錢申卿 吉亮

摘 要：在機(jī)械設(shè)備連接和傳動(dòng)過(guò)程中，螺紋起著非常重要的作用，其具有連接可靠、結(jié)構(gòu)緊湊以及安裝和拆卸方便等多種優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)螺紋緊固件的大批量生產(chǎn)可以在確保生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)之上有效降低生產(chǎn)成本，所以其目前被作為一種主要的連接方式被廣泛應(yīng)用到工程和機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；螺紋；松動(dòng)原因；防松方法

1 螺紋緊固件防松動(dòng)原理分析

1.1 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

在目前的產(chǎn)品制造過(guò)程中，螺紋緊固件聯(lián)接在裝配時(shí)都必須施加扭矩，使聯(lián)接在受到工作條件載荷之前，提前受到力的作用。這個(gè)預(yù)施加的作用力即稱為扭力。施加預(yù)緊扭力的作用是增強(qiáng)聯(lián)接的穩(wěn)定和可靠性及緊密性，以避免承受工作載荷后與被聯(lián)接件間出現(xiàn)位移或產(chǎn)生縫隙。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明：合理地選用較大的扭力對(duì)螺紋聯(lián)接穩(wěn)定性和聯(lián)接部件的使用壽命及疲勞強(qiáng)度都有好的作用，特別對(duì)于穩(wěn)定性要求較高的螺紋聯(lián)接，預(yù)緊扭力顯得尤為重要。但另一方面，加大的扭力會(huì)造成整個(gè)部件聯(lián)接的尺寸變大，使得聯(lián)接部件在組裝或過(guò)載時(shí)被拉裂，甚至斷開(kāi)。因此，為確保部件聯(lián)接所需求的扭力，且螺紋聯(lián)接部件件不會(huì)發(fā)生過(guò)載，對(duì)關(guān)鍵的螺紋聯(lián)接部件，在組裝時(shí)要控制扭力。

1.2 螺紋的松動(dòng)

在使用和裝配過(guò)程中，緊固件支承面同時(shí)也承受與螺紋相同的軸向力，在擰緊或松退時(shí)，該支承面產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的力矩。目前，工業(yè)生產(chǎn)中所發(fā)生的松動(dòng)是指部件螺栓聯(lián)接喪失全部或部分軸向扭力，這是螺紋緊固件松動(dòng)的主要原因。但是一般來(lái)說(shuō)螺紋緊固件具有防松動(dòng)作用，那為什么還會(huì)發(fā)生失效松動(dòng)呢？

螺紋聯(lián)接遭受橫向振動(dòng)時(shí)，起初只損失少量的預(yù)緊力，隨著振動(dòng)次數(shù)的增加，損失的預(yù)緊力緩慢地增多。當(dāng)損失了相當(dāng)?shù)念A(yù)緊力后，摩擦力降至某一臨界值，松退力矩超過(guò)了螺旋副中的摩擦力矩，螺母開(kāi)始松退，預(yù)緊力急劇下降，隨著振動(dòng)次數(shù)增加，螺紋緊固件產(chǎn)生松動(dòng)的速度越快。對(duì)于普通螺栓聯(lián)接，所用的螺紋升角通常小于當(dāng)量摩擦角，所以聯(lián)接螺紋都能符合自鎖要求。其次，施加預(yù)緊后的螺母與支撐面間產(chǎn)生的摩擦力也有防松動(dòng)的效果，因此在載荷、工作溫度變化不明顯時(shí)，螺栓緊固件不會(huì)發(fā)生松動(dòng)。但是隨著工作環(huán)境的改變，螺栓聯(lián)接部件會(huì)受到振動(dòng)、外部變化載荷、高溫條件等外部環(huán)境因素的影響，會(huì)導(dǎo)致緊固件螺紋聯(lián)接接觸面的摩擦力變小或消失，當(dāng)多次發(fā)生這種現(xiàn)象后，就使聯(lián)接發(fā)生松動(dòng)，最后導(dǎo)致聯(lián)接失效。

