螺纹紧固件防松方法研讨

杜佳霖

（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030006）

1 导言

机械化程度权衡一个国家工业化发展的水平。机械设备越复杂、机械化程度越高，给我们的生活带来的便利越大。但是机械化程度越高，发生故障的可能性就越大。紧固件松动作为机械故障中最常见和最普遍的问题，必须得到广泛的关注和解决。随着国内外防松技术的不断发展[1]，螺纹紧固件的防松取得了长足的进步。

2 紧固件松动的危害及原因[2-5]

2.1 紧固件松动造成的危害

紧固件不仅起连接的作用，更是起到了设备固定和保护的作用。紧固件的松动后部件或设备振动加剧、相对运动加大、间隙加大，久而久之造成紧固件断裂、工件损坏，甚至引发人员伤亡等安全事故。

2.2 紧固件松动的原因

如图1 所示，为了增强螺纹连接的可靠性，必须预先给螺纹紧固并施加拧紧力矩，以获得预紧力F0，防止连接件在受到工作载荷后出现缝隙或相对滑移。由于反复的振动或冲击，造成螺纹紧固件的松动，当松动量达到一定程度后，预紧力就会消失，失去了预紧力的保护，螺纹就会受到来自连接件各个方向的剪切力F，使用寿命和连接可靠性会大大降低，从而引发各种危害。

图1 紧固件受到的力

3 紧固件防松方法

由于不同的机械设备以及不同的作业环境，紧固件的易松程度会有差异。机械设备应用场合不同，在螺纹紧固件防松方法的选择上会有诸多不同。对比多种机械设备不同螺纹紧固件使用场合，加上长期经验积累，笔者总结了以下几种紧固件防松方法。

3.1 点焊防松法

点焊式螺纹紧固件防松方法，是在需要螺纹永久性防松的前提下，将螺栓或螺母焊接从而达到破坏螺纹来防松的目的。具体方法：依据标准螺纹拧紧力矩对螺纹拧紧后，使用电焊将螺纹周边进行点焊，这样螺纹的螺旋线被破坏，螺纹将无法松动，如图2 所示。该方法防松强度高，使用寿命长，主要应用在紧固件无需重复利用和拆卸的场合。

图2 点焊防松示意图

3.2 螺纹紧固胶防松法

螺纹紧固胶是一种胶粘剂，能够在室温氧气存在下保存，当隔绝空气时表面会很快固化形成牢固胶接层[6]，通过紧固胶的固化、粘连作用，达到防松的目的。操作方法是先在螺栓的螺纹上滴入几滴螺纹紧固胶，然后再将螺栓按照规定的拧紧力矩进行拧紧即可。紧固胶防松法存在许多优点：使用方便、收缩率低、密封性好、无毒、可拆卸也可永久紧固。但胶粘剂是以丙烯酸双醋或特殊丙烯酸醋为基料，在使用过程中阻碍的是螺栓等铁器的相对运动，其使用寿命和强度肯定会随着螺栓的震动慢慢失效，因此该方法一般应用到防松要求不高或震动不是很剧烈的场合。

3.3 “8”字防松法

“8”字防松法（见图3）是最常用的一种防松方法，需要用到头部带孔的螺栓[7]。具体操作方法是利用一根铁丝依次穿过紧固后的螺栓头部的铁丝孔，使相邻的两组或两组以上的螺栓间连接达到相互关联的“8”字环。该“8”字环需要达到的机理是相互锁定，即通过“8”字环连接的一组螺栓中，当其中一个螺栓朝着松动的方向转动时，螺栓头部穿过的铁丝会拉住另一个螺栓，由于该螺栓已经通过拧紧力矩进行防松固定，因此会释放一种反作用力，来制约松动螺栓的转动，通过铁丝的拉力使螺栓保证一定的拉紧力，相互制约同一组通过“8”字环缠绕的螺栓，阻碍螺栓组相对转动，从而达到防松的目的。

图3 “8”字防松示意图

该方法原理简单，被大量运用在机械螺栓防松结构上，但是该方法存在一定的局限性：首先，使用该方法，需要在紧固件头部加工铁丝孔；同时该固定方法需要操作工捆绑，完全依赖于操作工的熟练程度和捆绑技巧，如没有掌握捆绑技巧，将难以达到预期的相互制约的效果；此外由于螺栓头部孔大小的限制。选用的铁丝一般不会太粗，铁丝强度也会受到限制，因此，当该方法应用到震动强烈或防松效果要求极高的地方时，需要谨防铁丝断裂。

3.4 特制螺栓和垫片防松法

该方法利用螺栓和垫片特殊的配合结构，来达到相互配合和锁紧的目的，其原理主要是在螺母和垫片之间注入一种相互制约的作用力，当螺栓或螺母在发生松动时，与之配合的垫片会产生一种制约力，来阻碍该螺栓或螺母的运动，达到防松效果。

