螺紋緊固件防松方法研討

杜佳霖

（1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原 030006）

1 導言

機械化程度權衡一個國家工業化發展的水平。機械設備越復雜、機械化程度越高，給我們的生活帶來的便利越大。但是機械化程度越高，發生故障的可能性就越大。緊固件松動作為機械故障中最常見和最普遍的問題，必須得到廣泛的關注和解決。隨著國內外防松技術的不斷發展[1]，螺紋緊固件的防松取得了長足的進步。

2 緊固件松動的危害及原因[2-5]

2.1 緊固件松動造成的危害

緊固件不僅起連接的作用，更是起到了設備固定和保護的作用。緊固件的松動后部件或設備振動加劇、相對運動加大、間隙加大，久而久之造成緊固件斷裂、工件損壞，甚至引發人員傷亡等安全事故。

2.2 緊固件松動的原因

如圖1 所示，為了增強螺紋連接的可靠性，必須預先給螺紋緊固并施加擰緊力矩，以獲得預緊力F0，防止連接件在受到工作載荷后出現縫隙或相對滑移。由于反復的振動或沖擊，造成螺紋緊固件的松動，當松動量達到一定程度后，預緊力就會消失，失去了預緊力的保護，螺紋就會受到來自連接件各個方向的剪切力F，使用壽命和連接可靠性會大大降低，從而引發各種危害。

圖1 緊固件受到的力

3 緊固件防松方法

由于不同的機械設備以及不同的作業環境，緊固件的易松程度會有差異。機械設備應用場合不同，在螺紋緊固件防松方法的選擇上會有諸多不同。對比多種機械設備不同螺紋緊固件使用場合，加上長期經驗積累，筆者總結了以下幾種緊固件防松方法。

3.1 點焊防松法

點焊式螺紋緊固件防松方法，是在需要螺紋永久性防松的前提下，將螺栓或螺母焊接從而達到破壞螺紋來防松的目的。具體方法：依據標準螺紋擰緊力矩對螺紋擰緊后，使用電焊將螺紋周邊進行點焊，這樣螺紋的螺旋線被破壞，螺紋將無法松動，如圖2 所示。該方法防松強度高，使用壽命長，主要應用在緊固件無需重復利用和拆卸的場合。

圖2 點焊防松示意圖

3.2 螺紋緊固膠防松法

螺紋緊固膠是一種膠粘劑，能夠在室溫氧氣存在下保存，當隔絕空氣時表面會很快固化形成牢固膠接層[6]，通過緊固膠的固化、粘連作用，達到防松的目的。操作方法是先在螺栓的螺紋上滴入幾滴螺紋緊固膠，然后再將螺栓按照規定的擰緊力矩進行擰緊即可。緊固膠防松法存在許多優點：使用方便、收縮率低、密封性好、無毒、可拆卸也可永久緊固。但膠粘劑是以丙烯酸雙醋或特殊丙烯酸醋為基料，在使用過程中阻礙的是螺栓等鐵器的相對運動，其使用壽命和強度肯定會隨著螺栓的震動慢慢失效，因此該方法一般應用到防松要求不高或震動不是很劇烈的場合。

3.3 “8”字防松法

“8”字防松法（見圖3）是最常用的一種防松方法，需要用到頭部帶孔的螺栓[7]。具體操作方法是利用一根鐵絲依次穿過緊固后的螺栓頭部的鐵絲孔，使相鄰的兩組或兩組以上的螺栓間連接達到相互關聯的“8”字環。該“8”字環需要達到的機理是相互鎖定，即通過“8”字環連接的一組螺栓中，當其中一個螺栓朝著松動的方向轉動時，螺栓頭部穿過的鐵絲會拉住另一個螺栓，由于該螺栓已經通過擰緊力矩進行防松固定，因此會釋放一種反作用力，來制約松動螺栓的轉動，通過鐵絲的拉力使螺栓保證一定的拉緊力，相互制約同一組通過“8”字環纏繞的螺栓，阻礙螺栓組相對轉動，從而達到防松的目的。

圖3 “8”字防松示意圖

該方法原理簡單，被大量運用在機械螺栓防松結構上，但是該方法存在一定的局限性：首先，使用該方法，需要在緊固件頭部加工鐵絲孔；同時該固定方法需要操作工捆綁，完全依賴于操作工的熟練程度和捆綁技巧，如沒有掌握捆綁技巧，將難以達到預期的相互制約的效果；此外由于螺栓頭部孔大小的限制。選用的鐵絲一般不會太粗，鐵絲強度也會受到限制，因此，當該方法應用到震動強烈或防松效果要求極高的地方時，需要謹防鐵絲斷裂。

3.4 特制螺栓和墊片防松法

該方法利用螺栓和墊片特殊的配合結構，來達到相互配合和鎖緊的目的，其原理主要是在螺母和墊片之間注入一種相互制約的作用力，當螺栓或螺母在發生松動時，與之配合的墊片會產生一種制約力，來阻礙該螺栓或螺母的運動，達到防松效果。

