螺栓防松方法及運(yùn)用分析

葛曉寧 張金柱

（徐工集團(tuán)鏟運(yùn)機(jī)械事業(yè)部，徐州 221000）

近年來(lái)，螺栓連接被廣泛地應(yīng)用，有效解決了機(jī)械部件連接問題。從實(shí)踐應(yīng)用實(shí)際來(lái)說(shuō)，受到循環(huán)載荷以及強(qiáng)振動(dòng)等的作用影響，螺栓極易出現(xiàn)疲勞損壞或者松動(dòng)情況。若螺栓失效，則會(huì)造成嚴(yán)重的后果。基于此，做好螺栓防松和健康監(jiān)測(cè)有著必要性。

1 工程機(jī)械螺栓

作為裝備工作的主要組成，工程機(jī)械的產(chǎn)品類型較多，被應(yīng)用于建筑行業(yè)和電力行業(yè)等，使用環(huán)境較為惡劣。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，螺栓松脫問題較為常見。對(duì)于普通松脫問題，采取更換高強(qiáng)螺栓，如10.9級(jí)螺栓，能夠減少脫落情況的發(fā)生。不過部分機(jī)械采用此方法，難以解決螺栓松動(dòng)問題。基于此，人們有必要分析螺栓松動(dòng)問題，提出有效的預(yù)防方法。

2 常用的螺栓防松方法

2.1 預(yù)緊力

20世紀(jì)20年代，德國(guó)工程師提出了楔入式鎖緊概念，利用夾緊力來(lái)防止螺栓松動(dòng)。以某楔入式鎖緊產(chǎn)品為例，其外表面為放射狀鋸齒，內(nèi)表面呈現(xiàn)楔形，在安裝時(shí)要成對(duì)使用，保證楔形面相對(duì)。在擰緊時(shí)，保證鋸齒外表面和零部件接觸面相咬合。位移處于楔形內(nèi)表面之間，當(dāng)達(dá)到預(yù)緊力后，停止位移。因?yàn)檎駝?dòng)引發(fā)螺栓連接自旋時(shí)，楔入式鎖緊系統(tǒng)能夠沿著厚度方向產(chǎn)生擴(kuò)張，增加夾緊力。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該產(chǎn)品能夠保持80%的預(yù)緊力，保證了螺栓不松動(dòng)。

2.2 摩擦防松

利用螺母并緊和彈墊等方法，能夠有效控制螺栓松動(dòng)。其中，雙螺母并緊法適用于固定連接場(chǎng)合，如重載和低速，用于工程機(jī)械工作裝置的固定，如U型螺栓。彈墊方法使用，若彈力不均極易引發(fā)螺栓松脫問題。以某挖掘機(jī)為例，其使用的是M8、M10螺栓，使用彈簧墊+平墊防松系統(tǒng)，防松效果較差，在運(yùn)用工作中，沒有超過500h，便出現(xiàn)大量螺栓松動(dòng)情況。經(jīng)過改造后，使用自制加大墊片，獲得了不錯(cuò)的防松效果。自鎖螺母防松法的應(yīng)用具有可靠性，即使多次拆裝，也不會(huì)影響防松性能，適用于U型手柄和收音機(jī)天線等。

2.3 機(jī)械防松和破壞螺紋副防松

通常情況下，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)減震器螺栓，通常采取機(jī)械防松方法。在具體操作中，將螺母焊接到折彎的支架上，利用支架折彎邊的限位，實(shí)現(xiàn)螺栓防松。破壞螺紋副防松法的應(yīng)用，在螺紋副旋合前，于螺紋上，涂抹緊固膠，擰緊螺紋副。當(dāng)螺紋膠硬化、凝固后，能夠防止螺紋副松動(dòng)。對(duì)于重要部分的螺栓，如支重輪和發(fā)動(dòng)機(jī)支座等，可以采取此方法進(jìn)行防松處理。

3 螺栓防松技術(shù)的運(yùn)用

基于緊固原理對(duì)螺栓進(jìn)行防松處理，可采用的方法較多。現(xiàn)結(jié)合螺栓防松常用技術(shù)，作如下論述。

3.1 使用鉸制孔螺栓

在工程機(jī)械設(shè)備上，一般情況下多使用普通螺栓，即直徑比安裝孔徑小0.5～1mm的螺栓，依靠預(yù)緊力來(lái)防止被連接零部件的相對(duì)滑動(dòng)與運(yùn)動(dòng)。設(shè)備使用時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)滑動(dòng)情況時(shí)，預(yù)緊力可以轉(zhuǎn)化成為摩擦力，進(jìn)而防止其運(yùn)動(dòng)。如此，需要大預(yù)緊力。利用鉸制孔螺栓，能夠承受橫向載荷和軸向載荷。對(duì)于橫向載荷，依靠自身的抗剪能力來(lái)阻止其運(yùn)動(dòng)，需要的預(yù)緊力小。對(duì)于軸向承載能力，其和普通螺栓相同[1]。基于此，對(duì)于需要承受振動(dòng)荷載的機(jī)械，可使用鉸制孔螺栓，以免發(fā)生松脫情況。例如，旋挖鉆機(jī)機(jī)械設(shè)備，其動(dòng)力頭托架側(cè)面使用的高強(qiáng)緊固螺栓，為利用摩擦傳力的結(jié)構(gòu)，使用工況較為惡劣，超過推耙機(jī)，動(dòng)力頭承受的扭矩最大值為400kN·m，頻繁正反旋轉(zhuǎn)時(shí)，承受較大的動(dòng)載沖擊以及大振動(dòng)荷載，使用鉸制孔螺栓，此問題得到有效解決。由此可見，對(duì)和旋挖鉆機(jī)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行工況相似的推耙機(jī)，使用高強(qiáng)度螺栓，能夠獲得不錯(cuò)的防松效果。

