1、導(dǎo)言

機械化程度權(quán)衡一個國家工業(yè)化發(fā)展的水平。機械設(shè)備越復(fù)雜、機械化程度越高，給我們的生活帶來的便利越大。 但是機械化程度越高，發(fā)生故障的可能性就越大。緊固件松動作為機械故障中最常見和最普遍的問題，必須得到廣泛的關(guān)注和解決。隨著國內(nèi)外防松技術(shù)的不斷發(fā)展[1]，螺紋緊固件的防松取得了長足的進步。

2、緊固件松動的危害及原因[2-5]

2.1緊固件松動造成的危害

緊固件不僅起連接的作用，更是起到了設(shè)備固定和保護的作用。緊固件的松動后部件或設(shè)備振動加劇、相對運動加大、間隙加大，久而久之造成緊固件斷裂、工件損壞，甚至引發(fā)人員傷亡等安全事故。

2.2緊固件松動的原因

如圖 1 所示， 為了增強螺紋連接的可靠性，必須預(yù)先給螺紋緊固并施加擰緊力矩，以獲得預(yù)緊力 F0，防止連接件在受到工作載荷后出現(xiàn)縫隙或相對滑移。 由于反復(fù)的振動或沖擊，造成螺紋緊固件的松動，當(dāng)松動量達到一定程度后，預(yù)緊力就會消失，失去了預(yù)緊力的保護，螺紋就會受到來自連接件各個方向的剪切力 F，使用壽命和連接可靠性會大大降低，從而引發(fā)各種危害。

3、緊固件防松方法

由于不同的機械設(shè)備以及不同的作業(yè)環(huán)境，緊固件的易松程度會有差異。 機械設(shè)備應(yīng)用場合不同，在螺紋緊固件防松方法的選擇上會有諸多不同。 對比多種機械設(shè)備不同螺紋緊固件使用場合，加上長期經(jīng)驗積累，筆者總結(jié)了以下幾種緊固件防松方法。

3.1點焊防松法

點焊式螺紋緊固件防松方法，是在需要螺紋永久性防松的前提下，將螺栓或螺母焊接從而達到破壞螺紋來防松的目的。 具體方法：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)螺紋擰緊力矩對螺紋擰緊后，使用電焊將螺紋周邊進行點焊，這樣螺紋的螺旋線被破壞，螺紋將無法松動，如圖 2 所示。 該方法防松強度高，使用壽命長，主要應(yīng)用在緊固件無需重復(fù)利用和拆卸的場合。

3.2螺紋緊固膠防松法

螺紋緊固膠是一種膠粘劑，能夠在室溫氧氣存在下保存，當(dāng)隔絕空氣時表面會很快固化形成牢固膠接層[6]，通過緊固膠的固化、粘連作用，達到防松的目的。 操作方法是先在螺栓的螺紋上滴入幾滴螺紋緊固膠，然后再將螺栓按照規(guī)定的擰緊力矩進行擰緊即可。 緊固膠防松法存在許多優(yōu)點：使用方便、收縮率低、密封性好、無毒、可拆卸也可永久緊固。 但膠粘劑是以丙烯酸雙醋或特殊丙烯酸醋為基料，在使用過程中阻礙的是螺栓等鐵器的相對運動，其使用壽命和強度肯定會隨著螺栓的震動慢慢失效，因此該方法一般應(yīng)用到防松要求不高或震動不是很劇烈的場合。

3.3“8”字防松法

“8”字防松法（見圖 3）是最常用的一種防松方法，需要用到頭部帶孔的螺栓[7]。 具體操作方法是利用一根鐵絲依次穿過緊固后的螺栓頭部的鐵絲孔，使相鄰的兩組或兩組以上的螺栓間連接達到相互關(guān)聯(lián)的“8”字環(huán)。 該“8”字環(huán)需要達到的機理是相互鎖定，即通過“8”字環(huán)連接的一組螺栓中， 當(dāng)其中一個螺栓朝著松動的方向轉(zhuǎn)動時，螺栓頭部穿過的鐵絲會拉住另一個螺栓，由于該螺栓已經(jīng)通過擰緊力矩進行防松固定，因此會釋放一種反作用力，來制約松動螺栓的轉(zhuǎn)動，通過鐵絲的拉力使螺栓保證一定的拉緊力，相互制約同一組通過“8”字環(huán)纏繞的螺栓，阻礙螺栓組相對轉(zhuǎn)動，從而達到防松的目的。

