螺纺防松设计

2　防松设计的着眼点
　　设计螺纹联接件时为防止松动要考虑如下三个措施：
　　(1)对螺纹联接处周围零件的处理；
　　(2)针对螺纹联接处的办法；
　　(3)使用防松零件的办法。
2.1　对周围零件的处理
　　螺纹联接处周围零件的处理目的是不使机械整体的性能，功能下降，减轻作用于螺纹联接处的负荷，或者减少松动对机械整体性能、功能的影响。对螺纹联接处周围零件的处理适合于在其它两个办法不能解决的场合；与其它方法比较有利于防松的场合；或者不处理周围零件就不能消除松动的根本原因的场合下使用。例如，设计高温用螺纹联接件时，必须考虑使用温度和线膨胀系数，蠕变温度等材料特性，这些特性影响高温下的松动，而其它办法还有：(1)尽可能使螺栓位置离开热源；(2)通风良好，便于冷却；(3)散热良好，不使螺栓联接处积蓄热量，用以减轻螺纹联接处的负荷(降低温度)。另外还可以提高零件的刚性，减轻振动(从而减轻作用于联接该零件的螺纹的负荷)。压力容器的盖形状要有利于密封，即使固定螺栓松动也仍能保持密封(图1)。

图1　压力容器上的盖形状

2.2　针对螺纹联接处的措施
　　对于螺纹联接处产生的非回转松动，其基本解决办法是消除产生松动的原因，具体解决办法如下：
　　(1)为了减少接合面的磨损，要提高被联接件的刚性和强度，以减少接合面的弹性变形。
　　(2)为了降低支撑面的面压以免压陷，要采用硬而厚的平垫圈及支撑面积大的螺纹零件。例如：象冲压件那样，由于尺寸精度难以保证，有时要加大螺栓孔，但是这样螺栓头和螺母都容易掉进孔中，所以应该注意。
　　(3)设计预紧力时要考虑拧紧时发生的初期松动(残余变形)。
　　(4)为使用接合面的磨合，塑性变形等引起的松动(轴向力下降)最小，要插入衬套，或采用拉伸螺栓，或加深被联接件的内螺纹位置，增加被固紧的长度以降低螺纹零件和被联接件的弹性系数，见图2。

图2
a插入衬套　b拉伸螺栓　c内螺纹

　　(5)为使接合面的塑性变形最小，要设法使接合面平滑，或减少接合面数，或使用没有弯曲的螺纹零件，或使螺栓头部及垫圈等的支撑面端部与被联接件的圆角部分互不接触。
　　(6)为使螺栓的屈服载荷大于外力，设计预紧力时要考虑固紧力的误差，或采用高强度螺栓，使它的屈服载荷与外力相适应。
　　(7)考虑高温等环境条件的影响，回转松动的主要原因是被联接件间的反复滑动(相对变位)，所以防止松动回转的基本措施为：A使被联接件间完全没有滑动或滑动量很小；B增大回转阻抗；C加大发生松动回转的相对滑动量极限值。
2.3　防止松动回转的具体方法
　　(1)接合面的摩擦力与固紧力成比例地增大。当沿着滑移方向的外力比该摩擦力小时，不发生相对滑动，因此，要满足这一条件应提高固紧力，可加大螺栓直径，或增加螺栓个数，或采用高强度螺栓，从而提高防松效果。
　　(2)加大接合面的摩擦系数(图3)。

图3　咬入结合面的例子

　　(3)用定位销(图4)取代为提高螺栓孔的定位精度或装配精度的销子等。在这种情况下，为了不使销子产生塑性变形而松动或剪断破坏，必须注意尺寸和强度。

图4　用定位销的方法

　　(4)被联接件间即使存在反复的相对滑动，但当其相对滑动量不超过某一极限值的，也不发生松动回转。可以采取下列措施来增大滑动量极限值：象图2那样加大固紧固长度或采用拉伸螺栓，以降低螺纹零件的弹性系数；增加固紧力；减少螺栓的螺距；提高支撑面的摩擦系数等。
　　(5)为了减少由外力引起的相对滑动量，要减少与螺栓的间隙。另外，也可以在间隙中充以厌氧性粘着剂。密配螺栓是螺栓和孔之间的间隙最小的一个典型。
　　(6)在螺纹牙有间隙的一面也施加力，为加大啮合螺纹处回转阻抗，要采用双重螺母。但是在反拉不牢的时候，防松效果下降。
　　(7)将螺栓等螺纹焊着在被联接件上。
2.4　利用防松零件
　　通常所说的防松零件，多为防止螺栓，螺母回转的止转零件。因大的松动多为回转松动，所以这些零件能发挥出预期的作用，作为防松零件来说还是有实际效用的，防松零件可分为：
　　(1)扭矩增大形。从拧入一开始，其扭矩就比普通零件大，达到预定的固紧力时，止回力矩达到最大。
　　(2)拧入正常形。和普通零件一样被拧紧，固紧力矩越大，止回力矩了越大。
　　(3)其它。
　　另外，按防松原理可分为：
　　A、使啮合螺纹面上的摩擦力特别高；
　　B、使支撑面上的摩擦力特别高；
　　C、机械固定，防止回转；
　　D、利用剪断形，弯曲形的弹簧压力；
　　E、其它。
　　现将具有代表性的防松零件及其适用的联接形式，防松原理，拧入力矩等分别示于表2。

表2　各种防松零件

　　综上所述的多种防松办法和防松零件在DZ60型振动打桩锤上得到广泛应用，收到显著成效，达到了设计要求和使用效果，受到用户好评。

3　结束语
　　从耐松动观点出发，对螺纹联接的设计思想和若干具体方法进行叙述，认为其主要解决方法为：减轻螺纹联接处的负荷；给以足够的轴向力以减少被联接件间的滑移。依靠止转作用，防松的零件主要是为特殊情况下的补救措施使用，应避免只依赖其效果。

作者简介：董艳秋，1965年生，工程师，1988年毕业于东北重型机械学院机械系机制专业，现从事机械产品设计及新产品开发工作。发表论文数篇。
作者单位：鸡西煤矿专用设备厂，鸡西158100