摘要：螺栓作为机械制造领域和工程领域零部件装配中最为常见和基础的一种配件，在紧固结构中发挥着巨大的作用。在使用螺栓加固某部件时，防止螺纹紧固件发生松动，对其紧固效果进行预紧处理，确保螺纹紧固件在工作中连接稳固可靠非常重要。
关键词：螺纹；紧固件；防松技术；原因；分析
引言：
螺纹是一种用于连接和传动的机械结构要素，因其具有连接力大，结构紧凑，便于装拆，连接可靠等优点，已经成为应用最广泛的连接方式。螺纹紧固件利用螺纹的特点，通过标准化，实现大批量专业化集中生产，不仅实现通用互换，而且在提高了产品质量的基础上大大降低了成本，使之得到更广泛的应用。由于螺纹紧固件品种规格繁多，大都为专业化集中生产，使用环境及要求相差甚远，所承受载荷复杂，影响因素多而变化无常，给设计使用带来很大困难。在一些关键部位的螺栓连接一旦出现失效，将会带来不可估量的损失。受螺纹结构原理的限制，松脱是螺纹紧固件的主要失效形式之一，对此需要采取有效的防范措施，各种防松螺纹紧固件也就应运而生。
一、螺纹紧固件连接发生松动的原因分析
1.螺纹连接的自松动
在造成螺纹紧固件松动的所有原因中，螺纹连接的自松动是发生频率最高的一个失效原因。根据上文对螺纹紧固力的受力情况分析，以及从物理角度考虑，当一个物体处于一斜面上时，其会受到向下的重力、平行于斜面的摩擦力以及垂直于斜面的支持力。当水平分力大于摩擦力时，物体就会向下滑动。与这一物理原理相同，螺栓中的螺纹是等距螺旋斜线，螺栓受到压力会分解成水平分力和轴向分力。当螺栓受到振动时，瞬时的平行分力会超过摩擦力，从而使螺栓开始沿着螺纹旋斜线向下转动。长期这样，就会造成螺纹紧固件发生松动，连接不紧密。
2.支撑面发生压陷造成松动
螺纹紧固件在使用过程中，由于螺母或螺栓的支撑面接触压力过大，致使支撑面和连接件表面发生压陷。过分的压陷将导致原本拧紧的螺纹因丧失预紧力或者预紧力减小而发生松动，此种松动被称作为压陷松动。由于压陷变形无法从根本上避免，降低压陷松动的主要措施是增大螺母的接触面积，或者是给支撑面增加一个大接触面的垫圈。
3.螺纹连接的初始松动
当螺纹紧固件被拧紧投入使用后，其支承面、螺纹型面、被连接零件的所有接触面等各个接触面的粗糙程度会随着使用的不断磨合而逐渐减小，逐渐变得光滑，尤其是在振动或冲击的环境中。这一现象的发生会导致螺纹紧固件的连接状态发生变化，预紧力逐渐失效，进而产生松动。针对这种初始松动现象，不需要马上采取防松处理措施，而应该在其工作一段时间后，通过对其紧固状态的检查与重新拧紧，而使其恢复预紧力。
二、螺纹紧固件防松技术分析
1.摩擦防松
摩擦防松是利用增加螺纹副间的摩擦力来实现防松，典型的摩擦防松方式有对顶螺母防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松等，如图1所示。对顶螺母拧紧后，螺纹始终受到压力和摩擦力的作用，降低了螺母松动的概率；弹簧垫圈依靠垫圈压平产生的弹性反力实现防松。自锁螺母依靠螺母收口的弹力实现防松；以上几种防松方式结构简单、使用方便，可多次拆装。
2.采取双螺母结构
将单螺母用相同规格的双螺母进行替换，可以提升紧固件的固定效果，达到有效防松的目的。首先使用80%的扭矩加固拧紧双螺母中的内螺母，然后再使用100%的安装扭矩装进外螺母。这样可以很好地保证螺纹摩擦阻力，同时可增加两螺母的贴紧度，达到单螺母的双倍紧固力但是，此结构存在一定的缺点，即双螺母虽增加了紧固件种类，但对于空间要求比较苛刻的场所使用将受到限制。
