作者：趙子艷
螺栓作為機(jī)械制造領(lǐng)域和工程領(lǐng)域零部件裝配中最為常見和基礎(chǔ)的一種配件，在緊固結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著巨大的作用。在使用螺 栓加固某部件時(shí)，防止螺紋緊固件發(fā)生松動(dòng)，對(duì)其緊固效果進(jìn)行預(yù)緊處理，確保螺紋緊固件在工作中連接穩(wěn)固可靠非常重要。它是確保工 程或機(jī)械安全的重要基礎(chǔ)。文章通過對(duì)螺紋緊固件連接發(fā)生松動(dòng)的主要原因分析，對(duì)緊固力的分析，提出了螺紋緊固件預(yù)緊和防松的主 要措施。螺紋是機(jī)械傳動(dòng)與連接中的主要因素，具有結(jié)構(gòu)緊湊、連接可靠、 便于安裝和拆卸等諸多優(yōu)點(diǎn)。螺紋緊固件通過螺紋可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化的 大批量生產(chǎn)，在保證螺紋緊固件產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)還能夠大大降低生產(chǎn) 成本，因而螺紋成為目前機(jī)械與工程領(lǐng)域使用最為廣泛的一種連接方 式。然而，由于螺紋緊固件產(chǎn)品規(guī)格與類型繁多，且影響因素多、變化 快，使得一些關(guān)鍵部位的螺紋緊固件極易發(fā)生連接松動(dòng)現(xiàn)象。因此，必 須要采取相應(yīng)的預(yù)緊與防松措施。螺紋緊固件連接發(fā)生松動(dòng)的主要原因分析螺紋緊固件連接發(fā)生松動(dòng)的主要原因分析
在造成螺紋緊固件松動(dòng)的所有原因中，螺 紋連接的自松動(dòng)是發(fā)生頻率最高的一個(gè)失效原因。根據(jù)上文對(duì)螺紋緊 固力的受力情況分析，以及從物理角度考慮，當(dāng)一個(gè)物體處于一斜面上 時(shí)，其會(huì)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(dāng)水平分力大于摩擦力時(shí)，物體就會(huì)向下滑動(dòng)。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(huì)分解成水平分力和 軸向分力。當(dāng)螺栓受到振動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)的平行分力會(huì)超過摩擦力，從而使 螺栓開始沿著螺紋旋斜線向下轉(zhuǎn)動(dòng)[1] 。長(zhǎng)期這樣，就會(huì)造成螺紋緊固件 發(fā)生松動(dòng)，連接不緊密。 通常情況下，當(dāng)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(gè)接觸面 的粗糙程度會(huì)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(dòng)或沖擊的環(huán)境中。這一現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致螺紋緊固件的連接狀 態(tài)發(fā)生變化，預(yù)緊力逐漸失效，進(jìn)而產(chǎn)生松動(dòng)。針對(duì)這種初始松動(dòng)現(xiàn)象， 不需要馬上采取防松處理措施，而應(yīng)該在其工作一段時(shí)間后，通過對(duì)其 緊固狀態(tài)的檢查與重新擰緊，而使其恢復(fù)預(yù)緊力[2] 。為便于分析，本文主要對(duì)矩形螺紋上的受力情況進(jìn)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(shè)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(dāng)該滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)或處于靜 止時(shí)，會(huì)受到三個(gè)方向的力作用，即摩擦力、軸向荷載以及推力。當(dāng)該滑 塊沿著斜面勻速下降時(shí)，摩擦力方向發(fā)生變化，變成滑塊的阻力，作用 于其上的各力相互平衡。當(dāng)該滑塊沿著斜面勻速上升時(shí)，作用于其上的 力相互平衡。采用規(guī)格相同的雙螺母結(jié)構(gòu)來代替原有的單 螺母結(jié)構(gòu)?？梢杂行岣呗菁y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?cái)Q緊雙螺母中的內(nèi)螺母。然后，利 用 100%的裝配扭矩?cái)Q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(gè)螺母之間的貼合度，與單螺母相 比發(fā)揮雙倍的緊固效果。