全新的圓柱螺紋聯接防松原理及防松技術

許松林（江蘇　張家港　215600）

全新的圓柱螺紋聯接防松原理及防松技術

許松林
（江蘇張家港215600）

圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生的松動是內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動（滾動運動），因此，只要實現內、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能夠實現圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的完全防松。

螺紋；松動；防松；楔形；鎖緊

圓柱螺紋聯接是機械構件中不可或缺的基礎零部件，圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生松動是長期以來困擾我們的技術難題。本文對圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生松動的原因進行了全新的理論分析，進而根據此分析提出了全新的圓柱螺紋聯接防松原理，并且利用其他研究者的相關研究結果以及相關的實驗結果證實了這一全新的理論分析與原理，同時介紹了根據全新防松原理提出的有關圓柱螺紋聯接防松的三項全新的專利技術方案，以及對楔形螺紋鎖緊防松機理進行的全新的分析。

1　圓柱螺紋聯接松動的原因分析

在一副圓柱螺紋聯接中，內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數與螺紋升角達到一定值，就能實現螺紋聯接的縱向自鎖。

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

以一副60°三角形右旋圓柱螺紋螺母擰緊在相應的60°三角形右旋圓柱螺紋螺栓上的螺紋聯接副（內、外螺紋之間縱向、橫向都存在一定的間隙，并且內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數與牙側的傾角不能滿足螺紋聯接橫向自鎖的條件）為例：在向后水平方向的外力作用下（作用點在螺栓上），螺紋聯接副以螺栓頭朝上垂直于水平面的姿態，由向前水平方向的一定速度開始做向前水平方向的減速運動（如橫向沖擊）。如果用包含相互重疊的內、外螺紋的縱向中軸線并與螺紋聯接副的運動方向相互平行的平面將螺栓和螺母分為左右兩側，如圖1所示，左側外螺紋的上牙側是呈向下的彎曲斜面，而右側外螺紋的上牙側是呈向上的彎曲斜面。當螺栓的橫向加速度大于能使螺母依靠靜摩擦力相對于螺栓保持靜止狀態的最大橫向加速度的瞬間，會同時產生螺母相對于螺栓向前運動的趨勢與螺栓相對于螺母向后運動的趨勢（如圖2），因此會同時產生右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間相互擠壓的趨勢和左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間相互脫離的趨勢（如圖2），因此會出現右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間的摩擦力比左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間的摩擦力更大的狀況，因此會同時產生螺母以右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做順時針方向橫向旋轉運動的趨勢和螺栓以右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做逆時針方向橫向旋轉運動的趨勢（因為受到內、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復的橫向減速運動中螺母與螺栓都不能連續地以右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做順時針方向橫向旋轉運動與逆時針方向橫向旋轉運動）。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加速度大于一定值），螺母就會做順時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺母相對于螺栓的慣性力[螺母的質量×相對加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會在螺栓的外螺紋表面上做滾動運動）；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加速度大于一定值），螺栓就會做逆時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺栓相對于螺母的慣性力[螺栓的質量×相對加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會在螺母的內螺紋表面上做滾動運動）。螺母的順時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺栓松退的運動，螺栓的逆時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺母松退的運動，也就是螺紋聯接產生松動。由于內、外螺紋的牙側角30°大于縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數小于0.2，因此縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無固定軸橫向旋轉運動結束時，在夾緊力的作用下，內、外螺紋的牙側之間又會恢復到相互吻合接觸的狀態，因此，在反復的減速運動中螺紋聯接會產生連續的松動。

關于無固定軸橫向旋轉運動，可以參考如下小實驗：在一個水平懸置的圓柱形鉛筆上套上一個內徑是鉛筆外徑的兩倍以上（這樣便于進行實驗，同時也能放大實驗的視覺效果）的圓圈（如戒指），用力向前撞擊圓圈的中部，圓圈就會做類似于呼啦圈運動的無固定軸縱向旋轉的運動（由于受到圓圈與鉛筆之間的空間限制，圓圈無法以圓圈與鉛筆之間的接觸點為旋轉軸做縱向旋轉運動），圓圈的無固定軸縱向轉運動是圓圈在鉛筆表面上的滾動運動。

