作者：趙子艷
螺栓作為機械制造領域和工程領域零部件裝配中最為常見和基礎的一種配件，在緊固結構中發揮著巨大的作用。在使用螺 栓加固某部件時，防止螺紋緊固件發生松動，對其緊固效果進行預緊處理，確保螺紋緊固件在工作中連接穩固可靠非常重要。它是確保工 程或機械安全的重要基礎。文章通過對螺紋緊固件連接發生松動的主要原因分析，對緊固力的分析，提出了螺紋緊固件預緊和防松的主 要措施。螺紋是機械傳動與連接中的主要因素，具有結構緊湊、連接可靠、 便于安裝和拆卸等諸多優點。螺紋緊固件通過螺紋可以實現專業化的 大批量生產，在保證螺紋緊固件產品質量的同時還能夠大大降低生產 成本，因而螺紋成為目前機械與工程領域使用最為廣泛的一種連接方 式。然而，由于螺紋緊固件產品規格與類型繁多，且影響因素多、變化 快，使得一些關鍵部位的螺紋緊固件極易發生連接松動現象。因此，必 須要采取相應的預緊與防松措施。螺紋緊固件連接發生松動的主要原因分析在造成螺紋緊固件松動的所有原因中，螺 紋連接的自松動是發生頻率最高的一個失效原因。根據上文對螺紋緊 固力的受力情況分析，以及從物理角度考慮，當一個物體處于一斜面上 時，其會受到向下的重力、平行于斜面的摩擦力以及垂直于斜面的支持 力。當水平分力大于摩擦力時，物體就會向下滑動。與這一物理原理相 同，螺栓中的螺紋是等距螺旋斜線，螺栓受到壓力會分解成水平分力和 軸向分力。當螺栓受到振動時，瞬時的平行分力會超過摩擦力，從而使 螺栓開始沿著螺紋旋斜線向下轉動[1] 。長期這樣，就會造成螺紋緊固件 發生松動，連接不緊密。 通常情況下，當螺紋緊固件被擰緊投入 使用后，其支承面、螺紋型面、被連接零件的所有接觸面等各個接觸面 的粗糙程度會隨著使用的不斷磨合而逐漸減小，逐漸變得光滑，尤其是 在振動或沖擊的環境中。這一現象的發生會導致螺紋緊固件的連接狀 態發生變化，預緊力逐漸失效，進而產生松動。針對這種初始松動現象， 不需要馬上采取防松處理措施，而應該在其工作一段時間后，通過對其 緊固狀態的檢查與重新擰緊，而使其恢復預緊力[2] 。為便于分析，本文主要對矩形螺紋上的受力情況進行分析。首先， 沿著平均直徑將矩形螺紋展開，取得斜角與螺紋升角相等的斜面。然 后，將螺母視為承受軸向荷載的滑塊，并假設其推力的作用方向與平均 直徑相切，與擰緊連接副力矩等效。當該滑塊作勻速直線運動或處于靜 止時，會受到三個方向的力作用，即摩擦力、軸向荷載以及推力。當該滑 塊沿著斜面勻速下降時，摩擦力方向發生變化，變成滑塊的阻力，作用 于其上的各力相互平衡。當該滑塊沿著斜面勻速上升時，作用于其上的 力相互平衡。采用規格相同的雙螺母結構來代替原有的單 螺母結構。可以有效提高螺紋緊固件的防松效果，提高螺紋緊固件連接 的可靠性。首先，利用 80%的裝配扭矩擰緊雙螺母中的內螺母。然后，利 用 100%的裝配扭矩擰緊外螺母。這樣操作后既可以大大增加螺紋緊固 件中的摩擦阻力，又可以有效提高兩個螺母之間的貼合度，與單螺母相 比發揮雙倍的緊固效果。但是，這種方法存在一些缺點，即會增加螺紋 緊固件自身的重量，且對螺母安裝的空間具有一定要求，使得其應用具 有一定局限性。隨著螺紋緊固件預緊與防松處理研究的不斷深入，相信 這些缺點會逐漸的被克服與解決[3] 。 增大螺紋緊固件之間或螺母連 接處的摩擦力是螺紋連接處實施防松處理最常采用的一種方式，也是 較為有效的一種方法。它不僅打破了傳統方法的空間限制，而且可以循 壞使用；既符合經濟性原則又具有良好的防松效果。此外，采用焊接、涂漆等手段來破壞螺紋緊固件中的運動副關系，也能夠在一定程度上起 到防松的效果。但由于這種方法會破壞螺紋緊固件原有的結構形式，導 致螺紋緊固件無法實現重復利用，所以其通常只被用于對一次性螺紋 緊固件的預緊與防松處理當中[4] 。 現階段，應用于螺紋緊固件預緊和防松處 理的墊圈主要有鞍形彈性墊圈、彈簧彈性墊圈、齒形彈性墊圈和波形彈 性墊圈等。之所以在螺紋緊固件的預緊與防松處理中需要使用彈性墊 圈，其依據的主要原理是利用彈性墊圈翹齒產生的摩擦力或產生的外 彈力來減小螺紋緊固件連接處發生松動的概率，從而達到緊鎖與加固 螺紋連接處的目的。這種方法安裝操作簡單便捷、成本低廉、連接容易， 是當前螺紋緊固件預緊與防松處理過程中使用作為普遍的一種處理方 式。但有一點需要我們注意，由于彈性墊圈材料性質清脆，如果螺紋緊 固件發生劇烈振動或強大的沖擊，將會導致螺紋連接發生松動，從而埋 下一定的安全隱患。所以，在易發生震動和沖擊的部位，不適合采用這 種防松措施，而對于關鍵的螺紋連接處也不應單獨使用彈性墊圈進行 緊固件防松。 對預緊力進行合理控制，是防止螺紋緊固件連 接發生松動的有效措施之一。這種方法不需要對螺栓、螺母的結構做任 何改動，而是通過利用螺紋的自鎖特性來合理控制預緊力，最終達到防 松的效果。對于安裝控制要求高的情況，可以采用直接控制預緊力方 式，即在安裝過程中對預緊力的大小進行測量與控制。目前，主要采用 的工具有液壓安裝機、測量螺栓應力等[5] 。由于直接控制預緊力方式需 要專門的技術和設備，難以得到廣泛的推廣，所以人們往往會選擇相對 經濟的間接控制預緊力方式。這種間接控制預緊力方式也被稱為扭矩 控制法。它通過使用扭矩系數來將預緊力轉換成裝配扭矩，再使用測量 扭矩裝配機來保證擰緊扭矩，從而間接對預緊力進行控制。為保證扭矩 控制法可以達到預期的防松效果，需要對連接副的扭矩系數進行事先 準確的測定，并保證同批零件的扭矩系數具有較小的離散性。在螺紋緊固件的實際預緊與防松處理過程中，其實有效的處理方 法有很多，本文只是分析了其中的極小一部分。但無論采用哪種處理方 法都應該在熟練掌握方法的操作步驟基礎上，分析其優缺點與適用情 形，并將其與螺紋緊固件的使用環境進行緊密結合，使其防松處理符合 實際需求，符合螺紋緊固件的使用背景，從而使螺紋緊固件具備良好的 連接效果。同時，還應在不斷的實踐過程中逐漸積累經驗，找出造成螺 紋松動的根本原因，進而有針對性的進行處理。
