頂緊螺栓的防松螺母安裝位置探討

李文鵬

（成都市特種設(shè)備檢驗院　成都　610036）

頂緊螺栓的防松螺母安裝位置探討

李文鵬

（成都市特種設(shè)備檢驗院成都610036）

頂緊螺栓配合防松螺母的結(jié)構(gòu)在工程實際中得到廣泛應(yīng)用，防松螺母安裝在頂緊螺栓的工作面?zhèn)群头枪ぷ髅鎮(zhèn)榷急容^常見，本文分析了這兩種安裝方式的螺旋副受力情況，認(rèn)為兩種方式各有優(yōu)劣。安裝在非工作面?zhèn)葧r，螺母預(yù)緊力的操作方向和螺栓的頂緊操作方向一致，拆卸方向也一致，操作方便，但是需要的預(yù)緊力要大于受到的外力；安裝在工作面?zhèn)葧r，螺母預(yù)緊力的操作方向和螺栓的頂緊操作方向相反，拆卸方向也相反，防松效果較好，但是需要從工藝上保證防松效果。

頂緊螺栓防松螺母預(yù)緊力

在機(jī)械工程上經(jīng)常要用到螺紋聯(lián)接，一般情況下由于螺紋升角小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角，因此聯(lián)接螺紋能夠滿足自鎖條件，使螺紋聯(lián)接安全可靠。但當(dāng)螺紋聯(lián)接工作在交變載荷、振動、沖擊或溫度變化很大的場合時，螺紋副間的摩擦力可能減小或瞬時消失［1］，這種現(xiàn)象多次重復(fù)后，螺紋聯(lián)接自動產(chǎn)生松動，從而造成聯(lián)接失效，甚至發(fā)生設(shè)備損壞或其他事故。為了保證聯(lián)接安全可靠，必須采取有效的防松措施。防松的根本問題是在于防止螺旋副在受載時發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。按照工作原理，防松的方法有摩擦防松、機(jī)械防松和鉚沖防松等，頂緊螺栓和防松螺母的螺旋副防松屬于摩擦防松。

頂緊螺栓有方便調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點，一般用于交變載荷的預(yù)緊，甚至有很強(qiáng)的振動和沖擊的場合，其工作環(huán)境比較惡劣。采用頂緊螺栓和防松螺母的螺旋副防松時，根據(jù)防松螺母安裝位置的不同，可以分為工作面?zhèn)群头枪ぷ髅鎮(zhèn)葍煞N情況。這兩種情況在工程實際中都得到廣泛使用，但其各自的防松特點、適用場合卻少有人研究。本文以自動扶梯驅(qū)動主機(jī)的頂緊螺栓為例，對此進(jìn)行探討。

1　頂緊螺栓在自動扶梯上的應(yīng)用實例

圖1所示為頂緊螺栓在自動扶梯驅(qū)動主機(jī)上的應(yīng)用。自動扶梯的工作原理是驅(qū)動主機(jī)的鏈輪通過雙排滾子鏈和主驅(qū)動的鏈輪相聯(lián)接，驅(qū)動自動扶梯的梯路系統(tǒng)和扶手帶循環(huán)往復(fù)轉(zhuǎn)動，從而運輸乘客和專用手推車等。使用頂緊螺栓固定驅(qū)動主機(jī)有兩個方面的原因，一是裝配需要：鏈條傳動設(shè)備的安裝定位往往有誤差，在裝配時需要頂緊螺栓調(diào)節(jié)驅(qū)動主機(jī)的位置；二是自動扶梯運行過程中的調(diào)整需要：鏈條在使用一段時間后會伸長，需要重新調(diào)整驅(qū)動主機(jī)的位置以保證鏈條的張緊力。

圖1　頂緊螺栓固定驅(qū)動主機(jī)示意圖

圖1中，在工作狀態(tài)時，驅(qū)動主機(jī)受到鏈條的反向拉力有向左方移動的趨勢，驅(qū)動主機(jī)施加一個水平方向的力（以下稱作力F）給頂緊螺栓，頂緊螺栓與螺紋板的螺紋副有摩擦力［如圖2（a）所示］；當(dāng)驅(qū)動主機(jī)停止工作時，力F消失，頂緊螺栓與螺紋板的螺紋副摩擦力減小或消失［如圖2（b）所示］。驅(qū)動主機(jī)在驅(qū)動鏈條運轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生一定頻率的振動（這是鏈條傳動的特點），這個振動會通過力F傳導(dǎo)給頂緊螺栓，使頂緊螺栓與螺紋板的螺紋副摩擦力不斷周期性變化，如果沒有防松措施，頂緊螺栓在交變的力F作用下，很快就會松脫。

圖2　頂緊螺栓工作示意圖

為了使頂緊螺栓始終處于良好的工作狀態(tài)，必須采取防松措施，使頂緊螺栓和螺紋板的螺紋副始終有摩擦力存在。自動扶梯驅(qū)動主機(jī)常用防松螺母作為頂緊螺栓的防松措施，這是因為防松螺母具有方便調(diào)節(jié)、可以反復(fù)使用等優(yōu)點。在圖1中，防松螺母安裝在頂緊螺栓的左側(cè)，即非工作面?zhèn)取９P者在檢驗中也發(fā)現(xiàn)有將防松螺母安裝在頂緊螺栓的右側(cè)，即工作面?zhèn)鹊那闆r。

2　防松螺母的安裝位置的優(yōu)缺點分析

1）防松螺母安裝在非工作面?zhèn)取７浪陕菽赴惭b在頂緊螺栓的非工作面?zhèn)鹊奶攸c是，螺母和螺栓的螺帽在螺紋板同側(cè)，螺母預(yù)緊力的操作方向和螺栓的頂緊操作方向一致，拆卸方向也一致，操作方便（如圖3所示）。特別是空間狹小或者螺紋板比較大的設(shè)備中，一個操作人員不方便雙手在螺紋板兩側(cè)操作時，最好使用該方法進(jìn)行防松。

