紧固连接防松方法的分类与基本原理

紧固连接防松方法的分类与基本原理

紧固连接防松是机械工程领域的重要课题，直接关系到设备的安全性和可靠性。本文将为您详细介绍紧固连接防松方法的分类与基本原理，帮助您更好地理解和应用各种防松技术。

紧固连接防松方法从防松原理上可以分为两类：第一类是直接防松，原理是直接限制螺栓螺母的相对运动。第二类是间接防松，原理是根据螺栓松动理论来限制螺栓螺母相对运动以外的方法入手。

直接防松方法

(a) 摩擦防松：摩擦防松主要是通过控制摩擦系数来达到防松的效果，保证螺纹副之间具有较高的抵抗力矩，例如双螺母、尼龙自锁螺母、弹簧垫圈和楔形垫圈等。

尼龙自锁螺母是一种有效力矩型锁紧螺母，由螺母基体和尼龙嵌件两部分组成，尼龙的膨胀系数大于金属，当螺栓拧紧后，尼龙螺母会膨胀，从而增加摩擦力。

图2 尼龙自锁螺母

双螺母防松效果明显优于单螺母，双螺母防松是在固定位置安装2个螺距相同、旋向相同的螺母，通过为一个薄螺母、一个标准螺母或厚螺母组合应用。

图3 双螺母安装示意图

(b) 机械防松：机械防松是传统的防松方式，主要是在螺栓连接结构上格外增加一些部件来阻止螺栓或螺母的转动，例如开槽螺母和开口销、偏心螺母、止动垫圈、串联钢丝等。

图4-1 开槽螺母与开口销
图4-2 开槽螺母与开口销

应用开槽螺母、开口销组合形式，可以实现螺母防松作用。在机械运动过程中开口销可能会破损导致防松失效。开槽螺母配以开口销适用于受变载、振动位置的重要联接，但螺栓处开孔与螺母开槽位置配合较困难，安装存在一定限制。

(c) 永久防松：永久防松也是传统的防松方式之一。其分为两种：第一种是通过外力的方式破坏螺纹连接从而达到螺栓连接结构不得拆卸的目的，让螺栓螺母之间不可能发生相对运动，例如焊接、铆冲等；第二种是在螺纹上涂上厌氧性紧固胶，紧固胶在固化后会在螺纹副之间形成很强的粘接力，难以拆卸。

(d) 改变齿形防松：变齿形防松原理是通过改变螺纹牙形状来改变螺纹连接内在受力机制，使其拥有更好的防松性能。例如施必牢螺纹、唐氏螺纹和SLB螺纹等。

施必牢螺纹通过在螺纹的牙底处设计一个30°的楔形斜面来实现防松。当螺栓和螺母拧紧时，螺栓的牙尖紧紧地顶在施必牢螺纹的楔形斜面上，产生了很大的锁紧力。

图5 普通螺纹与施必牢螺纹对比

唐氏螺纹同时含有左旋和右旋螺纹，在装配时采用两个不同旋向的螺母，先装配右旋螺母再装配左旋螺母。当连接结构要发生松退时，右旋螺母的拧松方向恰巧是左旋螺母的装配方向，两者相互抵抗达到防止松动的效果。

图6 (a)普通螺纹；(b)唐氏螺纹；(c)唐氏螺纹装配方法

间接防松方法

间接防松方法是从限制连接结构之间的相对移动着手，主要是改变被连接件的结构。例如在连接面之间设置剪力销，在连接面上增加弯折结构或者锯齿结构等。

图7 间接防松方法

参考文献

[1]. 孙健飞.航空发动机收口自锁螺母自锁与防松性能研究[D].西南交通大学,2024

[2]. 刘元丹,王仪松,李剑,等.螺栓实用防松方法[J].船舶工程,2024,46(S1):441-444+449.

[3]. Tremsin A, Yau T, Kockelmann W. Non-destructive examination of loads in regular and self-locking spiralock (R) threads through energy-resolved neutron imaging [J]. Strain, 2016, 52(6): 548-558.

[4]. 陈岩.螺栓松动的失效机理以及对整体结构力学行为的影响研究[D].大连;大连理工大学博士学位论文, 2019.

[5]. 唐宗才.唐氐螺纹及其防松原理[J].机械工程师, 2001, 6: 21-23.

[6]. Bickford, John H. Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints [M]. 2022.