上述螺紋聯接副的減速運動中，如果外力的作用點在螺母上，那么，當螺母的橫向加速度大于能使螺栓依靠靜摩擦力相對于螺母保持靜止狀態的最大橫向加速度的瞬間，會同時產生螺栓相對于螺母向前運動的趨勢與螺母相對于螺栓向后運動的趨勢（如圖3所示），因此會同時產生左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間相互擠壓的趨勢和右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間相互脫離的趨勢（如圖3所示），因此會出現左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間的摩擦力比右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間的摩擦力更大的狀況，因此會同時產生螺栓以左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做逆時針方向橫向旋轉運動的趨勢和螺母以左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做順時針方向橫向旋轉運動的趨勢（因為受到內、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復的橫向減速運動中螺栓與螺母都不能連續地以左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做逆時針方向橫向旋轉運動與順時針方向橫向旋轉運動）。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加速度大于一定值），螺母就會做順時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺母相對于螺栓的慣性力[螺母的質量×相對加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會在螺栓的外螺紋表面上做滾動運動）；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加速度大于一定值），螺栓就會做逆時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺栓相對于螺母的慣性力[螺栓的質量×相對加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會在螺母的內螺紋表面上做滾動運動）。螺母的順時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺栓松退的運動，螺栓的逆時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺母松退的運動，也就是螺紋聯接產生松動。由于內、外螺紋的牙側角30°大于縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數小于0.2，因此縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無固定軸橫向旋轉運動結束時，在夾緊力的作用下，內、外螺紋的牙側之間又會恢復到相互吻合接觸的狀態，因此，在反復的減速運動中螺紋聯接會產生連續的松動。

如果，在向前水平方向的外力作用下（作用點在螺栓上），上述的螺紋聯接副以螺栓頭朝上垂直于水平面的姿態，由靜止狀態開始做向前水平方向的加速運動，那么，當螺栓的橫向加速度大于能使螺母依靠靜摩擦力相對于螺栓保持靜止狀態的最大橫向加速度的瞬間，會同時產生螺母相對于螺栓向后運動的趨勢與螺栓相對于螺母向前運動的趨勢（如圖3所示），因此會同時產生左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間相互擠壓的趨勢和右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間相互脫離的趨勢（如圖3所示），因此會出現左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間的摩擦力比右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間的摩擦力更大的狀況，因此會同時產生螺母以左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做順時針方向橫向旋轉運動的趨勢和螺栓以左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做逆時針方向橫向旋轉運動的趨勢（因為受到內、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復的橫向加速運動中螺母與螺栓都不能連續地以左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做順時針方向橫向旋轉運動與逆時針方向橫向旋轉運動）。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加速度大于一定值），螺母就會做順時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺母相對于螺栓的慣性力[螺母的質量×相對加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會在螺栓的外螺紋表面上做滾動運動）；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加速度大于一定值），螺栓就會做逆時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺栓相對于螺母的慣性力[螺栓的質量×相對加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會在螺母的內螺紋表面上做滾動運動）。螺母的順時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺栓松退的運動，螺栓的逆時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺母松退的運動，也就是螺紋聯接產生松動。由于內、外螺紋的牙側角30°大于縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數小于0.2，因此縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無固定軸橫向旋轉運動結束時，在夾緊力的作用下，內、外螺紋的牙側之間又會恢復到相互吻合接觸的狀態，因此，在反復的加速運動中螺紋聯接會產生連續的松動。

上述螺紋聯接副的加速運動中，如果外力的作用點在螺母上，那么，當螺母的橫向加速度大于能使螺栓依靠靜摩擦力相對于螺母保持靜止狀態的最大橫向加速度的瞬間，會同時產生螺栓相對于螺母向后運動的趨勢與螺母相對于螺栓向前運動的趨勢（如圖2所示），因此會同時產生右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間相互擠壓的趨勢和左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間相互脫離的趨勢（如圖2所示），因此會出現右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側之間的摩擦力比左側內螺紋的下牙側與左側外螺紋的上牙側之間的摩擦力更大的狀況，因此會同時產生螺栓以右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做逆時針方向橫向旋轉運動的趨勢和螺母以右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做順時針方向橫向旋轉運動的趨勢（因為受到內、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復的橫向加速運動中螺栓與螺母都不能連續地以右側內螺紋的下牙側與右側外螺紋的上牙側的接觸面為旋轉軸做逆時針方向橫向旋轉運動與順時針方向橫向旋轉運動）。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加速度大于一定值），螺母就會做順時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺母相對于螺栓的慣性力[螺母的質量×相對加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就會在螺栓的外螺紋表面上做滾動運動）；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加速度大于一定值），螺栓就會做逆時針方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果螺栓相對于螺母的慣性力[螺栓的質量×相對加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就會在螺母的內螺紋表面上做滾動運動）。螺母的順時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺栓松退的運動，螺栓的逆時針方向無固定軸橫向旋轉運動是相對于螺母松退的運動，也就是螺紋聯接產生松動。由于內、外螺紋的牙側角30°大于縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角（一般內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數小于0.2，因此縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角小于11.3°），所以內、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無固定軸橫向旋轉運動結束時，在夾緊力的作用下，內、外螺紋的牙側之間又會恢復到相互吻合接觸的狀態，因此，在反復的加速運動中螺紋聯接會產生連續的松動。