圖3　防松螺母安裝在頂緊螺栓非工作面?zhèn)仁疽鈭D

防松螺母安裝在非工作面?zhèn)葧r螺紋受力如圖4所示，螺紋板的螺紋受力和力F方向一致。在力F的作用下，防松螺母和頂緊螺栓的螺紋副有可能會失去摩擦力，因此，這種結(jié)構(gòu)的防松要素是防止防松螺母和頂緊螺栓的螺紋副摩擦力消失。

圖4防松螺母安裝在非工作面?zhèn)葧r螺紋副受力圖

頂緊螺栓受力變形如圖5所示，假設(shè)防松螺母的預(yù)緊力為F0，螺紋板變形量為C1，頂緊螺栓變形量為C2。當(dāng)受到力F后，頂緊螺栓變形量為C3，防松螺母與螺紋板之間的壓力變?yōu)椤榱吮ＷC防松螺母和頂緊螺栓的螺紋副之間在受到外力F后仍然有摩擦力，就要滿足F1＞0，也就是F0＞F。

圖5　防松螺母安裝在非工作面?zhèn)葧r頂緊螺栓受力變形圖

因此，防松螺母安裝在非工作面?zhèn)葧r，為了達(dá)到防松效果，就必須保證預(yù)緊力大于頂緊螺栓受到的外力。

2）防松螺母安裝在工作面?zhèn)取７浪陕菽赴惭b在工作面?zhèn)鹊奶攸c是，螺母和螺栓的螺帽在螺紋板兩側(cè)，螺母預(yù)緊力的操作方向和螺栓的頂緊操作方向相反，拆卸方向也相反，防松效果較好（如圖6所示）。

圖6　防松螺母安裝在頂緊螺栓工作面?zhèn)仁疽鈭D

防松螺母安裝在頂緊螺栓的工作面?zhèn)葧r螺紋受力如圖7所示，螺紋板的螺紋受力和力F方向相反，防松螺母螺紋受力和力F方向一致，在外力作用下，螺紋板和頂緊螺栓的螺紋副摩擦力有可能會消失。防松螺母在預(yù)緊力和力F的作用下和螺紋板之間有壓力，可以防止螺母松脫，頂緊螺栓和防松螺母的螺旋副始終有摩擦力，頂緊螺栓也不能自由轉(zhuǎn)動，所以防松效果較好。

圖7　防松螺母安裝在工作面?zhèn)葧r螺紋副受力圖

該種結(jié)構(gòu)的特點是首先將頂緊螺栓調(diào)整到工作位置，然后將防松螺母擰緊，在這個過程中頂緊螺栓會有一定的變形伸長量［如圖8（b）］所示。因此該種結(jié)構(gòu)具有以下局限性：

（1）當(dāng)頂緊螺栓用于精確調(diào)整位置時，不適合該種結(jié)構(gòu)；

（2）當(dāng)頂緊螺栓需要調(diào)整的設(shè)備較重時（如圖1頂緊螺栓固定驅(qū)動主機(jī)示意圖），擰緊防松螺母前，需要將頂緊螺栓向反方向調(diào)整一定的距離，以保證頂緊螺栓的變形伸長空間；

（3）當(dāng)力F較大并且有可能和頂緊螺栓的工作面不垂直時（圖1頂緊螺栓固定驅(qū)動主機(jī)示意圖），由于防松螺母的預(yù)緊力已經(jīng)施加給頂緊螺栓一定的拉應(yīng)力，力F的垂直分力更容易將頂緊螺栓折斷［如圖8（c）所示］，因此防松螺母的預(yù)緊力不能夠太大。

圖8　防松螺母安裝在工作面?zhèn)葧r頂緊螺栓受力變形圖

3　結(jié)束語

頂緊螺栓配合防松螺母是工程中常用的結(jié)構(gòu)形式，防松螺母安裝在頂緊螺栓的工作面?zhèn)然蛘叻枪ぷ髅鎮(zhèn)榷寄軌蚱鸬搅己玫姆浪勺饔茫瑑煞N方式在自動扶梯驅(qū)動主機(jī)上的應(yīng)用都比較常見。安裝在非工作面?zhèn)葧r，需要的預(yù)緊力大于所受到的外力；安裝在工作面?zhèn)葧r，不適合用于精確調(diào)整位置的設(shè)備，并且預(yù)緊力不能夠太大，需要從工藝上保證防松效果，在實際應(yīng)用中要根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

［1］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，2000：68.

Discussion on the Installation Position of the Locknut of the Puller Bolt

Li Wenpeng
（Chengdu Institute of Special Equipment InspectionChengdu610036）

In the engineering practice， the structure of the puller bolt and locknut is widely used. It is common in the working face and non working side of the bolt. This paper analyzes the two kinds of screw pair force condition，and thinks that the two methods have their own advantages and disadvantages. Installed in the non working side， nuts pretightening force operating direction and bolt top tight operating in the same direction， disassembly direction， easy to operate， but need to preload to greater than by force； installed in the side of the working face， nuts pretightening force operating direction and bolt the top tight operating in the opposite direction， disassembly direction is opposite， anti loosening effect is good， but need to from process ensure locking effect.

Puller boltLocknutPretightening force

X941

B

1673-257X（2016）08-0059-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.015

李文鵬（1974～），男，本科，主任，高級工程師，從事機(jī)電類特種設(shè)備檢驗工作。

2016-01-04）