簡(jiǎn)介

螺栓連接的連接方式廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、汽車,、火車,、航天航空等領(lǐng)域，是緊固件連接中最基本的一種結(jié)構(gòu)形式,，對(duì)于裝配工廠特別是工程機(jī)械裝配工廠而言,，螺栓連接具有便于標(biāo)準(zhǔn)化大批量生產(chǎn)、構(gòu)造簡(jiǎn)單,、成本低,、安裝方便、易拆卸等優(yōu)點(diǎn)而得到最為廣泛的應(yīng)用,。設(shè)備在使用過(guò)程中因振動(dòng),、高低荷載變化,、沖擊或者長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)時(shí)，螺栓就容易產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象,，直接影響設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能并降低其安全可靠性,，輕者影響設(shè)備的正常工作造成經(jīng)濟(jì)損失，重者會(huì)影響人身安全,。有鑒于此,，筆者在本文中以裝載機(jī)裝配實(shí)際應(yīng)用效果作為研究出發(fā)點(diǎn)，淺談螺栓連接松動(dòng)的原因及防松措施,。

　　1,、裝配螺栓松動(dòng)的原因分析
　　零部件采用螺栓連接的目的是要被連接的兩個(gè)零件緊密貼合，同時(shí)為了能夠承受一定的動(dòng)載荷,，保證連接零部件的可靠連接和正常運(yùn)行,，還需要兩個(gè)連接零件之間具備足夠的夾緊力F，如圖1所示,。因此就要求連接用的螺栓在擰緊后要具有足夠的軸向預(yù)緊力,。根據(jù)此我們分析一下松動(dòng)的原因。

圖1 連接零件之間夾緊力的分析

　　1.1設(shè)計(jì)上的缺陷
　?。?）螺栓選用的強(qiáng)度不足
　　螺栓連接一般采用屈服點(diǎn)擰緊法,，即螺栓的預(yù)緊力應(yīng)達(dá)到接近螺栓材料的屈服強(qiáng)度，考慮安全系數(shù),，一般不得超過(guò)其材料屈服極限的80%,，不同材料的螺栓其屈服強(qiáng)度是不一樣的，這也意味著不同材料的螺栓能承受的最大預(yù)緊力是不一樣的,。

　　在螺栓擰緊過(guò)程中,，螺栓預(yù)緊力不斷加大的同時(shí)連接部件之間的夾緊力也在快速的增大，當(dāng)達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)螺栓開始塑性變形,，隨預(yù)緊力增大夾緊力增量變小甚至不變,，再繼續(xù)增加預(yù)緊力其夾緊力逐漸變小直至螺栓產(chǎn)生斷裂。

　　因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員需要對(duì)連接部件要求的擰緊力矩進(jìn)行準(zhǔn)確的分析,，根據(jù)連接零部件的重量,、體積、工作狀態(tài),、工作環(huán)境,、安全標(biāo)準(zhǔn)等因素進(jìn)行充分的考慮，選擇合適強(qiáng)度螺栓和螺紋,。

　?。?）缺少連接的防松
　　螺栓連接的零部件在承受載荷有變化、振動(dòng)、沖擊等情況下將會(huì)發(fā)生連接的壓緊力和預(yù)緊力逐漸減小甚至消失的現(xiàn)象,，反復(fù)多次后造成螺紋連接松動(dòng),，最后失效造成螺栓松脫，螺栓和螺母配合連接的形式尤為嚴(yán)重,。

　　因當(dāng)螺栓受到軸向載荷的作用時(shí),，螺栓軸向伸長(zhǎng)，徑向彈性收縮,，螺母則徑向擴(kuò)張,。微量的相對(duì)徑向滑動(dòng)出現(xiàn)在兩者的接觸面間，在載荷的反復(fù)作用下最終導(dǎo)致螺母回轉(zhuǎn)松動(dòng),。當(dāng)螺栓受到反復(fù)橫向力作用時(shí),，螺栓會(huì)產(chǎn)生彈性扭轉(zhuǎn)變形，隨著變形的不斷增加,，形成了扭轉(zhuǎn)變形的位移,，在螺紋的螺旋方向就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)力的分量致使螺母回轉(zhuǎn)松動(dòng)。

　　因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中必須采取有效的防松措施,，以避免惡劣的工況導(dǎo)致螺栓或者螺母的松動(dòng)脫落,。