3.4.1 開槽螺母與開口銷配合防松法

該方法如圖4 所示，需要特制螺栓，并在螺栓螺紋固定位置鉆孔，該孔的目的是穿開口銷，配合開槽螺母使用。這種防松方法效果顯著，一旦固定，螺栓很難松動，但由于螺栓鉆孔的位置的確定，取決于固定的工件高度，為了確保該方法能夠被準確應用，螺母在通過標準規定的擰緊力矩擰緊后，螺栓鉆孔的位置能夠正好露出，并穿過開口銷，因此該方法存在一定的局限性。該方法一般應用在特殊加工的工件螺紋防松上。

圖4 開槽螺母防松

3.4.2 特制鎖緊墊圈防松法

該方法如圖5 所示，其原理是在螺母擰緊時配合特制鎖緊墊圈，將墊圈對角折起，并將折起部分緊扣六角螺母的一個邊，從而限制螺母轉動達到防松的目的。該方法的特點在于操作簡單，防松效果顯著，被廣泛應用到各種機械結構的緊固件連接防松上。弊端在于：該止動墊圈會由應用場景的不同，來定制關聯孔的孔間距，單個使用的墊圈也需要進行特制，因此加工成本可能較高。

圖5 鎖緊墊圈防松示意圖

3.4.3 NORD-LOCK 鎖定墊圈防松法

NORD-LOCK 鎖定墊圈最先是由瑞典一家公司發明的，采用了獨特的多功能設計，該墊圈具有楔入制鎖功能，即一種利用張力代替摩擦力的獨特方法，可防止螺栓連接的自發性松動。特點是：由兩個相同齒形的墊片組成，不僅融合了新夾芯復合材料技術，并結合了幾何形狀原理和楔形獨特功能，能抵擋住自發螺栓松動從而解決了螺母松動的問題。

這種防松墊圈由兩片相同的墊圈組成一套，每片的上、下面帶有不同鋸齒，一面為凸輪狀大齒，其斜坡角度α 大于螺栓螺紋角β，另一面為較密小齒。墊圈安裝時，要大齒面相對，成對安裝。小齒面分別與螺母和被緊固件接觸。擰緊螺栓連接緊固件后，振動發生時，大齒面會錯動抬升，并由α 角大于β 角的原理來鎖住螺栓，使之不能松動。

目前由該墊圈引出的X 系列，如圖6 所示，更是采用獨特的多功能設計，兼具優異的NORD-LOCK 楔形效應和特殊的彈簧效應。楔形效應可以防止由振動和動態載荷引起的螺栓松動，彈簧效應（Fs）抵消螺栓的衰減變化，防止螺栓連接的預緊力損失。因此，該鎖定墊圈可在極端條件下提供安全保障。使用NORD-LOCK 鎖定墊圈防松效果顯著，優點很多，例如：確保螺栓連接不松動，補償沉降和松弛造成的預緊力損失；在規定的、始終不變的摩擦力下，達到更精確的預緊力；已標準化，有多種規格可供選擇（公制和英制）；可重復使用等等。

圖6 NORD-LOCK 鎖定墊圈防松示意圖

4 各類防松法的比較

（1）焊接式防松法。作為一種永久且無重復利用的緊固件防松方法，其應用場景特殊，主要應用在永久固定且不需要拆卸的場合，焊接后，螺紋防松強度非常高，但由于破壞了螺紋結構，后期無法拆卸。

（2）螺紋緊固膠防松法。運用的原理是在螺紋配合間隙中，添加一種凝固劑，達到固定螺紋的目的。這種防松方法操作簡單，效果顯著，可以實現螺栓二次復用。但由于該凝固劑的使用壽命會隨著螺栓震動頻率產生的疲勞而逐步降低，因此，該防松方法一般應用在震動不強烈、防松效果要求不嚴格的普通場合。

（3）“8”字防松法。原理是利用鐵絲穿過頭部帶孔螺栓，纏繞并形成逆向的“8”字環，通過鐵絲產生的拉力，實現多個螺栓相互鎖定，達到防松的目的。該方法依賴于操作工的作業經驗和技巧，存在一定的工作量，安裝效率較低。

（4）特制螺栓和墊片防松法。作為目前為止使用最普遍的防松方法，被大量應用到各個機械領域的緊固件防松上，尤其是在重要場合或防松要求極高的部位。該方法有安裝簡單、防松效果顯著、可重復使用等諸多優點，尤其是NORDLOCK 鎖定墊圈，已經在英制和公制上實現標準化，在選取上非常方便。

幾種常用防松方法特點對比如表1 所示。

表1 幾種常用防松方法特點對比

5 結語

隨著現代工業化的發展，大量的機械化代替了人工勞動，機械化程度越高，故障率也隨之增大。常見而又普遍的緊固件松動問題，無論在何種場合，都應該被重視。參考文獻【8】、【9】分別闡述了機械生產領域以及煤礦生產領域的某設備，其故障的產生和緊固件松動有著直接的關聯。本文列舉了幾種常用的機械螺紋緊固件防松方法，可為解決螺紋松動問題提供參考方案和選用依據。