螺紋聯接的防松分析

摘 要：螺紋聯接作為目前應用最為廣泛的一種聯接方式在各個行業發揮著重要的作用，本文結合工程實際應用，分析了各種防松原理，介紹了幾種防松方法，并對其應用效果作了簡要評價。

關鍵詞：螺紋聯接；防松；螺母；螺栓

1 引言

在現代機械設備中，緊固件的數量大約占機械零件總數量的60%，其中螺紋聯接是機械聯接中使用最常見的形式之一。螺紋聯接在靜載荷時一般是可靠的，但在動載荷時可能會引起螺紋聯接的松動，在現實生活中由此產生的產品故障、機器失效甚至造成機毀人亡的事例屢見不鮮。因此如何保證螺紋聯接的可靠性，防止螺紋聯接松動，是有效保證產品質量，提高產品可靠性的重要方面，螺紋防松問題已經成為亟需解決的實際技術問題。

2 螺紋聯接松動原因

研究表明，造成螺紋聯接松動的原因主要有三方面[1]：

（1）螺紋聯接件的初始變形

螺紋聯接件的初始變形表現為塑性變形，在某些條件下變形還會擴大，正是由于這種初始變形的存在導致了螺紋聯接發生初始松動。

（2）軸向載荷的作用

當螺栓受到軸向載荷的作用時，螺栓軸向伸長，徑向彈性收縮，螺母則徑向擴張，從而導致螺紋聯接松動。

（3）有初始預緊力的螺紋聯接受到橫向載荷反復作用

螺紋發生彈性的扭轉變形或零件接觸面之間有垂直于螺紋軸線方向的相對滑移。逐漸累積起的扭轉位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，從而逐漸使預應力減小，甚至消失，進而使螺紋聯接出現松動。

為防止螺紋聯接松動，可以通過改進結構，以使其在這些情況下，螺紋聯接結構仍保持有較高的可靠性。

3 幾種傳統螺紋聯接的防松方法[2]

3.1摩擦防松

這是目前應用最為廣泛的一種防松形式，例如采用平彈墊、雙螺母、自鎖螺母等方式，這種防松形式是通過對軸向施加預緊力壓緊，從而保持一定的摩擦阻力距來達到防止聯接松脫的目的，但是這種形式在振動和沖擊較大的工作環境中可靠性較差。

3.2機械防松

該類防松方式是利用各種止動元件阻止螺紋副之間的相對轉動，例如采用止動墊圈、開口銷或者串聯保險絲等，此種防松形式適用于較大振動沖擊高速的場合，特別是機械內部不易檢查的場合，可靠性較高，但不易拆卸。

3.3破壞運動副關系防松

這種方式通過破壞了螺紋副的相對運動來達到防松目的，例如鉚合、焊接、點螺紋膠等，這種方式防松可靠，但不可重復使用，如需拆卸，需用較大的力矩將其破壞。

4 幾種新型的螺紋聯接防松方法

4.1楔形墊片防松[3]

楔形墊片一般由上下兩部分組成，分別割有楔形臺階，臺階的角度α大于螺紋的升角β，在螺母受到振動回轉時會帶動墊片的上半部分轉動 這時，由于楔形臺階的作用，預緊力會增大，阻止螺母的回轉，而當振動消失時，在楔形臺階的作用下螺母會回到最初的位置，以達到防松的效果（圖1所示）。

4.2唐氏螺紋防松[4]

唐氏螺紋又稱雙向防松螺母，是由左旋和右旋兩種螺旋線復合在同一個螺紋段上，既有左旋螺紋的特點又有右旋螺紋的特點，因此可以和左旋螺紋配合又可以和右旋螺紋配合（圖2所示）。聯接時使用兩種不同旋向的螺母，一個是左旋螺母，一個是右旋螺母工作支承面上的螺母稱為緊固螺母，非支承面上的螺母稱為鎖緊螺母，使用時先將緊固螺母預緊，再將鎖緊螺母預緊在振動沖擊的情況下，緊固螺母會發生松動的趨勢，但是，由于緊固螺母的松退方向是鎖緊螺母的擰緊方向，所以鎖緊螺母的擰緊恰恰阻止了緊固螺母的松退，導致緊固螺母無法松動（圖2所示），唐氏螺紋已經成為國家標準。

4.3正反雙螺母防松

兩種旋向的螺紋分布在兩段螺桿上，緊固部分的螺桿直徑大于鎖緊部分的螺桿直徑（圖3所示），這樣也可以達到防松的效果。

4.4鐵基形狀記憶合金螺母防松[5]

鐵基形狀記憶合金防松螺母是利用材料的特殊性能來達到防松目的的，鐵基形狀記憶合金是一種新型功能材料，具有形狀記憶效，此類螺母正是利用此種特性進行加工的，螺母內螺紋被加工成略小于螺栓外螺紋的尺寸，并且螺母內螺紋通過擴孔變形方式達到標準尺寸，在擴孔變形中產生的應力會導致材料的馬氏體發生相變而當螺母被擰緊進行加熱后，所產生的應力又會誘發馬氏體發生逆相變，螺母的收縮將會產生了巨大的徑向回復力，最終轉化為螺紋副之間的摩擦力矩，從而使螺紋副之間的鎖緊力矩大大增加，從而實現螺紋防松。

5 結語

對于螺紋聯接這一古老技術，螺栓、螺釘這一普通的零件，我們必須給予足夠的重視，尤其是機載電子設備中，數以千計的螺釘對整機的可靠性影響是顯而易見的。因此應該結合具體機械以及其使用條件選用相應的防松方法以確保螺紋聯接的可靠性。

參考文獻：

[1]沈英明，杜彥良，李惠軍螺紋聯接防松方法研究綜述[J].石家莊鐵道學院學報，2002，15（4）：84-87.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京高等教育出版社，2001.

[3]代小號，牛曉光，馮硯廳. 螺紋聯接防松技術及其試驗[J].冶金自動化，2012（2）：378-379.

[4]孫峰，唐宗才.唐氏螺紋的防松原理及效果[J].機械工程師，2005（5）：13-15.

[5]李俊良，杜彥良，孫寶臣.鐵基SMA螺母防松摩擦力矩的試驗研究[J].中國機械工程，2007，19，（10）：1174-1176，1208.

作者簡介：

張超（1987- ），男，漢族，籍貫陜西咸陽，中國電子科技集團公司第二十研究所，碩士，助理工程師，主要從事機械設計制造及自動化方向的工作。