螺紋聯(lián)接的防松分析

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

關(guān)鍵詞：螺紋聯(lián)接；防松；螺母；螺栓

1 引言

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中，緊固件的數(shù)量大約占機(jī)械零件總數(shù)量的60%，其中螺紋聯(lián)接是機(jī)械聯(lián)接中使用最常見的形式之一。螺紋聯(lián)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(lián)接的松動，在現(xiàn)實(shí)生活中由此產(chǎn)生的產(chǎn)品故障、機(jī)器失效甚至造成機(jī)毀人亡的事例屢見不鮮。因此如何保證螺紋聯(lián)接的可靠性，防止螺紋聯(lián)接松動，是有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品可靠性的重要方面，螺紋防松問題已經(jīng)成為亟需解決的實(shí)際技術(shù)問題。

2 螺紋聯(lián)接松動原因

研究表明，造成螺紋聯(lián)接松動的原因主要有三方面[1]：

（1）螺紋聯(lián)接件的初始變形

螺紋聯(lián)接件的初始變形表現(xiàn)為塑性變形，在某些條件下變形還會擴(kuò)大，正是由于這種初始變形的存在導(dǎo)致了螺紋聯(lián)接發(fā)生初始松動。

（2）軸向載荷的作用

當(dāng)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(kuò)張，從而導(dǎo)致螺紋聯(lián)接松動。

（3）有初始預(yù)緊力的螺紋聯(lián)接受到橫向載荷反復(fù)作用

螺紋發(fā)生彈性的扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，從而逐漸使預(yù)應(yīng)力減小，甚至消失，進(jìn)而使螺紋聯(lián)接出現(xiàn)松動。

為防止螺紋聯(lián)接松動，可以通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，以使其在這些情況下，螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)仍保持有較高的可靠性。

3 幾種傳統(tǒng)螺紋聯(lián)接的防松方法[2]

3.1摩擦防松

這是目前應(yīng)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(yù)緊力壓緊，從而保持一定的摩擦阻力距來達(dá)到防止聯(lián)接松脫的目的，但是這種形式在振動和沖擊較大的工作環(huán)境中可靠性較差。

3.2機(jī)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(zhuǎn)動，例如采用止動墊圈、開口銷或者串聯(lián)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(jī)械內(nèi)部不易檢查的場合，可靠性較高，但不易拆卸。

3.3破壞運(yùn)動副關(guān)系防松

這種方式通過破壞了螺紋副的相對運(yùn)動來達(dá)到防松目的，例如鉚合、焊接、點(diǎn)螺紋膠等，這種方式防松可靠，但不可重復(fù)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(lián)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(zhuǎn)時會帶動墊片的上半部分轉(zhuǎn)動 這時，由于楔形臺階的作用，預(yù)緊力會增大，阻止螺母的回轉(zhuǎn)，而當(dāng)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(dá)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(fù)合在同一個螺紋段上，既有左旋螺紋的特點(diǎn)又有右旋螺紋的特點(diǎn)，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(lián)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(yù)緊，再將鎖緊螺母預(yù)緊在振動沖擊的情況下，緊固螺母會發(fā)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(dǎo)致緊固螺母無法松動（圖2所示），唐氏螺紋已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)。

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(dá)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(dá)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(jìn)行加工的，螺母內(nèi)螺紋被加工成略小于螺栓外螺紋的尺寸，并且螺母內(nèi)螺紋通過擴(kuò)孔變形方式達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，在擴(kuò)孔變形中產(chǎn)生的應(yīng)力會導(dǎo)致材料的馬氏體發(fā)生相變而當(dāng)螺母被擰緊進(jìn)行加熱后，所產(chǎn)生的應(yīng)力又會誘發(fā)馬氏體發(fā)生逆相變，螺母的收縮將會產(chǎn)生了巨大的徑向回復(fù)力，最終轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)螺紋防松。

5 結(jié)語

對于螺紋聯(lián)接這一古老技術(shù)，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(jī)載電子設(shè)備中，數(shù)以千計的螺釘對整機(jī)的可靠性影響是顯而易見的。因此應(yīng)該結(jié)合具體機(jī)械以及其使用條件選用相應(yīng)的防松方法以確保螺紋聯(lián)接的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)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(lián)接防松技術(shù)及其試驗(yàn)[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(jī)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(yàn)研究[J].中國機(jī)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(tuán)公司第二十研究所，碩士，助理工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計制造及自動化方向的工作。