該方法原理簡單，被大量運用在機械螺栓防松結(jié)構(gòu)上，但是該方法存在一定的局限性：首先，使用該方法， 需要在緊固件頭部加工鐵絲孔；同時該固定方法需要操作工捆綁，完全依賴于操作工的熟練程度和捆綁技巧， 如沒有掌握捆綁技巧，將難以達到預(yù)期的相互制約的效果；此外由于螺栓頭部孔大小的限制。 選用的鐵絲一般不會太粗，鐵絲強度也會受到限制，因此，當(dāng)該方法應(yīng)用到震動強烈或防松效果要求極高的地方時，需要謹防鐵絲斷裂。

3.4特制螺栓和墊片防松法

該方法利用螺栓和墊片特殊的配合結(jié)構(gòu)，來達到相互配合和鎖緊的目的，其原理主要是在螺母和墊片之間注入一種相互制約的作用力，當(dāng)螺栓或螺母在發(fā)生松動時，與之配合的墊片會產(chǎn)生一種制約力，來阻礙該螺栓或螺母的運動，達到防松效果。

3.4.1開槽螺母與開口銷配合防松法

該方法如圖 4 所示，需要特制螺栓，并在螺栓螺紋固定位置鉆孔， 該孔的目的是穿開口銷，配合開槽螺母使用。 這種防松方法效果顯著，一旦固定，螺栓很難松動，但由于螺栓鉆孔的位置的確定，取決于固定的工件高度，為了確保該方法能夠被準(zhǔn)確應(yīng)用，螺母在通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的擰緊力矩擰緊后， 螺栓鉆孔的位置能夠正好露出，并穿過開口銷，因此該方法存在一定的局限性。 該方法一般應(yīng)用在特殊加工的工件螺紋防松上。

3.4.2特制鎖緊墊圈防松法

該方法如圖 5 所示， 其原理是在螺母擰緊時配合特制鎖緊墊圈，將墊圈對角折起，并將折起部分緊扣六角螺母的一個邊， 從而限制螺母轉(zhuǎn)動達到防松的目的。 該方法的特點在于操作簡單，防松效果顯著， 被廣泛應(yīng)用到各種機械結(jié)構(gòu)的緊固件連接防松上。 弊端在于：該止動墊圈會由應(yīng)用場景的不同，來定制關(guān)聯(lián)孔的孔間距，單個使用的墊圈也需要進行特制，因此加工成本可能較高。

3.4.3 NORD-LOCK 鎖定墊圈防松法

NORD-LOCK 鎖定墊圈最先是由瑞典一家公司發(fā)明的，采用了獨特的多功能設(shè)計，該墊圈具有楔入制鎖功能，即一種利用張力代替摩擦力的獨特方法，可防止螺栓連接的自發(fā)性松動。 特點是：由兩個相同齒形的墊片組成，不僅融合了新夾芯復(fù)合材料技術(shù)，并結(jié)合了幾何形狀原理和楔形獨特功能，能抵擋住自發(fā)螺栓松動從而解決了螺母松動的問題。

這種防松墊圈由兩片相同的墊圈組成一套，每片的上、下面帶有不同鋸齒，一面為凸輪狀大齒，其斜坡角度 α 大于螺栓螺紋角 β，另一面為較密小齒。 墊圈安裝時，要大齒面相對，成對安裝。 小齒面分別與螺母和被緊固件接觸。 擰緊螺栓連接緊固件后，振動發(fā)生時，大齒面會錯動抬升，并由 α 角大于 β 角的原理來鎖住螺栓，使之不能松動。