但是，這種方法存在一些缺點(diǎn)，即會(huì)增加螺紋 緊固件自身的重量，且對(duì)螺母安裝的空間具有一定要求，使得其應(yīng)用具 有一定局限性。隨著螺紋緊固件預(yù)緊與防松處理研究的不斷深入，相信 這些缺點(diǎn)會(huì)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(shí)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(tǒng)方法的空間限制，而且可以循 壞使用；既符合經(jīng)濟(jì)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(yùn)動(dòng)副關(guān)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(huì)破壞螺紋緊固件原有的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo) 致螺紋緊固件無(wú)法實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，所以其通常只被用于對(duì)一次性螺紋 緊固件的預(yù)緊與防松處理當(dāng)中[4] 。 現(xiàn)階段，應(yīng)用于螺紋緊固件預(yù)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(yù)緊與防松處理中需要使用彈性墊 圈，其依據(jù)的主要原理是利用彈性墊圈翹齒產(chǎn)生的摩擦力或產(chǎn)生的外 彈力來減小螺紋緊固件連接處發(fā)生松動(dòng)的概率，從而達(dá)到緊鎖與加固 螺紋連接處的目的。這種方法安裝操作簡(jiǎn)單便捷、成本低廉、連接容易， 是當(dāng)前螺紋緊固件預(yù)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(diǎn)需要我們注意，由于彈性墊圈材料性質(zhì)清脆，如果螺紋緊 固件發(fā)生劇烈振動(dòng)或強(qiáng)大的沖擊，將會(huì)導(dǎo)致螺紋連接發(fā)生松動(dòng)，從而埋 下一定的安全隱患。所以，在易發(fā)生震動(dòng)和沖擊的部位，不適合采用這 種防松措施，而對(duì)于關(guān)鍵的螺紋連接處也不應(yīng)單獨(dú)使用彈性墊圈進(jìn)行 緊固件防松。 對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行合理控制，是防止螺紋緊固件連 接發(fā)生松動(dòng)的有效措施之一。這種方法不需要對(duì)螺栓、螺母的結(jié)構(gòu)做任 何改動(dòng)，而是通過利用螺紋的自鎖特性來合理控制預(yù)緊力，最終達(dá)到防 松的效果。對(duì)于安裝控制要求高的情況，可以采用直接控制預(yù)緊力方 式，即在安裝過程中對(duì)預(yù)緊力的大小進(jìn)行測(cè)量與控制。目前，主要采用 的工具有液壓安裝機(jī)、測(cè)量螺栓應(yīng)力等[5] 。由于直接控制預(yù)緊力方式需 要專門的技術(shù)和設(shè)備，難以得到廣泛的推廣，所以人們往往會(huì)選擇相對(duì) 經(jīng)濟(jì)的間接控制預(yù)緊力方式。這種間接控制預(yù)緊力方式也被稱為扭矩 控制法。它通過使用扭矩系數(shù)來將預(yù)緊力轉(zhuǎn)換成裝配扭矩，再使用測(cè)量 扭矩裝配機(jī)來保證擰緊扭矩，從而間接對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行控制。為保證扭矩 控制法可以達(dá)到預(yù)期的防松效果，需要對(duì)連接副的扭矩系數(shù)進(jìn)行事先 準(zhǔn)確的測(cè)定，并保證同批零件的扭矩系數(shù)具有較小的離散性。在螺紋緊固件的實(shí)際預(yù)緊與防松處理過程中，其實(shí)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(wú)論采用哪種處理方 法都應(yīng)該在熟練掌握方法的操作步驟基礎(chǔ)上，分析其優(yōu)缺點(diǎn)與適用情 形，并將其與螺紋緊固件的使用環(huán)境進(jìn)行緊密結(jié)合，使其防松處理符合 實(shí)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(shí)，還應(yīng)在不斷的實(shí)踐過程中逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，找出造成螺 紋松動(dòng)的根本原因，進(jìn)而有針對(duì)性的進(jìn)行處理。
