机械设计中螺纹防松方法的探讨

樊水晶 高颖阁 程芝群

摘  要：文章介绍了螺纹连接预紧与防松的方法。通过具体分析螺纹松动原因，总结使用中常用防松方式，并列举使用范围，可有效保证螺纹连接可靠性。

关键词：螺纹连接;拧紧力矩;螺栓副;防松

中图分类号：TH131.3       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）08-0110-02

Abstract： This paper introduces the methods of pre-tightening and anti-loosening of threaded connection. Through the concrete analysis of the causes of thread loosening， this paper summarizes the common anti-loosening methods in use， and enumerates the scope of use， which can effectively ensure the reliability of thread connection.

Keywords： threaded connection; tightening torque; bolt pair; anti-loosening

1 概述

在汽车行业工装夹具的开发过程中，螺栓连接作为最基本的连接方式，把两个孔之间的元件给连接起来，在设计中具有设计标准化、采购简单便捷、便于安装与拆卸、成本低廉等特点而被广泛使用推广。

在实际设备使用过程中，螺栓在使用了一段时间之后会发生松动的这种现象，在生产过程中设备连接件松动会造成设备元器件损坏，严重者会造成人员伤亡等安全事故，因此要在设计过程中增加设备防松，以保证设备运行的可靠性。

2 螺纹连接预紧

2.1 拧紧力矩

拧紧力矩T为克服螺栓副相对运动的阻力矩T1与螺母支撑面上的摩擦阻力矩T2之和，即T=T1+T2。

对于M10-M68的粗牙螺纹，即可简化为：

T=0.2Fad   N·mm

其中：d为螺纹公称直径，mm;Fa为预紧力，N。

2.2 螺纹扭力-（附扭力值）及做扭力标记

预紧应力不宜过大，应控制在规定的范围内。螺栓的预紧应力一般可达到材料屈服极限的50%-70%。预紧力过大将造成螺栓强度达到屈服点，否则会將螺栓杆拉断。因此，在设备装配过程中，要通过扭力扳手测量拧紧力矩，同时在螺栓头部与被固定件表面做标记，当螺杆被松动后，可沿紧固螺杆的方向扭紧螺杆直到标记重合为止。螺杆大小对应的扭矩值如表1所示。

3 螺栓松动原因

对于螺纹连接在实际的操作过程中，会出现螺纹连接松动，分析其松动的原因可以概括为以下两个方面：

（1）由于螺丝本身金属疲劳;通常螺丝经常都会被拆解和安装，经过几次之后螺丝就很容易发生金属疲劳，或者螺丝承受力过大，螺纹连接面变形而产生松动。

（2）在轴向或横向载荷产生力的作用下松动;即震动产生的力。

但是在实际使用过程中，不仅仅是以上介绍的两种原因，冲击、振动、变载荷作用下，或当温度变化大时，螺栓强度会发生一定的变化，螺纹连接有可能松动，一种或多种原因同时作用于设备，螺栓连接会出现松动甚至完全脱开的现象。

4 螺纹防松方法

螺纹联接一般都具有自锁性能，但在实际使用过程中需考虑使用环境、工作状态、载荷等因素，应考虑连接的防松，螺栓防松的根本在于防止螺栓副的相对运动。

4.1 摩擦力防松

摩擦力防松通过横向和纵向压紧螺纹副，使之产生摩擦力来实现防松效果。常用的方法如下：

（1）弹簧垫片，弹簧垫圈的反弹力使螺纹间保持压紧力并增加螺母和螺栓之间的摩擦力，从而达到防松效果。但弹簧垫圈产生的回弹力不够均匀，仅适用于普通连接防松。

（2）双螺母锁紧，两螺母在拧紧后，螺母之间产生的轴向力，使螺母牙与螺栓牙之间的摩擦力增大而防止螺母自动松脱，适用于低速重载或载荷平稳的场合。

（3）双叠自锁垫圈，自锁垫圈由两片垫圈组成，外侧是带有放射状凸纹面，而内侧为斜齿面。当装配时，内侧斜齿面间相对，外侧放射状凸纹面与两端接触面成咬合状态，当连接件受到振动，并使螺栓发生松动趋势时，仅仅允许两片垫圈内侧斜齿面间相对错动，产生抬升张力，从而达到锁紧效果。自锁垫圈不仅是一种防松的制锁装置，也是一种高承载制锁装置，可应用于所有强振动环境。

（4）锁紧螺母，是一种广泛应用于机械等行业的螺母，其工作原理是采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁。但是在动载荷中这种自锁的可靠性就会降低。

（5）紧钉螺钉：螺杆扭紧后，在固定件上开孔通过螺钉逼紧螺杆，增加螺杆横向摩擦力，实现防松效果，此方法适用于安装空间范围小或密闭空间。

4.2 机械防松

机械防松是用约束螺纹副的方法防止连接松动。常用的方法如下：

（1）开口销，是一种将扁形盘条弯曲后并在一起，且将弯曲点处加工成环形制成的零部件，将其插入螺母槽或者螺栓尾部的开孔内，然后将其尾部的分叉掰开，这样就能够防止螺母与螺栓的相对转动，起到防止松动的作用。

（2）圆螺母和带翅

垫片：使垫圈内舌嵌入

螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后将垫圈外舌之一褶嵌于螺母的一个槽内。适用于轴端头固定使用。

（3）止动垫片：螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，实现防松。如果两个螺栓需要双联锁紧时，可采用双联止动垫片。

4.3 破坏性防松

破坏性防松即让螺纹之间失去运动副特性而连接成不可拆连接。

（1）黏着剂：也有人称耐落胶，是防止螺丝螺栓松动的一种胶体。在使用螺丝螺栓时，在螺纹表面涂上一层黏着剂，在拧入螺母或工件上与空气隔绝就会产生硬化的厌氧性黏着剂，防止螺丝螺栓脱落。常用于关键部位的螺栓连接，如导轨固定、气缸接头、往复杆等传动部位螺栓连接处。

（2）点焊、铆接。这种方法在拆卸时大多要破坏螺纹紧固件，无法重复使用。

5 结束语

在设备连接的关键部位，如气缸连接头、轴承固定、电机等动力输出端、导轨安装等，可根据具体使用情况采用摩擦力防松、机械性防松及破坏性防松等，本文仅对设备使用螺栓防松进行对比，设计时可参考防松方法提高设备稳定性。

参考文献：

[1]杨可桢.机械设计基础（6版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]机械设计手册编委会.机械设计手册（3版）[M].北京：机械工业出版社，2004.