因此，普通圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生松動的主要原因是：橫向振動是橫向加速運動與橫向減速運動的交替運動，橫向沖擊是橫向減速運動。普通圓柱螺紋聯接的內、外螺紋之間縱向、橫向都存在一定的間隙，并且內、外螺紋的牙側之間的摩擦因數與牙側的傾角不能滿足螺紋聯接橫向自鎖的條件。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呈現朝向相反的兩個彎曲斜面。普通圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里，當內螺紋件或外螺紋件的橫向加速度大于能使外螺紋件或內螺紋件依靠靜摩擦力相對于內螺紋件或外螺紋件保持靜止狀態的最大橫向加速度的瞬間，內螺紋件與外螺紋件會同時產生往相反方向相對運動的趨勢，因此會同時產生一側內、外螺紋的牙側之間相互擠壓的趨勢和另一側內、外螺紋的牙側之間相互脫離的趨勢，因此會出現一側內、外螺紋的牙側之間的摩擦力比另一側內、外螺紋的牙側之間的摩擦力更大的狀況，因此，內螺紋件與外螺紋件會同時產生以摩擦力更大的一側內、外螺紋的牙側的接觸面為旋轉軸做相對松退方向橫向旋轉運動的趨勢（因為受到內、外螺紋之間的橫向空間限制，所以在反復的橫向加、減速運動中內螺紋件與外螺紋件都不能連續地以摩擦力更大的一側內、外螺紋的牙側的接觸面為旋轉軸做相對松退方向的橫向旋轉運動）。因此，如果內螺紋件或外螺紋件的橫向加速度大于一定值（也就是，內螺紋件與外螺紋件之間的相對加速度大于一定值），內螺紋件就會做相對于外螺紋件松退方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果內螺紋件相對于外螺紋件的慣性力[內螺紋件的質量×相對加速度]大于內螺紋件受到的阻力，內螺紋件就會在外螺紋件的外螺紋表面上做滾動運動）；如果內螺紋件或外螺紋件的橫向加速度大于一定值（也就是，內螺紋件與外螺紋件之間的相對加速度大于一定值），外螺紋件就會做相對于內螺紋件松退方向的無固定軸橫向旋轉運動（也就是，如果外螺紋件相對于內螺紋件的慣性力[外螺紋件的質量×相對加速度]大于外螺紋件受到的阻力，外螺紋件就會在內螺紋件的內螺紋表面上做滾動運動）。由于內、外螺紋的牙側角大于縱向作用力下內、外螺紋的牙型之間的摩擦角，所以內、外螺紋的牙型之間不能縱向自鎖，因此，一次無固定軸橫向旋轉運動結束時，在夾緊力的作用下，內、外螺紋的牙側之間又會恢復到相互吻合接觸的狀態，因此，在反復的加、減速運動中螺紋聯接會產生連續的松動。

普通圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里，內、外螺紋件的無固定軸橫向旋轉運動是內螺紋件在外螺紋表面上的滾動運動與外螺紋件在內螺紋表面上的滾動運動，因此，內、外螺紋之間的摩擦力是滾動摩擦力，并且內、外螺紋之間的滾動摩擦因數遠小于內、外螺紋之間的滑動摩擦因數，其他研究者的“螺紋聯接在橫向振動條件下產生松動時，內、外螺紋之間的摩擦因數會急劇下降”的研究結果則正好能證實這一點。其他研究者所測得的摩擦因數應該是滾動摩擦因數，卻誤認為是滑動摩擦因數的急劇下降導致了螺紋聯接的松動。假設，橫向振動導致了內、外螺紋之間的滑動摩擦因數下降，從而導致了螺紋聯接副的松動，那么這個被振松過的螺紋聯接副就應該不能再縱向自鎖了。但事實是，被振松過的螺紋聯接副還是能縱向自鎖。

