淺析螺紋聯接的預緊和防松

申超　張思婉

摘 要：文章簡要介紹了螺紋聯接預緊的目的和松動的原因，分析了各種防松原理，并對其應用效果作了簡要評價。指出了在工程上選用合理的聯接結構和防松措施，可有效地提高螺紋聯接的可靠性。

關鍵詞：螺紋聯接；預緊力；防松方法；可靠性

引言

近年來，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，螺紋聯接在機械設計中的作用體現的越來越明顯，在機械設備、航空航天、汽車及高速列車等領域螺紋聯接都得到了廣泛的應用，是當前可拆聯接方式發(fā)展中不可或缺的一部分。同時，隨著螺紋聯接件的大量使用，因螺紋聯接件松動甚至脫落引起的事故也是時有發(fā)生，而造成螺紋聯接件松動甚至脫落的主要原因在于聯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，螺紋聯接的反復使用可以導致聯接件的摩擦系數及預緊力的降低，然后造成螺紋聯接件的失效。為此，螺紋聯接的預緊和防松問題應引起機械制造業(yè)的足夠重視。

1 螺紋聯接的預緊

螺紋聯接進行預緊可以有效的防止松動，加強其緊密性與聯接的可靠性。在螺紋聯接預緊時力度要適合，適合的力度不單單能夠加強整體結構的承載力度，還能有效地將應力分布均勻，提高并改善螺紋聯接的工作可靠性。如果預緊力過大，會降低其承載載荷，螺紋在強大的壓力下從螺栓中脫落或者發(fā)生螺紋斷裂現象；而如果預緊力過小，聯接處出現間隙，導致螺栓受力發(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，容易導致螺栓與螺紋聯接整體設計載荷下降，失去螺栓聯接處應發(fā)揮的作用。從以上可以看出，均勻適度的預緊力，可以提高機械設備的整體運行效果。

當螺栓聯接受螺栓擰緊力矩T？撞時，被聯接零件間產生預緊壓力F0，而螺栓則受到預緊拉力F0，此時F0即為螺栓所受的預緊力。

1.1 擰緊力矩（扳手力矩）T？撞

在預緊螺栓聯接時，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（經驗公式）：

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 預緊力的控制

在螺栓聯接中，預緊力的大小要適當，當預緊力過大時，又可能使螺栓打斷。預緊力F0的大小取決于擰緊力矩T？撞。因此，在裝配螺栓聯接時，要對擰緊力矩加以控制。可采用測力矩扳手或定力矩來控制預緊力。也可測量擰緊螺母后螺栓的伸長量，以此來控制預緊力F0。

在某些關鍵部位的螺紋聯接應用中，如果操作人員單純的根據以往經驗而不是準確數據來控制螺栓預緊力時，為了有效防止螺栓聯接的斷裂，一般要使用小于M12的螺栓，最常用的是M12～M24螺栓。

2 分析螺紋聯接松動的原因

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

上面所說的三個出現的聯接松動的原因不是就某一個單獨作用的，他們往往是在機械作用下同時出現的，這些機械運動包括變載、沖擊、振動等。除此之外，溫度的變化也會是引起螺紋聯接松動的重要原因。螺紋聯接松動會引起機器的驟停，嚴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，在設計時應該不斷改進其結構，使其在特定的條件下保證螺紋聯接的可靠性。在實際的工作，人們?yōu)榱吮苊饴菁y聯接松動帶來的危害，采取多種措施防止螺紋聯接的松動。

3 螺紋聯接防松方法

要解決螺紋聯接松動的問題，最重要的是要防止螺旋副在受載時發(fā)生相對運動。防止螺紋聯接松動的原理按照其工作原理可以分為：摩擦防松、機械防松、永久防松。

3.1 摩擦防松

螺紋副中存在著防止相對運動的摩擦力，這個摩擦力的產生來源于不隨聯接載荷而產生的壓力。壓力可由螺紋橫向或者縱向壓緊而產生。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 機械防松

機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動。常用的機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。機械防松的方法比較適合有沖擊力容易產生較大振動以及高速的場合。特別是對于機械內部不易檢查的部位，優(yōu)點是防松可靠，缺點是不容易拆卸。

3.3 永久防松

此防松方法是通過破壞螺紋副來達到防松目的。常用的永久防松方法有點焊、鉚接、金屬膠結等，這種方式防松可靠，但不可重復使用，適用于不需拆卸的特殊聯接。

4 結束語

近年來，由于螺紋聯接故障而直接或間接導致的重大事故不斷涌現，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，直接影響到機械工業(yè)的生產效率，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，機械制造及工業(yè)生產中的設計和操作人員也已經逐步認識到注重每一個細節(jié)的可靠性和安全性的重要意義。綜上所述，通過對螺紋聯接的預緊和防松方法的闡述，設計人員可以在不同場合采用相應的措施來提高螺紋聯接的質量，以有效保證設備的正常運行。

參考文獻

[1]郭高謙.淺談螺紋聯接的預緊和防松[J].科技之友，2009（7）：6-7.

[2]張煜，何川.螺紋聯接在機械結構中的重要意義[J].理論前沿，2014（3）：196.

[3]姚敏茹.螺紋聯接防松技術的研究應用與發(fā)展[J].新技術新工藝，2006（6）：26-28.

[4]于澤通.軸向載荷作用下鋼/鋼螺紋聯接的松動行為研究及數值模擬[D].西南交通大學，2015.

[5]姜凱，郭連水.基于有限元技術的螺紋聯接扭矩系數分析與計算方法[J].機械工程師，2010（05）：62-64.

[6]段巍，溫新林，唐貴基，等.不同旋合扣數下鋼拉桿螺紋聯接強度試驗及有限元應力分析[J].機械強度，2008（05）：823-828.

作者簡介：申超（1977-），男，漢族，河南寶豐人，中船重工集團公司第七一三研究所，高級工程師，研究方向：機械電子工程。

張思婉（1983-），女，漢族，河南南陽人，鄭州鐵路職業(yè)技術學院，講師，研究方向：機械設計制造及其自動化。