第21章 螺纹紧固件连接的防松
一、松动机理
螺纹连接在工作状态下可能会经受所有类别的变动载荷，包括极为激烈的振动和冲击载荷。在变动载荷的作用下，螺纹连接的失效通常是由其自身的松动和疲劳破坏所引起的。在一般情况下，螺纹连接抗振松的寿命比其材料和结构的疲劳寿命短得多，远在疲劳破坏之前，就已经出现了因松动而造成螺纹连接的松脱失效，或者出现了因松动而导致连接件和被连接件的过早疲劳破坏。螺纹连接的失效会影响产品和设备的正常运转，甚至会造成严重的后果。如何防止螺纹连接的松动是研制和设计螺纹紧固件的重要任务之一。
在通常的螺纹连接中，摩擦力产生于内外螺纹接触面或螺纹紧固件支承面与被连接件的接触面上。当螺纹连接开始松转时，克服螺纹接触面上的摩擦所需的力矩M1为：
M1?Qd2tg?????……………………………（公式21-1） 2式中：Q——作用于螺栓或螺钉上的预紧力，又称轴力或紧固系统的夹紧力；
d2——螺纹中径；
ρ——摩擦角，对于三角形螺纹,tg??M1,M1是螺纹接触面之间的摩擦系数，βcos?是牙型半角；
α——螺纹螺旋线的升角，又称导角。
螺纹紧固件被拧紧后，由于螺母或螺钉头支承面上的摩擦而产生的附加力矩M2为：
M2?Q?2D2…………………………（公式21-2） 2式中：μ 2——螺母或螺钉头支承面与被连接件接触面之间的摩擦系数；
D2——螺母或螺钉头支承面的平均直径，在接触压力均匀的情况下，D2的精确值是：
33??Rn2?R??，Rω和Rn分别是支承面的外半径和内半径，如果支承面D2??22??3?R??Rn?不平或接触压力不均匀，D2就可能随着支承面的内半径到外半径而变化。
综上所述，决定螺纹连接开始松转时的总力矩M为：
?D??dM?M1?M2?Q?2tg??????22?…………………（公式21-3）
2??2分析公式21-3可知，仅在总力矩M等于或小于零的情况下，螺纹紧固件才开始自行松
转。对于连接用螺纹，在受静载荷作用时，即使润滑条件很理想，其摩擦角也始终大于升角：ρ>α，即满足螺纹的自锁条件，使公式21-3括号内的总值不会等于或小于零，螺纹紧固件也就不会自行松转。但是在经受动载荷时，例如在振动和冲击的作用下,螺纹紧固件在螺纹和支承面上产生了微观的滑移，这种相对的微观运动使摩擦系数由相对高的静态值变为很低的动态值，螺纹连接在各个方向上处于自由摩擦状态。此时，作用在螺纹上的轴向力在圆周方向上形成一个导致螺母松转的内松出力矩，使螺母开始松转，就像一个在斜面上的重物，由于摩擦力的变小或消失而往下滑动一样。这种松转称为螺纹连接的自松。千万次的振动循环耗尽了螺纹连接的防松摩擦阻力，使其从细微的松转直到完全的松脱。
螺纹件在螺纹面和支承面上的微观滑移是怎样产生的呢？对于承受轴向动载荷的螺纹
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件，轴向外力使螺母在靠近支承面的部位产生径向弹性膨胀，引起螺纹面和支承面上的微观滑移；对于承受横向动载荷的螺纹件，横向外力使螺栓在螺母内摇摆而产生微观滑移，或者说螺母在螺栓上摇摆而产生微观滑移。试验证明，横向外力比轴向外力能引起更大的微观滑移。因此，横向外力是更危险的因素，而且垂直于螺纹轴线的纯横向外力比起与螺纹轴线成各种角度的横向外力，对螺纹连接的松动能产生最苛刻的条件。实际的使用经验也说明，横向冲击、振动更易引起螺纹连接的松动。试验表明，与横向外力相比，经受轴向外力的螺纹连接不容易松动。
