螺栓連接是現(xiàn)代工業(yè)中最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的機(jī)械連接方式之一,其可靠性直接關(guān)系到設(shè)備的安全運(yùn)行與整體結(jié)構(gòu)的完整性。然而,在長(zhǎng)期承受振動(dòng)、沖擊、變載荷或溫度變化等動(dòng)態(tài)工況下,螺栓連接固有的“自松”現(xiàn)象成為一個(gè)普遍且嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
一、 螺栓為何會(huì)松動(dòng)?
理解防松的前提是了解松動(dòng)的機(jī)理。螺栓松動(dòng)主要源于兩方面:
1. 自發(fā)旋轉(zhuǎn)松動(dòng)(旋轉(zhuǎn)松脫): 這是最常見的原因。在橫向振動(dòng)或交變載荷下,螺栓副接觸面之間會(huì)產(chǎn)生微小的相對(duì)滑動(dòng),導(dǎo)致螺紋間的摩擦逐漸失效,螺母沿著螺紋牙型發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),從而使預(yù)緊力下降直至完全失效。
2. 非旋轉(zhuǎn)松動(dòng)(嵌入松弛): 即使沒有相對(duì)旋轉(zhuǎn),連接件表面微觀不平處的凸點(diǎn)被壓平、墊片蠕變或密封材料老化等因素,也會(huì)導(dǎo)致夾緊長(zhǎng)度的微小縮短,造成預(yù)緊力衰減。
有效的防松措施必須能夠有針對(duì)性地克服以上一種或兩種松動(dòng)形式。
二、 有效的防松措施分類與應(yīng)用
防松技術(shù)可分為摩擦防松、機(jī)械防松和永久防松三大類,應(yīng)根據(jù)具體工況、成本和安全要求進(jìn)行選擇。
(一) 摩擦防松 - 增大并維持螺紋間的摩擦力
該方法通過增加螺紋副或支撐面間的摩擦力來抵抗旋轉(zhuǎn)松脫
l 雙螺母(對(duì)頂螺母):
原理:先裝主螺母(下螺母)至規(guī)定預(yù)緊力,再裝副螺母(上螺母)。擰緊副螺母時(shí),兩螺母對(duì)頂擠壓,使螺栓螺桿受拉而產(chǎn)生額外的張力,從而在螺紋接觸面間產(chǎn)生持續(xù)的高摩擦力。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。
缺點(diǎn):增大了連接尺寸和重量,防松效果在強(qiáng)烈振動(dòng)下有限。
l 彈性墊圈:
彈簧墊圈:利用其開口的彈性反彈力壓平螺母支撐面,產(chǎn)生摩擦力。但其防松效果爭(zhēng)議較大,尤其在重要連接中不推薦單獨(dú)使用。
鞍形/波形彈性墊圈:提供更均勻的彈性力,比普通彈簧墊圈性能更優(yōu)。
l 自鎖螺母(尼龍螺母):
原理:在螺母頂端嵌入一個(gè)尼龍環(huán),或?qū)β菁y進(jìn)行徑向擠壓變形。當(dāng)螺栓擰入時(shí),尼龍或變形螺紋產(chǎn)生巨大的摩擦力和彈性變形,有效抑制松動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn):防松可靠,可重復(fù)使用數(shù)次,安裝方便。
缺點(diǎn):尼龍材料不耐高溫,使用溫度通常受限。
(二) 機(jī)械防松 - 利用機(jī)械元件直接限制相對(duì)運(yùn)動(dòng)
該方法通過附加零件直接機(jī)械地阻止螺母與螺栓的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),是最可靠的防松方式之一。
開口銷與槽形螺母:
原理:螺母擰緊后,將其槽口與螺栓桿上的銷孔對(duì)齊,插入開口銷并掰開其尾部。
優(yōu)點(diǎn):絕對(duì)可靠,防松效果極佳,常用于關(guān)鍵部位(如飛機(jī)、重型機(jī)械)。
缺點(diǎn):安裝對(duì)孔麻煩,拆卸后需更換開口銷。
串聯(lián)鋼絲(防松絲):
原理:用金屬絲穿過一組螺釘頭部的專用小孔,并以一定規(guī)則串聯(lián)捆扎。當(dāng)某個(gè)螺釘有松動(dòng)趨勢(shì)時(shí),鋼絲會(huì)受到其余已擰緊螺釘?shù)臓恐啤?/span>
優(yōu)點(diǎn):適用于螺釘組,尤其適合在高溫、高速場(chǎng)合。
缺點(diǎn):安裝費(fèi)時(shí),對(duì)設(shè)計(jì)有要求。
止動(dòng)墊圈(如內(nèi)舌止動(dòng)墊圈、外舌止動(dòng)墊圈):
原理:墊圈一側(cè)彎折卡入零件凹槽固定自身,另一側(cè)彎折貼緊螺母?jìng)?cè)面,阻止其旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。
缺點(diǎn):防松能力中等,多次拆卸后卡舌易疲勞斷裂。
(三) 永久防松 - 不可拆卸的防松方式
該方法通過破壞螺紋副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,形成不可逆的鎖緊,通常用于不打算拆卸的永久性連接。
點(diǎn)鉚/沖點(diǎn): 在螺母擰緊后,通過沖頭在螺紋末端或螺母與螺栓結(jié)合處進(jìn)行局部沖擊變形,使其相互咬死。
涂膠防松(厭氧膠):
原理: 在螺栓螺紋上涂抹厭氧型螺紋鎖固劑。在擰緊后,螺紋間隙內(nèi)缺氧,膠液固化形成堅(jiān)硬的熱固性塑料,將螺紋牢牢粘附在一起。
優(yōu)點(diǎn): 防松效果極好,密封性好,還能防腐。強(qiáng)度可選(低、中、高),中等強(qiáng)度以下仍可拆卸。
缺點(diǎn): 需控制膠量和清潔度,固化需要時(shí)間。