國內*有效緊固件防松措施及防松試驗方法擰緊試驗方法

針對螺紋緊固件松動的問題，人們采取各種積極有效的措施，為螺紋緊固件的發展注入
新的活力。從各種標準和文獻中可以看到，螺紋緊固件防松技術和防松結構很多，總結起來
主要包括摩擦防松、直接鎖緊、破壞運動副關系和粘結等幾類方法。
(一)摩擦防松
1. 控制預緊力
控制安裝預緊力是防止螺紋緊固件松動的經濟有效措施之一，這種方法利用螺紋的自
鎖條件，不需要對螺栓、螺母結構做任何改動，通過保證合適的預緊力來防松。對于安裝
控制要求特別高的使用場合，采用直接控制的方法，在安裝過程中測量預緊力，并加以控
制，目前常用的方法有采用帶測力裝置的安裝機，如液壓安裝機，對螺栓施加規定的軸向
負荷，使其產生彈性變形，在旋緊螺母，完成裝配。也有采用測量螺栓應力或應變形的方
法測定預緊力，據此進行安裝控制。一般情況下，直接控制安裝預緊力需要使用專門的裝
置或掌握專門的技術，難予推廣。為了以經濟的方法獲得滿意的預緊力，更多的采取間接
測量和控制預緊力的方法，即扭矩控制法。扭矩控制法通過扭矩系數將預緊力換算成裝配
扭矩，使用定扭矩或測扭矩裝配機或扳手控制裝配扭矩，或利用緊固件自身結構保證擰緊
扭矩（如扭剪型螺栓連接副），間接達到控制預緊力的目的。為了達到預期的目的，要求
連接副的扭矩系數能預先準確測定，并保證同批零件的扭矩系數離散性不大。如，
GB/T1231-1991中明確規定同批連接副的扭矩系數平均值為 0.110-0.150，扭矩系數標準偏
差應小于或乖于 0.001%。在工程實踐中，也有采用轉角法、屈服點擰緊法等控制方法的。
2. 有效力矩型緊固件
有效力矩型緊固件是在普通緊固件結構基礎上增加了有效力矩部分，其作用是在連接
副中增加一個不隨外力變化的阻力矩。有效力矩部分主要是加在螺母上，在外螺紋上加有
效力矩部分的產品比較少見。全金屬有效力矩型鎖緊螺母，一類是利用螺母體上螺紋加工完成后螺母體變形，使螺紋發生軸向或徑向變形，造成裝配時內外螺紋局部出現干涉產生有效力矩，由于受變形量和變形前毛坯變形阻力和幾何精度的影響，對加工工藝要求高，有效力矩控制難度大；另一類是
將有效力矩部分減薄，收口或開槽后收口，目前國內主要在行業使用較多；第三類是在
螺母體內嵌入金屬彈性元件，裝配時外螺紋迫使彈性元件變形，產生有效力矩，這類螺母對
彈性元件彈性及嵌件的位置的要求較高，有時會劃傷外螺紋表面。