在受到的合力不等于零的情況下，內螺紋件或外螺紋件不能同時存在做不同形式運動的可能，也就是滿足了內螺紋件或外螺紋件做無固定軸橫向旋轉運動的條件，內螺紋件或外螺紋件就只能做無固定軸橫向旋轉運動，不能做其它形式的運動。

因此，圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生的松動是內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動（滾動運動）。

表1　橫向振動試驗數據表

2　全新的圓柱螺紋聯接防松原理

圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生的松動是內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動（滾動運動），因此，只要實現內、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能夠實現圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的完全防松。

3　全新的圓柱螺紋聯接防松技術

專利《防松動圓柱螺紋件》（公開號：CN103291727A、CN203374616U、WO2015/000316A1）與《一種防松動圓柱螺紋件》（公開號：CN103291730A、CN203335598U、WO2015/000317A1）以及《防松動螺紋件》（公開號：CN103291729A、CN203335597U、WO2015/000318A1）是根據“只要實現內、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能夠實現圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的完全防松”的全新防松原理提出的有關圓柱螺紋聯接防松的全新技術方案。

《防松動圓柱螺紋件》的技術方案是：內螺紋件的內孔中設置有圓柱內螺紋，外螺紋件的螺桿上設置有圓柱外螺紋，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，內螺紋與外螺紋的表面以及圓柱表面上未覆有防松材料，內螺紋與外螺紋之間相互旋合后，圓柱表面與內螺紋的牙頂或牙底之間是相互緊密接觸的結構，也就是橫向鎖止的結構，從而能有效阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能實現圓柱內螺紋件與圓柱外螺紋件之間的有效防松。

《一種防松動圓柱螺紋件》的技術方案是：內螺紋件的內孔中設置有圓柱內螺紋，外螺紋件的螺桿上設置有圓柱外螺紋，內螺紋件的內孔中有與內螺紋的縱向中軸線相互平行的圓柱表面，內螺紋與外螺紋的表面以及圓柱表面上未覆有防松材料，內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構，也就是橫向鎖止的結構，從而能有效阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能實現圓柱內螺紋件與圓柱外螺紋件之間的有效防松。

《防松動螺紋件》的技術方案是：內螺紋件的內孔中設置有圓柱內螺紋，外螺紋件的螺桿上設置有圓柱外螺紋，內螺紋與外螺紋的表面上未覆有防松材料，外螺紋或內螺紋的牙底有與外螺紋或內螺紋的縱向中軸線呈夾角α或夾角β的楔形斜面，tanα或tanβ小于楔形斜面與內螺紋或外螺紋的接觸面之間的動摩擦因數，內螺紋件與外螺紋件之間相互旋合擰緊后，內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構，也就是橫向鎖止的結構，從而能有效阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能實現圓柱內螺紋件與圓柱外螺紋件之間的有效防松。根據德國汽車工業協會制定的VDA235-101標準，內、外螺紋件的內、外螺紋之間的動摩擦因數不應大于0.15，而且tanα或tanβ不可能成為0（因為內螺紋或外螺紋的縱向中軸線不可能在楔形斜面上），所以優選tanα或tanβ大于0小于0.15。

《防松動圓柱螺紋件》的實施例1是，如圖4所示，利用普通內螺紋件的牙頂與普通外螺紋件的牙底之間橫向鎖止的結構阻止了內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是實現了圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的防松。

《一種防松動圓柱螺紋件》的實施例1是，如圖5所示，利用普通內螺紋件的牙底與普通外螺紋件的牙頂之間橫向鎖止的結構阻止了內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是實現了圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的防松。

由于加工誤差以及測量誤差，在現實工業中難以實現內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《防松動圓柱螺紋件》與《一種防松動圓柱螺紋件》的內、外螺紋件之間橫向鎖止的結構是通過過盈配合的結構（緊密接觸的結構）實現的，因此，在加工誤差允許的范圍內利用現有的加工設備與工藝就能實現規模生產，并且適用于剛性聯接、彈性聯接等各種圓柱螺紋聯接的防松。