　　1.2裝配過(guò)程的預(yù)緊力不足
　　螺栓在擰緊過(guò)程中所能達(dá)到的預(yù)緊力直接決定了兩個(gè)連接零件之間夾緊力，預(yù)緊力不足勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致連接螺栓出現(xiàn)松動(dòng)并最終造成連接零部件的松動(dòng),。裝配過(guò)程中一般采用以下兩種方式獲得螺栓的預(yù)緊力,。

　　第一方式是采用手動(dòng)工具（如呆扳手,、梅花扳手,、內(nèi)六角扳手、棘輪扳手等）,。螺栓獲得預(yù)緊力的大小取決于操作者臂力的大小以及工具力臂的長(zhǎng)度,，一般的手動(dòng)工具都為標(biāo)準(zhǔn)工具，力臂長(zhǎng)度是一定的,，而操作者的臂力是有限的,，不穩(wěn)定也不可控制的，螺栓獲得的預(yù)緊力也是如此,。

　　第二種方式是采用氣動(dòng)工具或者電動(dòng)工具（如氣動(dòng)沖擊扳手,、電動(dòng)沖擊扳手等）。螺栓獲得預(yù)緊力的大小取決于工具本身最大輸出擰緊力矩和工具運(yùn)行的穩(wěn)定性,。氣動(dòng)工具或者電動(dòng)工具除了要根據(jù)都擰緊螺栓所能承受的最大預(yù)緊力來(lái)選擇合適的工具型號(hào),，即選擇合適的輸出擰緊力矩范圍外，還需要考慮工具所使用的電源,、氣源,、以及工具的日常維護(hù)保養(yǎng)狀態(tài)等影響設(shè)備運(yùn)行的因素，如電源電量不足、氣源壓力不足會(huì)造成工具輸出的擰緊力矩不足,，最終螺栓不能達(dá)到要求的預(yù)緊力,。

　　1.3裝配方法的不得當(dāng)
　　裝配過(guò)程中存在單個(gè)螺栓和多個(gè)螺栓擰緊的狀態(tài)，針對(duì)多個(gè)成組螺栓擰緊的狀態(tài),，尤其是分布有規(guī)律的,，螺栓擰緊的方法、方式等極其重要,，其直接影響到每個(gè)螺栓實(shí)際獲得預(yù)緊力的大小,。

　　如在裝配過(guò)程中常見的四方形分布的安裝螺栓，當(dāng)隨意擰緊四顆螺栓后,，由于存在松緊不一致受力不均衡的情況,，隨著后面螺栓的擰緊前面擰緊螺栓的預(yù)緊力會(huì)變小，甚至第一次擰緊的螺栓會(huì)直接出現(xiàn)松動(dòng),。這種情況下一般采用對(duì)角交叉打緊的方式進(jìn)行擰緊,，盡量保證螺栓松緊一致受力均衡。

　　所以裝配成組螺栓時(shí)必須按照一定的順序,，分布,、對(duì)稱、逐步的擰緊,，否則會(huì)使安裝螺栓松緊不一致出現(xiàn)松動(dòng),，甚至由于受力不均衡使連接零部件出現(xiàn)變形。

　　1.4連接件安裝孔加工質(zhì)量
　　兩個(gè)連接件連接時(shí)螺紋孔或者安裝螺栓孔尺寸尤為重要,，螺紋孔的螺紋規(guī)格尺寸直接影響螺栓所獲得的預(yù)緊力大小,。若螺紋孔過(guò)大或過(guò)小，則螺栓獲得的預(yù)緊力無(wú)法達(dá)到要求,。若安裝螺栓孔尺寸偏大,，則被連接件的表面在與螺栓或螺母支承面接觸處會(huì)產(chǎn)生塑性的環(huán)狀壓陷，嚴(yán)重的壓陷會(huì)使螺栓獲得預(yù)緊力減小或喪失預(yù)緊力,，從而導(dǎo)致螺母或螺栓的松動(dòng),。

　　2、常用的螺栓防松方式
　　螺栓防松是通過(guò)消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度,，防止連接松脫，保證連接安全可靠,。防松的措施多種多樣,，除了需要在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備實(shí)際工況采取相應(yīng)有效的防松裝置，還需要在裝配過(guò)程中控制好安裝螺栓的擰緊力矩,，避免出廠前的螺栓松動(dòng),。由此考慮可把螺栓防松措施大致分為以下兩個(gè)方面：物理裝置防松和過(guò)程方法防松。