3.4.1 开槽螺母与开口销配合防松法

该方法如图4 所示，需要特制螺栓，并在螺栓螺纹固定位置钻孔，该孔的目的是穿开口销，配合开槽螺母使用。这种防松方法效果显著，一旦固定，螺栓很难松动，但由于螺栓钻孔的位置的确定，取决于固定的工件高度，为了确保该方法能够被准确应用，螺母在通过标准规定的拧紧力矩拧紧后，螺栓钻孔的位置能够正好露出，并穿过开口销，因此该方法存在一定的局限性。该方法一般应用在特殊加工的工件螺纹防松上。

图4 开槽螺母防松

3.4.2 特制锁紧垫圈防松法

该方法如图5 所示，其原理是在螺母拧紧时配合特制锁紧垫圈，将垫圈对角折起，并将折起部分紧扣六角螺母的一个边，从而限制螺母转动达到防松的目的。该方法的特点在于操作简单，防松效果显著，被广泛应用到各种机械结构的紧固件连接防松上。弊端在于：该止动垫圈会由应用场景的不同，来定制关联孔的孔间距，单个使用的垫圈也需要进行特制，因此加工成本可能较高。

图5 锁紧垫圈防松示意图

3.4.3 NORD-LOCK 锁定垫圈防松法

NORD-LOCK 锁定垫圈最先是由瑞典一家公司发明的，采用了独特的多功能设计，该垫圈具有楔入制锁功能，即一种利用张力代替摩擦力的独特方法，可防止螺栓连接的自发性松动。特点是：由两个相同齿形的垫片组成，不仅融合了新夹芯复合材料技术，并结合了几何形状原理和楔形独特功能，能抵挡住自发螺栓松动从而解决了螺母松动的问题。

这种防松垫圈由两片相同的垫圈组成一套，每片的上、下面带有不同锯齿，一面为凸轮状大齿，其斜坡角度α 大于螺栓螺纹角β，另一面为较密小齿。垫圈安装时，要大齿面相对，成对安装。小齿面分别与螺母和被紧固件接触。拧紧螺栓连接紧固件后，振动发生时，大齿面会错动抬升，并由α 角大于β 角的原理来锁住螺栓，使之不能松动。

目前由该垫圈引出的X 系列，如图6 所示，更是采用独特的多功能设计，兼具优异的NORD-LOCK 楔形效应和特殊的弹簧效应。楔形效应可以防止由振动和动态载荷引起的螺栓松动，弹簧效应（Fs）抵消螺栓的衰减变化，防止螺栓连接的预紧力损失。因此，该锁定垫圈可在极端条件下提供安全保障。使用NORD-LOCK 锁定垫圈防松效果显著，优点很多，例如：确保螺栓连接不松动，补偿沉降和松弛造成的预紧力损失；在规定的、始终不变的摩擦力下，达到更精确的预紧力；已标准化，有多种规格可供选择（公制和英制）；可重复使用等等。

图6 NORD-LOCK 锁定垫圈防松示意图

4 各类防松法的比较

（1）焊接式防松法。作为一种永久且无重复利用的紧固件防松方法，其应用场景特殊，主要应用在永久固定且不需要拆卸的场合，焊接后，螺纹防松强度非常高，但由于破坏了螺纹结构，后期无法拆卸。

（2）螺纹紧固胶防松法。运用的原理是在螺纹配合间隙中，添加一种凝固剂，达到固定螺纹的目的。这种防松方法操作简单，效果显著，可以实现螺栓二次复用。但由于该凝固剂的使用寿命会随着螺栓震动频率产生的疲劳而逐步降低，因此，该防松方法一般应用在震动不强烈、防松效果要求不严格的普通场合。

（3）“8”字防松法。原理是利用铁丝穿过头部带孔螺栓，缠绕并形成逆向的“8”字环，通过铁丝产生的拉力，实现多个螺栓相互锁定，达到防松的目的。该方法依赖于操作工的作业经验和技巧，存在一定的工作量，安装效率较低。

（4）特制螺栓和垫片防松法。作为目前为止使用最普遍的防松方法，被大量应用到各个机械领域的紧固件防松上，尤其是在重要场合或防松要求极高的部位。该方法有安装简单、防松效果显著、可重复使用等诸多优点，尤其是NORDLOCK 锁定垫圈，已经在英制和公制上实现标准化，在选取上非常方便。

几种常用防松方法特点对比如表1 所示。

表1 几种常用防松方法特点对比

5 结语

随着现代工业化的发展，大量的机械化代替了人工劳动，机械化程度越高，故障率也随之增大。常见而又普遍的紧固件松动问题，无论在何种场合，都应该被重视。参考文献【8】、【9】分别阐述了机械生产领域以及煤矿生产领域的某设备，其故障的产生和紧固件松动有着直接的关联。本文列举了几种常用的机械螺纹紧固件防松方法，可为解决螺纹松动问题提供参考方案和选用依据。