2 螺紋緊固件連接發(fā)生松動(dòng)的主要原因分析

2.1 螺紋連接的自松動(dòng)

螺紋連接自松動(dòng)是眾多原因當(dāng)中最為常見(jiàn)的一種，結(jié)合螺紋緊固件物力特性和實(shí)際受力情況，如果一個(gè)物體處于斜面上，該物體會(huì)受到平行于斜面的摩擦力、向下的重力還有垂直于斜面的支撐力，如果摩擦力比水平分力小的話，物體勢(shì)必會(huì)向下滑動(dòng)。同樣的原理，螺紋是在螺栓當(dāng)中的螺旋斜線是相同距離，那么螺栓所受到的壓力就可以分解為軸向分力和水平分力，在螺栓受到振動(dòng)的時(shí)候，平行分力就會(huì)比摩擦力更大，所以螺栓就會(huì)沿著螺紋旋斜線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間使用之后難免會(huì)發(fā)生一定的連接松動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 螺紋連接的初始松動(dòng)

在螺紋緊固件安裝好之后，隨著使用時(shí)間的不斷推移，螺紋型面、支撐面還有和連接零件之間的接觸面粗糙程度都會(huì)逐漸減小，變得越來(lái)越光滑，在沖擊和振動(dòng)環(huán)境當(dāng)中體現(xiàn)地尤為明顯。在此情況下螺紋緊固件的連接狀態(tài)就會(huì)發(fā)生一些微妙的改變，隨著預(yù)緊力的不斷減小甚至是消失而逐漸松動(dòng)。但是這種松動(dòng)無(wú)需立即采取相應(yīng)的防松動(dòng)解決對(duì)策，只需要在定期檢查維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并對(duì)其進(jìn)行重新緊固，使其預(yù)緊力恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3 螺紋防松方法

雖然說(shuō)螺紋緊固件在實(shí)際連接的時(shí)候通常情況下都具有一定的自鎖功能，但是還需要和實(shí)際工作狀態(tài)、作業(yè)環(huán)境以及所受載荷等多方面因素進(jìn)行充分結(jié)合，在螺紋防松過(guò)程中最為主要的一點(diǎn)就是防止和螺栓副之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

3.1 摩擦力防松

摩擦力防松方法主要是通過(guò)壓緊縱向和橫向的螺紋副而產(chǎn)生一定的摩擦力，從而起到有效的防松效果，具體包括如下幾種措施：

一，彈簧墊圈，可以利用其所產(chǎn)生的反彈力有效提升螺紋之間的壓緊力，同時(shí)還可以在一定程度上增加螺栓和螺母間的摩擦力，以起到防松作用。但是由于彈簧墊片的反彈力不均勻，所以只能應(yīng)用在較為普通的緊固件連接當(dāng)中。二，雙螺母鎖緊。在擰緊之后兩個(gè)螺母之間會(huì)產(chǎn)生一定的軸向力，增大螺栓牙和螺母牙之間的摩擦力，從而有效防止螺母發(fā)生松脫現(xiàn)象，這種方式主要適用于載荷比較平穩(wěn)或者低速重載的情況。三，雙疊自鎖墊圈。這種裝置主要包括兩片墊圈，里面是斜齒面，外面是凸紋面，在對(duì)其進(jìn)行安裝的時(shí)候，你面的齒面處于相對(duì)狀態(tài)，外面的凸紋面可以和兩側(cè)的接觸面之間緊密咬合，在連接件處于振動(dòng)環(huán)境下的時(shí)候，螺栓如果有松動(dòng)趨勢(shì)，這兩片墊圈里面的斜齒面就會(huì)產(chǎn)生一定的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生抬升張力，這樣也可以起到很好的鎖緊作用。這種防松動(dòng)方式主要適用于強(qiáng)振動(dòng)作業(yè)環(huán)境。四，鎖緊螺母。這種防松動(dòng)裝置主要是通過(guò)螺栓和螺母間所產(chǎn)生的摩擦力實(shí)現(xiàn)自鎖，在機(jī)械制造行業(yè)比較常見(jiàn)，如果將其應(yīng)用到動(dòng)載荷環(huán)境中其可靠性還存在一定的欠缺。五，緊釘螺釘。這種方式是通過(guò)在螺桿上開(kāi)孔利用螺釘提升螺桿的橫向摩擦力以起到有效的防松動(dòng)效果，其比較適用于那些空間比較密閉或者狹小的范圍當(dāng)中。