“纯横向外力是导致螺纹连接松动的更危险因素”这一结论对螺纹连接的设计及其防松方法的研究和评定有重要的意义。在螺纹连接的设计中，往往可以通过设计紧固件的安装方向来尽可能地避开横向外力这一危险因素。在考核和评定紧固件的防松性能时，采用横向加力的试验方式能加速螺纹连接的松动，使考核试验更有效，试验工作的效率更高。 二. 防松方法 1 防松方法的分类
螺纹紧固件连接的防松方法分为三种基本类型： a．不可拆卸的防松
这是一种采用焊牢、粘结或冲点铆接等方式将可拆卸螺纹连接改变为不可拆卸螺纹连接的防松方法，是一种很可靠的传统防松方法。其缺点是螺纹紧固件不能重复使用。且操作麻烦。常用于某些要求防松高可靠而又不需拆卸的重要场合。
b．机械固定件的防松
利用机械固定件使螺纹件与被连接件之间或螺纹件与螺纹件之间固定和销紧，以制止松动。这种方法的优点是防松可靠,其防松可靠性一般取决于机械固定件（或紧固件本身，如开槽螺母）的静强度或疲劳强度。它的缺点是增加紧固连接的重量，制造及安装麻烦，不能进行机动安装，所以成本较高。由于其防松可靠性高，在机械产品和航空航天产品中的某些重要部位仍广为采用。
c．增大摩擦力的防松
利用增加螺纹间或螺栓（螺钉）头及螺母端面的摩擦力或同时增加两者的摩擦力的方法来达到防松的目的。这种防松方法比上述a类或b类方法的可靠性要差些，但其最大的优点是不受使用空间的限制，可以进行多次的反复装拆，可以机动装配，而且其中某些紧固件(如尼龙圈锁紧螺母，全金属锁紧螺母)，其防松可靠性已达到很高的水平。因此，这种防松方法在机械制造部门和航空航天领域应用最广。 2 常用的防松方法
螺纹紧固件连接常用的防松方法见表21-1。
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表21-1 防松方法的特点及其应用举例
序号 类型 名称 结构简图 特点和用途 1 不可拆卸的防松螺栓(或螺钉）头和螺母端面冲点铆接 在拧紧后，用冲点铆接的方法使螺栓（或螺钉）螺母产生局部变形，阻止其相互松转。防松可靠，可用于任何不需拆卸的连接防松 2 3 锁紧粘合剂的粘结 在相配的螺纹表面涂环氧树脂或厌氧胶等粘合剂，粘合剂固化后即可牢固地粘结相配的螺纹，达到锁紧防松的目的。不同的粘合剂往往具有不同的锁紧能力。涂环氧树脂的紧固件，其粘结强度很高，是不可拆卸的。涂厌氧胶的紧固件，虽可拆卸，但拆卸后螺纹表面残留的粘合剂难于清洗干净，且螺纹可能受到损伤，紧固件不宜再用。 粘合剂也可作为螺纹的密封材料，但它们无法承受高温。最好的粘合剂可在230℃的温度下工作；最差的粘合剂，其工作温度只有94℃。 防松可靠，可用于任何不需要拆卸的连接防松 机械固定件的防松 开槽螺母加开口销 开口销穿过螺母的槽和螺栓末端的销孔，将螺母和螺栓直接锁紧。可在不拧紧（即不施加预紧力）的松连接状态下，用于重要的活动部位，如航空航天器和车辆座舱内操纵杆活动关节的连接。也可用在长时间严酷振动条件下要求防松高可靠的特别重要部位。在这种情况下，必须以适当的预紧力来拧紧螺母和螺栓，否则，在未拧紧的松连接中，开口销或螺母会产生疲劳破坏，造成紧固件的松脱失效。此类事故在承受严酷工作条件的许多连接中常有发生 226