4　實驗驗證

專利《一種防松動圓柱螺紋件》的實施例1的樣品，于2013年12月23日在《國家標準件產品質量監督檢驗中心》進行了橫向振動對比試驗，檢驗報告的試驗數據如下：

報告編號：201316821、201317097、301217098

樣品名稱：一種防松動圓柱螺紋件（專利名稱）

規格型號：M18×80/M18

性能等級：8.8/8

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

試驗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、磨損等因素導致的，而不是由內、外螺紋件之間的相對松退旋轉導致的。

試驗的結果證明：（1）《一種防松動圓柱螺紋件》的實施例1防松的原因不是因為摩擦力，而是因為內、外螺紋之間橫向鎖止的結構有效阻止了內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動。也就是，只要實現內、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能夠實現圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的完全防松。（2）《一種防松動圓柱螺紋件》的實施例1，適用于剛性聯接以及彈性聯接（低軸力聯接）等各種圓柱螺紋聯接的防松，其防松性能非常可靠，并且可以有效重復使用多次。

表2　橫向振動試驗數據表

表3　橫向振動試驗數據表

5　楔形螺紋鎖緊防松機理的全新分析

在圓柱螺紋聯接的防松技術中，楔形螺紋鎖緊防松是比較簡單并且效果不錯的技術方案之一。比較普遍使用的楔形鎖緊螺紋件是，在內螺紋或外螺紋的牙底設置有與內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°普通螺紋的牙側受到的法向力P2，因此，在相同的摩擦因數與軸力的條件下，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。

大多數需要防松的圓柱螺紋聯接的螺紋表面之間的摩擦因數都遠遠小于tan30°（≈0.577），所以內螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間不能橫向鎖止，因此，必須得用很大的設定預緊力，使內螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間產生變形而成為橫向鎖止的結構，或者使內、外螺紋件以及工件之間的靜摩擦力很大（這個，在相同軸力的作用下，60°普通圓柱螺紋聯接的效果更佳），從而有效阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，才能實現圓柱螺紋聯接的有效防松。

現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定預緊力才能實現，所以僅適用于剛性緊固聯接的防松，而且螺紋聯接長時間處在復雜的震動或沖擊的環境里，會因為螺紋件與工件的縱向變形（如冷縮、金屬蠕變等），失去部分或全部預緊力，從而導致防松失效。同時，因為與楔形斜面接觸部位的材質及形狀存在不確定性，所以能有效防松的預緊力的預設值也存在著很大的不確定性。而發明《防松動螺紋件》的技術方案是，只要預緊力能夠使內螺紋或外螺紋的表面與楔形斜面之間相互緊密接觸，就能夠實現圓柱螺紋聯接的有效防松。

結論

（1）本文通過理論分析與其他研究者的相關研究結果以及相關的實驗結果證實了：圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里產生的松動是內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動（滾動運動），因此，只要實現內、外螺紋件之間的橫向鎖止，就能夠阻止內、外螺紋件之間的無固定軸橫向旋轉運動，也就是能夠實現圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊的環境里的完全防松。

（2）發明《防松動圓柱螺紋件》與《一種防松動圓柱螺紋件》，利用普通圓柱內螺紋件與普通圓柱外螺紋件的聯接就完美地解決了長期以來困擾我們的“圓柱螺紋聯接在橫向振動或沖擊環境里的防松”技術難題。

[1]李維榮，朱家誠.螺紋緊固件防松技術探討[J].機電產品開發與創新，2003（02）：15-17.

[2]姚敏茹.螺紋聯接防松技術的研究應用與發展[A].新技術新工藝，2006（06）：26-28.

[3]胡元忠.螺栓摩擦系數對連接防松影響的有限元分析[A].機械工程師，2013（11）：74-75.

[4]張振祥.關于新型防松螺紋的研究[A].中國新技術新產品，2013（12，下）：142.

[5]魏天賜，羅超.使用30°楔形防松螺紋安裝扭矩的建議[J].汽車實用技術，2014（08）：88-89.

[6]許松林.一種防松動圓柱螺紋件：中國，201320391527.2[P].2013-12-11.

[7]許松林.防松動圓柱螺紋件：中國，201320391528.7[P].2014-01-01.

[8]許松林.防松動螺紋件：中國，2013 20391417.6[P].2013-12-11.

TH131.3

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