3.2 使用鋼隔套

當(dāng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行工況較為惡劣時(shí)，需要承受極大的沖擊，螺栓松脫問題的發(fā)生和機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，其能夠吸收或者緩沖動(dòng)載，直接決定了螺栓使用性能。若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法更改，進(jìn)行螺栓緊固，可以采取增設(shè)鋼隔套的方式，提高螺栓抵抗沖擊的能力水平。通過加長(zhǎng)螺栓，增加總彈性變形量，利用變形量抵消載荷沖擊，進(jìn)而保證預(yù)緊力，避免螺栓松脫。通常情況下，使用材質(zhì)為20鋼或者45鋼的鋼隔套，能夠獲得不錯(cuò)的效果。因?yàn)榇祟惒馁|(zhì)的鋼隔套，多采取40Cr和熱處理。使用方法如下：一是單邊使用。若單邊使用，將螺栓頭一側(cè)和連接件面相互接觸；二是雙面使用。在雙面使用時(shí)，對(duì)于隔套的長(zhǎng)度，要按照較短的要求來(lái)設(shè)計(jì)，和連接件面接觸，或者和平墊相互配合使用，便于螺栓預(yù)緊。在推耙機(jī)機(jī)械設(shè)備的前機(jī)罩和翼板安裝位置處，都可以采取此措施。

3.3 定位銷防松

機(jī)械設(shè)備中，定位銷較為常用，其具有安裝便利、裝配質(zhì)量高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用[2]。從螺栓松動(dòng)機(jī)理角度來(lái)說(shuō)，定位銷能夠起到限制連接件移動(dòng)的作用，避免螺栓斷裂。采取定位銷防螺栓松動(dòng)，為了更好地使定位銷起到限制連接件微滑動(dòng)，定位銷孔不能采取裝配前加工到位，要采取預(yù)留0.3～0.5mm余量裝配時(shí)進(jìn)行配鉸方式提高其定位精度。在推耙機(jī)和推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備中，安裝定位銷，獲得了不錯(cuò)的防松效果。

3.4 施必牢緊固技術(shù)

機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量受到螺栓松脫的影響較大。為了尋找有效的預(yù)防和處理措施來(lái)解決螺栓松脫問題，人們結(jié)合機(jī)械設(shè)備松脫的實(shí)際情況，從磨損機(jī)理角度分析，分析螺栓松動(dòng)原因，提出螺栓松動(dòng)的有效控制措施。使用施必牢緊固件，發(fā)揮其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，能夠解決緊固件松脫問題。因?yàn)槁菁y牙底位置有個(gè)30°的楔形斜面，擰緊螺栓螺母時(shí)，其牙尖能夠頂在楔形斜面上，產(chǎn)生較大的鎖緊力[3]。因?yàn)檠佬谓嵌鹊母淖?，施加在螺紋間接觸所產(chǎn)生的法向力與螺栓軸成60°角。從應(yīng)用實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，其發(fā)揮著積極的作用。目前，施必牢防松技術(shù)來(lái)預(yù)防機(jī)械設(shè)備松脫，能夠獲得不錯(cuò)的效果。

3.5 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

螺栓連接被廣泛應(yīng)用，受到振動(dòng)和載荷的沖擊作用，極易產(chǎn)生疲勞損傷以及松動(dòng)現(xiàn)象。若發(fā)生失效問題，會(huì)引發(fā)重大的損失?；诖?，做好螺栓在線監(jiān)測(cè)工作，有著積極的作用。在不同的荷載和振動(dòng)作用下，螺栓的機(jī)理特點(diǎn)不同，因此能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。目前，螺栓荷載在線監(jiān)測(cè)儀器已經(jīng)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備中。通過構(gòu)建分布式荷載采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同法蘭面螺栓受力實(shí)際情況的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)螺栓松脫問題，及時(shí)采取措施，避免發(fā)生重大事故[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用螺栓防松技術(shù)，基于螺栓磨損機(jī)理，分析螺栓松動(dòng)原因，提出相應(yīng)的措施。機(jī)械設(shè)備螺栓防松可采用的方法較多，為了保證螺栓的健康，人們要做好監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取防松措施，保證螺栓能夠處于正常狀態(tài)。

[1]魏海霞，于孟，端木偉.螺栓防松技術(shù)在動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架上的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014，（7）：111-113.

[2]莫易敏，王賡，滿健康，等.彈簧墊圈在高強(qiáng)度螺栓連接中的防松性能分析[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2014，（9）：73-76.

[3]董得義，李志來(lái)，楊利偉，等.防松膠對(duì)螺紋連接預(yù)緊力影響試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2015，34（22）：121-124.137.

[4]雷海波.輪胎硫化機(jī)緊固件松動(dòng)原因及防松措施探討[J].橡塑技術(shù)與裝備，2017，43（9）：41-44.