非金屬嵌件有效力矩型鎖螺母的有效力矩部分為無螺紋的尼龍環，裝配時靠外螺紋在尼
龍環上攻出螺紋，靠嵌件的彈性變形產生有效力矩，防松性能優良，可用于沖擊、振動較惡
劣的工況條件，可重復使用，使用溫度在100℃以內，尼龍易老化。
帶尼龍嵌件的防松螺釘是在螺釘桿部橫向孔內嵌入尼龍柱，裝配時尼龍柱受內螺紋擠
壓產生變形，其彈性使之與內螺紋緊密配合，產生有效力矩，防松效果良好，使用中須保
證尼龍柱在內螺紋內處于合適的位置。
3. 使用墊圈
目前使用的墊圈主要有平勢圈、彈簧墊圈、彈性墊圈。平墊圈主要用于改善支承面的接
觸狀態，保證支承面的摩擦系數穩定，對防松有一定的作用；彈簧墊圈利用其彈性產生軸向
力，提高連接的彈性，橫向振動試驗結果表明其在這種試驗條件下防松效果較差；彈性墊圈
的扭曲的齒被擰緊的螺母壓平，使螺紋副軸身壓緊，衡翼同時局部嵌入支承面，彈性均勻，防松
效果較好，會劃傷零件表面。在某些特定的場合下，劃傷零件表面正是人們所希望的，如用
于表面涂漆的零件上的接線柱，可以劃破漆皮，保證導電性能。
(二)直接鎖住
在擰緊螺母后使用鎖緊（止動）元件將螺母和螺栓鎖住，防止它們相對轉動。Z常用
的是使用開口銷、串聯鋼絲和止動墊圈等。衡翼開口銷與末端帶孔螺栓及開槽螺母配套使用，
防松可靠，一般螺母開槽夾角為60°，安裝時必須保證槽孔對正，裝配不便；用低碳鋼絲
穿入螺栓頭部或螺母的金屬絲孔內，使幾個螺栓或螺母串聯一起相互制約，防松可靠；止
動墊圈靠墊圈塑性變形卡住螺母，拆卸時要先將墊圈壓平復原再擰松螺母，用于不經常拆
卸的重型、動載荷連接，如飛輪螺母。
(三)破壞運動副關系
使用沖頭使螺栓和螺母的螺紋局部變形，偏離原牙型輪廓，使其局部不能與正常螺紋
向嚙合，破壞原運動副的運動關系，形成不可重復使用的連接，如欲拆卸，須使用較大的
扭矩將螺母擰出或將其破壞，這種方法目前已很少使用。
(四)粘結
粘結是將螺栓和螺母或與被連接件粘結在一起，達到防松的目的。用于大批量生產的粘
結螺栓，一般是在緊固件制造廠將厭氧膠涂在零件上并經干燥處理，形成微膠囊，這種微膠
囊表面干燥，沒有粘感，裝配時，微膠囊受擠壓破裂，膠液溢出，將螺栓和螺母粘結牢固。
拆卸時只要施加足夠的力矩即可，一般情況下，在一定的期限內，可以重復使用有限次數。

防松性能試驗方法
用于評價緊固件的防松性能的試驗方法主要有三種，包括地腳螺栓試驗法、套筒橫向
沖擊法和橫向振動試驗法，其中橫向振動法是上世紀八十年代以來*的效果較理想的方
法，已被制定為標準DIN 65151，我國也發布實施了國家標準GB/T10431-2008。
地腳螺栓試驗法的原理是將被試零件安裝在試驗機上，其連接結構類似于地腳螺栓，在試件
上做出位置標記，利用試驗機的偏心機構給試驗螺紋連接副施加機械振動，定時停機記錄試
件位置變化情況，以連接副相對位置變化的大小來判斷試件防松性能的優劣。這種試驗方法
被認為是*代防松性能試驗方法，沒有實現標準化，沒有通用的設備，試驗周期長，試驗
結果不盡如人意，已很少使用。
套筒橫向沖擊法將試件擰緊在試驗套筒內，并在零件和套筒上做出位置標記，然后將
套筒置于搖架的導槽內隨搖架運動，套筒可以在導槽內橫向移動。開機后，遙架往復擺動，
沖擊套筒在導槽內往復沖擊導槽的兩端，產生較大的沖擊力，致使試件松動。在試驗過程
中定時停機記錄試件位置變化，并據此判定試件的防松性能。這是第二代防松性能試驗方
法，國內在航天系統仍有使用。上述兩種方法都是用試件位置的變化來判定防松效果，而
且是定時記錄，得到不連續的結果，給應用帶來不便。
橫向振動試驗是在HY(HZ)-20020系列緊固件橫向振動試驗機上進行。將被試緊固件擰緊在試驗裝
置上，使之產生一定的夾緊力。借助于試驗機在被夾緊的兩金屬板之間產生的交變橫向位
移，使連接運動，導致夾緊力減小甚至*喪失。連續記錄夾緊力，根據記錄數據的對此
可以判定緊固件防松性能。在試驗過程中，夾緊力減小得越漫，防松性能越好；反之，夾
緊力減小得越快，防松性能越差。這是采用衡翼儀器生產的HY(HZ)-20020型緊固件橫向振動疲勞試驗
機上所進行的螺栓橫向振動試驗的典型軸向預緊力變化曲線。