3.2 機(jī)械防松

機(jī)械防松其實(shí)就是通過(guò)止動(dòng)零件對(duì)螺紋相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻止來(lái)起到防松動(dòng)的效果，我國(guó)目前常見(jiàn)的主要包括開(kāi)槽螺母加開(kāi)口銷防松、圓螺母加止動(dòng)墊圈防松還有止動(dòng)墊圈防松三大類。圓螺母加止動(dòng)墊圈防松則是利用在軸槽內(nèi)部放置止動(dòng)墊圈，然后將圓螺母擰緊，并將墊圈的外舌向槽內(nèi)折彎以此達(dá)到防松效果。

3.3 破壞性防松

這種防松動(dòng)方式其實(shí)就是將螺紋緊固件之間形成一個(gè)不可拆卸的整體裝置，在此過(guò)程中需要進(jìn)行一下操作：首先是黏著劑，我們也可以叫其為耐落膠，在螺栓螺絲防松動(dòng)過(guò)程中比較常見(jiàn)，可以將這種膠體涂抹在螺紋的表面，當(dāng)擰入螺母的時(shí)候就可以和外界空氣進(jìn)行有效隔絕，從而起到很好的防螺絲脫落效果。在氣缸接頭、導(dǎo)軌固定以及往復(fù)桿等一些關(guān)鍵性部位的螺栓連接過(guò)程中比較常見(jiàn)；其次是鉚接和點(diǎn)焊。這種方法雖然具有較好的緊固效果，但是往往都是一次性的，拆卸之后就無(wú)法再次使用。

3.4 合理控制預(yù)緊力

合理控制預(yù)緊力也是有效防止螺紋緊固件發(fā)生松動(dòng)的一種主要方式，在該方法應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)需對(duì)螺母和螺栓結(jié)構(gòu)做出任何改動(dòng)，只需要合理利用螺紋自鎖功能對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行有效的控制以起到很好的防松動(dòng)作用。如果要求比較高可以在安裝的時(shí)候?qū)︻A(yù)緊力實(shí)際大小進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，我國(guó)現(xiàn)如今比較常見(jiàn)的有測(cè)量螺栓應(yīng)力和液壓安裝機(jī)。這種方式在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要用到較為專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)，所以不可能實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣和應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)生活中人們大多數(shù)情況會(huì)選擇更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的預(yù)緊力控制方式，即間接控制方式，也可以叫作扭矩控制法。其作用原理就是將預(yù)緊力很好地轉(zhuǎn)換成裝配扭矩，然后利用測(cè)量扭矩裝配機(jī)對(duì)扭矩進(jìn)行有效控制，進(jìn)一步達(dá)到控制預(yù)緊力的目的。在此過(guò)程中需要專業(yè)人員對(duì)扭矩系數(shù)提前進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，螺紋防松動(dòng)問(wèn)題需要引起我們足夠的重視，找到緊固件產(chǎn)生松動(dòng)的原因，結(jié)合具體情況選擇最為科學(xué)合理的防松動(dòng)方式，才能更好地確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的安全性和可靠性，有效推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李文鵬.頂緊螺栓的防松螺母安裝位置探討[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2016，32（08）：59-61.

（作者單位：上海振華重工（股份）有限公司長(zhǎng)興分公司）