　　2.1物理裝置防松措施
　　（1）附加摩擦力的防松裝置
　　附加摩擦力的防松裝置主要有三種結(jié)構(gòu)：雙螺母擰緊結(jié)構(gòu),、彈簧墊圈擰緊結(jié)構(gòu)及自鎖螺母擰緊結(jié)構(gòu),。雙螺母擰緊結(jié)構(gòu)：先將下螺母擰緊后再擰緊上螺母，兩螺母對(duì)頂擰緊后上下兩螺母與螺栓螺紋接觸面相反,，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用,，如圖2所示。工作載荷有變動(dòng)時(shí),，該摩擦力仍然存在,。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于平穩(wěn),、低速和重載的固定裝置的連接,。

圖2 雙螺母擰緊結(jié)構(gòu)防松裝置

　　彈簧墊圈擰緊結(jié)構(gòu)：彈簧墊圈因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,、成本低的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于裝配現(xiàn)場(chǎng),，一般與螺栓或者螺母配合使用。螺栓或者螺母擰緊后,，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊,。同時(shí)墊圈斜口的尖端抵住螺栓或者螺母與被聯(lián)接件的支承面也有防松作用。

　　但這種擰緊結(jié)構(gòu)在振動(dòng)沖擊載荷作用下,，防松效果較差,，一般用于不重要的連接。自鎖螺母擰緊結(jié)構(gòu)：這種擰緊結(jié)構(gòu)一般有兩類,，一類為全金屬鎖緊螺母,。其主要是在金屬螺母本體的上端開槽之后并進(jìn)行收口處理或者是進(jìn)行非圓收口處理，處理之后的螺母螺紋會(huì)出現(xiàn)局部變形,，當(dāng)螺母擰緊后,，收口漲開,，利用收口的回彈力使旋合螺紋間壓緊,。這類螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，防松可靠,，可多次裝卸而不降低防松性能,。但不適用于高速運(yùn)行的部位。

　　另一類為非金屬嵌件鎖緊螺母,，其主要是在金屬螺母本體的上端嵌入了一個(gè)非金屬嵌件（一般是尼龍墊圈）,，螺母擰緊后，本身無(wú)螺紋的尼龍圈會(huì)被旋入壓力擠出螺紋,，形成穩(wěn)定并且力矩較大的摩擦力,。這類具有非常好的防松能力，尤其是在多振動(dòng)、多沖擊的環(huán)境中表現(xiàn)尤為良好,。

　?。?）機(jī)械防松裝置
　　機(jī)械防松方式主要有：六角開槽螺母配開口銷、串聯(lián)鋼絲結(jié)構(gòu)防松及止動(dòng)墊圈結(jié)構(gòu)防松,。
　　六角開槽螺母配開口銷：開口銷穿過(guò)螺母的槽和螺栓末端的銷孔,，并將開口銷尾部掰開與螺母?jìng)?cè)面貼緊，將螺母和螺栓鎖緊,，如圖3所示,。這種方法防松可靠，可用于激烈的沖擊,、振動(dòng)部位,。

圖3 六角開槽螺母配開銷防松裝置

　　串聯(lián)鋼絲結(jié)構(gòu)防松：螺母或者螺栓設(shè)計(jì)有保險(xiǎn)孔，將低碳鋼絲穿入其中,，將各螺釘串聯(lián)起來(lái)連接為一體,，使其相互制動(dòng)，但需注意鋼絲的穿入方向,，如圖4所示,。該種方法雖然具有極佳的防松能力，但是安裝和拆卸均非常不方便,。止動(dòng)墊圈結(jié)構(gòu)防松：將單耳或雙耳止動(dòng)墊圈分別向螺母和被聯(lián)接件的側(cè)面折彎貼緊,，即可將螺母鎖住，如圖5所示,。若兩個(gè)螺栓需要雙聯(lián)鎖緊時(shí),，可采用雙聯(lián)止動(dòng)墊圈，使兩個(gè)螺母相互制動(dòng),。這種方法防松效果好,，使用方便。

圖4 串聯(lián)鋼絲結(jié)構(gòu)防松

圖5 止動(dòng)墊圈結(jié)構(gòu)防松裝置

　?。?）粘接防松裝置
　　在旋合螺紋間涂以厭氧膠粘劑,，擰緊螺母后，膠粘劑硬化,、固著,，可牢固地粘結(jié)相配的螺紋防止螺紋副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鎖緊防松的效果,。厭氧膠粘劑分為液式和干式兩種,。液式一般用于現(xiàn)場(chǎng)涂抹。干式的為提前預(yù)涂并烘干,，便于操作,。厭氧膠粘劑一般用于不需要拆卸或需要拆卸次數(shù)不多的裝配部位,。