目前由該墊圈引出的 X 系列，如圖 6 所示，更是采用獨特的多功能設(shè)計 ， 兼具優(yōu)異的NORD-LOCK 楔形效應(yīng)和特殊的彈簧效應(yīng)。 楔形效應(yīng)可以防止由振動和動態(tài)載荷引起的螺栓松動，彈簧效應(yīng)（Fs）抵消螺栓的衰減變化，防止螺栓連接的預(yù)緊力損失。 因此，該鎖定墊圈可在極端條件下提供安全保障。 使用 NORD-LOCK 鎖定墊圈防松效果顯著，優(yōu)點很多，例如：確保螺栓連接不松動， 補償沉降和松弛造成的預(yù)緊力損失；在規(guī)定的、始終不變的摩擦力下，達到更精確的預(yù)緊力；已標(biāo)準(zhǔn)化，有多種規(guī)格可供選擇（公制和英制）；可重復(fù)使用等等。

4、各類防松法的比較

（1）焊接式防松法。 作為一種永久且無重復(fù)利用的緊固件防松方法，其應(yīng)用場景特殊，主要應(yīng)用在永久固定且不需要拆卸的場合， 焊接后，螺紋防松強度非常高， 但由于破壞了螺紋結(jié)構(gòu)，后期無法拆卸。

（2）螺紋緊固膠防松法。 運用的原理是在螺紋配合間隙中，添加一種凝固劑，達到固定螺紋的目的。 這種防松方法操作簡單，效果顯著，可以實現(xiàn)螺栓二次復(fù)用。 但由于該凝固劑的使用壽命會隨著螺栓震動頻率產(chǎn)生的疲勞而逐步降低，因此，該防松方法一般應(yīng)用在震動不強烈、防松效果要求不嚴格的普通場合。

（3）“8”字防松法。 原理是利用鐵絲穿過頭部帶孔螺栓，纏繞并形成逆向的“8”字環(huán)，通過鐵絲產(chǎn)生的拉力，實現(xiàn)多個螺栓相互鎖定，達到防松的目的。 該方法依賴于操作工的作業(yè)經(jīng)驗和技巧，存在一定的工作量，安裝效率較低。

（4）特制螺栓和墊片防松法。 作為目前為止使用最普遍的防松方法，被大量應(yīng)用到各個機械領(lǐng)域的緊固件防松上，尤其是在重要場合或防松要求極高的部位。 該方法有安裝簡單、防松效果顯著、 可重復(fù)使用等諸多優(yōu)點， 尤其是 NORD-LOCK 鎖定墊圈，已經(jīng)在英制和公制上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，在選取上非常方便。

幾種常用防松方法特點對比如表 1 所示。

5、結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展， 大量的機械化代替了人工勞動， 機械化程度越高， 故障率也隨之增大。 常見而又普遍的緊固件松動問題，無論在何種場合，都應(yīng)該被重視。 參考文獻【8】、【9】分別闡述了機械生產(chǎn)領(lǐng)域以及煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域的某設(shè)備，其故障的產(chǎn)生和緊固件松動有著直接的關(guān)聯(lián)。 本文列舉了幾種常用的機械螺紋緊固件防松方法，可為解決螺紋松動問題提供參考方案和選用依據(jù)。

參考文獻：

[1] 何和智，熊承添，劉琰嵬．國內(nèi)外螺紋聯(lián)結(jié)防松技術(shù)進展[J]．機電工程技術(shù)，2019（3）．

[2] 鞏浩，劉檢華，馬慧華．螺紋連接松動機理和防松方法研究綜述[J]．機械工程學(xué)報，2022（10）．

[3] 杜巖．螺紋緊固件防松性能影響因素分析[J]．機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2022（1）．

[4] 么雷，王鑫才，魏松陽，等．選煤機械設(shè)備螺栓斷裂的原因分析及防松措施[J]．煤炭加工與綜合利用，2021（5）．

[5] 陳偉婧．螺紋連接松動機理及防松技術(shù)研究[J]．科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（30）．

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[7] GB/T 32.1-2020，六角頭頭部帶孔螺栓[S]．[8] 張生磊，王福遠，武晉偉，等．橋式起重機常用的螺栓防松方法[J]．機械工程與自動化，2022（5）．

[9] 胡勇．礦用掘進機回轉(zhuǎn)支承故障分析及預(yù)防措施[J]．煤礦機械，2021（7）．

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