的變形都可能引起松動(dòng)。此處出現(xiàn)的松動(dòng)盡管距離較小，然而，它的出現(xiàn)意味著螺紋和支撐面之間緊固力減少，以及標(biāo)志著嚴(yán)重變形的開始。因此，這種變形對(duì)松動(dòng)的影響是應(yīng)該得到重視的。

3.軸向受到外力的影響

若聯(lián)接件受到軸向力，那么就會(huì)使螺栓受到拉伸，則螺紋的牙面上就受到對(duì)應(yīng)的徑向分力，此時(shí)，螺栓與螺母之間也會(huì)出現(xiàn)較小的位移。若作用力持續(xù)增加，那么這個(gè)位移將會(huì)越來越大，從而螺母松動(dòng)的間隙更大。此外，由于螺母出現(xiàn)松動(dòng)，它和螺桿之間的摩擦力也會(huì)降低，從而使得螺紋之間自鎖不住，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致連接松動(dòng)。

4.受到橫向力的影響

若橫向力加載時(shí)，螺栓與螺母之間也會(huì)出現(xiàn)較小的位移。若作用力持續(xù)增加，那么這個(gè)位移將會(huì)越來越大，從而螺母松動(dòng)的間隙更大。此外，由于螺母出現(xiàn)松動(dòng)，甚至完全分離，從而使得螺紋之間自鎖不住，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致連接松動(dòng)。

三、螺紋聯(lián)接防松方法及應(yīng)用

1.螺紋緊固膠的使用

這種技術(shù)就是將一些固體膠放置到螺紋與螺紋之間，從而讓其相互粘連，從而達(dá)到防松的目的。根據(jù)膠的反應(yīng)類型不同分為物理性防松和化學(xué)性防松，區(qū)別在于是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。物理性防松膠主要是尼龍膠，化學(xué)性防松膠主要是厭氧膠。厭氧膠由于暴露于空氣中時(shí)，其存在方式為液體狀，隔絕空氣時(shí)，其存在方式為固件狀，所以它被叫做“厭氧膠”。依據(jù)使用方式分為預(yù)涂式和點(diǎn)涂式。預(yù)涂式是預(yù)先涂在螺紋上，烘干后變成一種有彈性、粘附牢固的螺紋密封劑，特別適用于工業(yè)生產(chǎn)，因?yàn)樗鼈兪∪チ嗽谏a(chǎn)線上涂膠過程，提高了裝配的速度，并確保了質(zhì)量。點(diǎn)涂法就是將厭氧膠均勻的涂在螺栓的圓周方向上，當(dāng)螺栓或螺帽緊固以后，膠水被激活，24 h后將硬化形成為具有彈性膠層，從而起到密封的作用。此膠可以將螺紋進(jìn)行緊固，隨著扭矩的增加，能夠避免螺栓發(fā)生移動(dòng)，也使得螺栓的防松效果得到增加，從而滿足防松的具體要求。

2.解除摩擦副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松

若采用某些方式使螺紋副不能運(yùn)動(dòng)而達(dá)到緊固的目的，如使用焊牢、鉚接等方法，從而將原來可以拆裝的螺紋變?yōu)樗缆菁y，此方式防松比較可靠。但其不足之處在于，緊固后的聯(lián)接件不能再被利用了，并且操作比較復(fù)雜，對(duì)于某些需要防松但不會(huì)再次使用的場(chǎng)景比較適合采用。此方法主要有沖點(diǎn)方法、鉚接方法、螺帽開槽法等。

3.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(dòng)松脫，適用于低速重載或載荷平穩(wěn)的場(chǎng)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(duì)，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(dòng)，并使螺栓發(fā)生松動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，僅僅允許兩片墊圈內(nèi)側(cè)斜齒面間相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，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(dòng)環(huán)境。

4.機(jī)械防松

對(duì)于螺紋件和連接設(shè)備之間的緊固或螺紋和螺紋之間緊固，避免有松動(dòng)的情況出現(xiàn)。此方式的可靠性依賴于緊固件的強(qiáng)度。其不足之處在于緊固件的質(zhì)量，在安裝過程中相對(duì)較難，機(jī)動(dòng)操作難以使用。一般的機(jī)械防松方式有：六角開槽螺帽與開口銷、串連鋼絲、止動(dòng)墊圈等。

結(jié)束語：螺紋連接接觸面的微滑移將引起初始預(yù)緊力的下降，這是導(dǎo)致螺紋聯(lián)接松動(dòng)的主要原因，尤其在變載、沖擊、振動(dòng)等機(jī)械作用下，松動(dòng)現(xiàn)象更頻繁。為了防止緊固件松動(dòng)，首先從設(shè)計(jì)上選擇合適的螺栓尺寸和裝配扭矩值，從而得到足夠的預(yù)緊力值，在防松上特別重要;在制造中降低螺栓和與被聯(lián)接件接觸表面的表面粗糙度和形狀誤差，減少螺紋接觸面的變形;對(duì)于重要部位的緊固件，要在對(duì)應(yīng)的使用場(chǎng)景上，采用與之相關(guān)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，并輔以對(duì)應(yīng)的防松手段，可以使整個(gè)聯(lián)接裝置的防松性能得到提升，也大大增加了整個(gè)設(shè)備的可靠性。

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