螺纹联接的防松分析

摘 要：螺纹联接作为目前应用最为广泛的一种联接方式在各个行业发挥着重要的作用，本文结合工程实际应用，分析了各种防松原理，介绍了几种防松方法，并对其应用效果作了简要评价。

关键词：螺纹联接；防松；螺母；螺栓

1 引言

在现代机械设备中，紧固件的数量大约占机械零件总数量的60%，其中螺纹联接是机械联接中使用最常见的形式之一。螺纹联接在静载荷时一般是可靠的，但在动载荷时可能会引起螺纹联接的松动，在现实生活中由此产生的产品故障、机器失效甚至造成机毁人亡的事例屡见不鲜。因此如何保证螺纹联接的可靠性，防止螺纹联接松动，是有效保证产品质量，提高产品可靠性的重要方面，螺纹防松问题已经成为亟需解决的实际技术问题。

2 螺纹联接松动原因

研究表明，造成螺纹联接松动的原因主要有三方面[1]：

（1）螺纹联接件的初始变形

螺纹联接件的初始变形表现为塑性变形，在某些条件下变形还会扩大，正是由于这种初始变形的存在导致了螺纹联接发生初始松动。

（2）轴向载荷的作用

当螺栓受到轴向载荷的作用时，螺栓S向伸长，径向弹性收缩，螺母则径向扩张，从而导致螺纹联接松动。

（3）有初始预紧力的螺纹联接受到横向载荷反复作用

螺纹发生弹性的扭转变形或零件接触面之间有垂直于螺纹轴线方向的相对滑移。逐渐累积起的扭转位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，从而逐渐使预应力减小，甚至消失，进而使螺纹联接出现松动。

为防止螺纹联接松动，可以通过改进结构，以使其在这些情况下，螺纹联接结构仍保持有较高的可靠性。

3 几种传统螺纹联接的防松方法[2]

3.1摩擦防松

这是目前应用最为广泛的一种防松形式，例如采用平弹垫、双螺母、自锁螺母等方式，这种防松形式是通过对轴向施加预紧力压紧，从而保持一定的摩擦阻力距来达到防止联接松脱的目的，但是这种形式在振动和冲击较大的工作环境中可靠性较差。

3.2机械防松

该类防松方式是利用各种止动元件阻止螺纹副之间的相对转动，例如采用止动垫圈、开口销或者串联保险丝等，此种防松形式适用于较大振动冲击高速的场合，特别是机械内部不易检查的场合，可靠性较高，但不易拆卸。

3.3破坏运动副关系防松

这种方式通过破坏了螺纹副的相对运动来达到防松目的，例如铆合、焊接、点螺纹胶等，这种方式防松可靠，但不可重复使用，如需拆卸，需用较大的力矩将其破坏。

4 几种新型的螺纹联接防松方法

4.1楔形垫片防松[3]

楔形垫片一般由上下两部分组成，分别割有楔形台阶，台阶的角度α大于螺纹的升角β，在螺母受到振动回转时会带动垫片的上半部分转动 这时，由于楔形台阶的作用，预紧力会增大，阻止螺母的回转，而当振动消失时，在楔形台阶的作用下螺母会回到最初的位置，以达到防松的效果（图1所示）。

4.2唐氏螺纹防松[4]

唐氏螺纹又称双向防松螺母，是由左旋和右旋两种螺旋线复合在同一个螺纹段上，既有左旋螺纹的特点又有右旋螺纹的特点，因此可以和左旋螺纹配合又可以和右旋螺纹配合（图2所示）。联接时使用两种不同旋向的螺母，一个是左旋螺母，一个是右旋螺母工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母，使用时先将紧固螺母预紧，再将锁紧螺母预紧在振动冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，所以锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松动（图2所示），唐氏螺纹已经成为国家标准。

4.3正反双螺母防松

两种旋向的螺纹分布在两段螺杆上，紧固部分的螺杆直径大于锁紧部分的螺杆直径（图3所示），这样也可以达到防松的效果。

4.4铁基形状记忆合金螺母防松[5]

铁基形状记忆合金防松螺母是利用材料的特殊性能来达到防松目的的，铁基形状记忆合金是一种新型功能材料，具有形状记忆效，此类螺母正是利用此种特性进行加工的，螺母内螺纹被加工成略小于螺栓外螺纹的尺寸，并且螺母内螺纹通过扩孔变形方式达到标准尺寸，在扩孔变形中产生的应力会导致材料的马氏体发生相变而当螺母被拧紧进行加热后，所产生的应力又会诱发马氏体发生逆相变，螺母的收缩将会产生了巨大的径向回复力，最终转化为螺纹副之间的摩擦力矩，从而使螺纹副之间的锁紧力矩大大增加，从而实现螺纹防松。

5 结语

对于螺纹联接这一古老技术，螺栓、螺钉这一普通的零件，我们必须给予足够的重视，尤其是机载电子设备中，数以千计的螺钉对整机的可靠性影响是显而易见的。因此应该结合具体机械以及其使用条件选用相应的防松方法以确保螺纹联接的可靠性。

参考文献：

[1]沈英明，杜彦良，李惠军螺纹联接防松方法研究综述[J].石家庄铁道学院学报，2002，15（4）：84-87.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京高等教育出版社，2001.

[3]代小号，牛晓光，冯砚厅. 螺纹联接防松技术及其试验[J].冶金自动化，2012（2）：378-379.

[4]孙峰，唐宗才.唐氏螺纹的防松原理及效果[J].机械工程师，2005（5）：13-15.

[5]李俊良，杜彦良，孙宝臣.铁基SMA螺母防松摩擦力矩的试验研究[J].中国机械工程，2007，19，（10）：1174-1176，1208.

作者简介：

张超（1987- ），男，汉族，籍贯陕西咸阳，中国电子科技集团公司第二十研究所，硕士，助理工程师，主要从事机械设计制造及自动化方向的工作。