　　2.2過(guò)程方法防松措施
　　（1）定扭矩工具防松
　　在裝配過(guò)程中,，為保證螺栓獲得足夠的預(yù)緊力,，還要確保其小于螺栓屈服點(diǎn)扭矩，采用定扭矩工具進(jìn)行控制是最有效的方法,。定扭工具可以根據(jù)螺栓的標(biāo)準(zhǔn)擰緊力矩來(lái)設(shè)定輸出的力矩,，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的擰緊力矩時(shí)發(fā)出信號(hào)或自行終止擰緊，保證穩(wěn)定的力矩輸出,。

　　為了提高效率,，定扭工具除了可以單獨(dú)使用外還可以與小扭矩的氣動(dòng)沖擊扳手搭配使用，對(duì)于關(guān)鍵部位可以先用氣動(dòng)定扭扳手進(jìn)行擰緊后再用手動(dòng)定扭扳手進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn),，以確保達(dá)到理想的扭矩值,。采用這種防松方式必須保證定扭矩工具的精度，所有定扭矩工具必須按照計(jì)量器具檢測(cè)規(guī)定進(jìn)行定期的校驗(yàn),。

　?。?）培訓(xùn)和訓(xùn)練防松
　　在螺栓擰緊的過(guò)程中，除了擰緊工具的輸出擰緊力矩影響了螺栓獲得的預(yù)緊力,，其裝配方法也是至關(guān)重要的,，尤其是針對(duì)多個(gè)成組的分布有規(guī)律的安裝螺栓。擰緊工具和裝配方法都是由操作者在使用,，那么操作者的技能水平也直接影響了螺栓擰緊的效果,，因此可以通過(guò)培訓(xùn)和訓(xùn)練提高操作者的技能水平，進(jìn)而提高螺栓防松的能力,。

　　操作者的培訓(xùn)以理論為主,，主要學(xué)習(xí)裝配的基礎(chǔ)知識(shí)，包括擰緊工具的操作方法,，螺栓擰緊的裝配方法等,。操作者的訓(xùn)練以操作實(shí)踐為主，主要結(jié)合培訓(xùn)的裝配基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際操作的練習(xí),，如建立培訓(xùn)平臺(tái),，讓操作者特別是新入職員工進(jìn)行反復(fù)的訓(xùn)練，掌握了這些基本的操作方法后才能上崗作業(yè),，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)技能的培訓(xùn)和訓(xùn)練減少因裝配方法不正確導(dǎo)致的螺栓松動(dòng),。

　　（3）零部件質(zhì)量控制防松
　　零部件的加工尺寸也直接影響到了螺栓獲得的預(yù)緊力,，特別是螺紋的規(guī)格，直接關(guān)系到連接部件的相互作用,，因此裝配前必須檢查所需安裝的零部件是否符合設(shè)計(jì)圖紙要求,，使用標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)工具檢查所用的螺紋連接件規(guī)格,、型號(hào)、機(jī)械性能等級(jí)是否符合設(shè)計(jì)要求,，螺紋是否有亂扣,、裂紋等不合格現(xiàn)象，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題要反饋制造方進(jìn)行整改,，確保零部件尺寸加工符合設(shè)計(jì)要求,，保證螺栓的可靠連接。

　　3,、結(jié)束語(yǔ)
　　螺栓松動(dòng)的原因多種多樣,，不同的設(shè)備不同的工況會(huì)有不一樣的原因，本文主要針對(duì)設(shè)備出廠前的裝配過(guò)程進(jìn)行研究分析,，統(tǒng)計(jì)分析出來(lái)幾個(gè)方面的原因,，并給出一些有效的螺紋防松方法，這些方法在現(xiàn)場(chǎng)也得到了應(yīng)用和推廣,，防松效果好,。傳統(tǒng)螺紋防松方法有很多，但是面對(duì)具體防松問(wèn)題時(shí),，需要從過(guò)程中找出螺紋連接松動(dòng)的根本原因,，并根據(jù)實(shí)際原因選用合理的連接結(jié)構(gòu)，采取合理的防松措施,，增強(qiáng)防松能力,，提高緊固可靠性。

謝雁成（廣西柳工機(jī)械股份有限公司）