3.直接锁住
在拧紧螺母后使用锁紧（止动）元件将螺母和螺栓锁住，防止它们相对转动。最常用的是使用开口销、串联钢丝和止动垫圈等。开口销与末端带孔螺栓及开槽螺母配套使用，防松可靠，一般螺母开槽夹角为60°%，安装时必须保证槽孔对正，装配不便；用低碳钢丝穿入螺栓头部或螺母的金属丝孔内，使几个螺栓或螺母串联一起相互制约，防松可靠；止动垫圈靠垫圈塑性变形卡住螺母，拆卸时要先将垫圈压平复原再拧松螺母，用于不经常拆卸的重型、动载荷连接，如飞轮螺母。
4.使用弹性的垫圈
现阶段，应用于螺纹紧固件预紧和防松处理的垫圈主要有鞍形弹性垫圈、弹簧弹性垫圈、齿形弹性垫圈和波形弹性垫圈等。之所以在螺纹紧固件的预紧与防松处理中需要使用弹性垫圈，其依据的主要原理是利用弹性垫圈翘齿产生的摩擦力或产生的外弹力来减小螺纹紧固件连接处发生松动的概率，从而达到紧锁与加固螺纹连接处的目的。这种方法安装操作简单便捷、成本低廉、连接容易，是当前螺纹紧固件预紧与防松处理过程中使用作为普遍的一种处理方式。但有一点需要我们注意，由于弹性垫圈材料性质清脆，如果螺纹紧固件发生剧烈振动或强大的冲击，将会导致螺纹连接发生松动，从而埋下一定的安全隐患。所以，在易发生震动和冲击的部位，不适合采用这种防松措施，而对于关键的螺纹连接处也不应单独使用弹性垫圈进行紧固件防松。
5.机械固定件锁紧
“机械固定件锁紧方式”，主要是指在螺纹件与螺纹件之间或者螺纹件与被连接件之间，采用特定的机械固定件起到锁紧和固定的作用。常见的机械固定件锁紧方式有以下3种。（1）串联钢丝。螺母或者螺栓设计有保险孔，将低碳钢丝穿入其中，让螺母之间或者螺栓之间能够连接为一体。虽然这种方法具有极佳的防松能力，但是，由于安装和拆卸都非常不方便，所以，串联钢丝通常用于不需要经常拆卸的、密集的螺钉连接或者螺栓连接中。（2）止动垫圈利用低碳钢制造的单个止动垫圈或双连止动垫圈将螺母与被连接件固定在一起，或将2个螺母相互固定在一起，防松效果很好。（3）六角开槽螺母配开口销穿过螺母槽和螺栓末端的销孔将螺母和螺栓锁紧。这种方法防松可靠，既可用于激烈的冲击、振动部位，也可用于固定或活动部位（比如某些带有活动关节的机器操纵杆等）的连接防松。
6.化学防松
将胶粘剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，粘合剂自行固化，起到防松作用。螺纹紧固胶是厌氧胶的一种，与空气接触时不会固化，一旦隔绝空气后就迅速聚合变成交联状的固体聚合物。螺纹紧固胶在螺纹连接时能保持预紧力，在未预紧螺栓连接时能防止振动。此种防松方法可靠，拆卸时只要施加足够力矩即可，也可采用局部加热法。目前应用比较广泛且反馈比较好的化学防松解决方案是Loctite（乐泰）系列螺纹防松胶。
结束语
总而言之，在生产应用中，螺纹紧固件的防松是产品设计中经常要考虑的问题，发现螺纹紧固件松动的根本原因，根据实际情况采用合理的螺纹防松形式，才能从源头解决问题；紧固件防松技术及防松效果的评价日益得到人们的重视。
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论文作者:李玉飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/25
标签：螺纹论文; 螺母论文; 垫圈论文; 紧固件论文; 螺栓论文; 发生论文; 弹性论文; 《基层建设》2019年第18期论文;