不脱出螺钉联接结构探讨

江继辉 熊峰

（中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉 430064）

1 引言

为预防螺钉脱落，解决小螺钉脱落后不易寻找的问题或避免脱落后可能造成的不良后果，在舰船配套产品上的一些经常需要维修拆卸的面板（或盖板）安装场合广泛采用了不脱出螺钉（Crews with waisted shank），我国也早就形成了相应的技术标准：如 GB/T837-1988开槽盘头不脱出螺钉、GB/T838-1988六角头不脱出螺钉、GB/T839-1988滚花头不脱出螺钉、GB/T848-1988开槽沉头不脱出螺钉、GB/T849-1988开槽半沉头不脱出螺钉等，以上标准分别给出了各种不脱出螺钉的结构尺寸规范。然而，标准中并没有对不脱出螺钉的联接结构形成相应技术规范。

由于不脱出螺钉的结构特殊性，其联接结构与普通螺钉是有区别的。然而，设计人员往往忽视或没有留意到其中的区别。笔者最近接连发现了两起由于不脱出螺钉连接结构不合理而形成的质量问题的典型事例：

事例 1：某产品面板安装的不脱出螺钉存在难上、难下、面板压不平等问题并发现螺钉脱过螺母形成“滑丝”假象；

事例 2：某控制柜盖板不脱出螺钉在现场防脱卡簧大量脱落，试验完后螺钉遗失较多。

为此，笔者认为有必要就不脱出螺钉的联接结构加以探讨，供设计人员参考，希望已有问题得到有效解决，在以后螺钉联接结构设计中不再出现类似的问题。

2 不脱出螺钉结构特点分析

以常用的开槽盘头不脱出螺钉为例，图 1为 GB/T837-1988开槽盘头不脱出螺钉的结构示意图。

图1 GB/T837-1988开槽盘头不脱出螺钉

从图中可见，不脱出螺钉在结构上依次由大于螺纹大径的螺钉头（外径 dk）、小于螺纹小径的束腰（直径 ds）及螺纹(大径 d)三部分组成，螺钉头部分起到压紧被联接件作用，束腰部分起防脱作用，螺纹部分起联接作用。显然，螺钉结构本身并不具备防止脱落的功能，螺钉的防脱功能是要靠与被联接件（即盖板或面板）之间的联接结构来实现的，即通过一定结构将螺钉的束腰部分 (waisted shank)卡在被连接件安装孔上来实现防脱出功能。

从不脱出螺钉标准尺寸规格表中可见，螺纹部分长度b与螺纹直径规格相匹配，螺纹规格越大螺纹长度也越长，螺纹长度基本上是满足连接强度的最小长度，而对螺钉总长L没有予以规定，从螺纹长度限制也可以看出不脱出螺钉联接结构的严格要求。

3 不脱出螺钉联接方式分类

为了使螺钉挂在被联接件上不脱出，在结构上一般采取两种方式：

(1)丝扣防脱（如图2所示）：被联接件安装孔上带有与螺钉螺纹规格一致的螺纹，螺钉旋入后被挂在被连接件上，不会自然脱出，上述事例1即为该结构；

图2 丝扣防脱结构示意图

(2)卡式防脱（如图3所示）：被连接件安装孔为大于螺杆外径的光孔，螺钉通过弹性卡套、弹簧挡圈卡或卡簧在被连接件上（图中为弹簧挡圈防脱结构示意图），如不拆卸涨紧套或弹簧挡圈，螺钉无法从被连接件孔中脱出，上述事例 2为该结构。

图3 弹性挡圈防脱结构示意图

图2和图3中，δ为被联接件及卡圈垫片总厚度，h为防脱结构内表面至联接螺孔上表面之间的距离，H为被联接件（含外垫片）外表面至联接螺孔下表面的距离（即联接构件总厚度），b为螺钉旋入长度。

4 联接结构正确技术条件

虽然标准中没有说明，但从不脱出螺钉防脱结构特点及螺纹长度较小的特点可见，不脱出螺钉的联接结构是有严格要求的。

如果被连联接件仅用一个螺钉固定，由于在旋紧或旋松螺钉的过程中，被联连接件可以与螺钉一起移动，防脱螺钉与普通螺钉在安装结构上除防脱结构外或许没有特殊要求，然而，被联接件往往是同时由2个以上螺钉固定，螺钉被卡在被联接件上，被联接件同时受到多个螺钉的约束，被联接件无法随单个螺钉的进退而进退。

正因为不脱出螺钉具有被卡在被连接件上、螺纹尺寸有限以及通常有多个螺钉同时联接一组构件的特征，不脱出螺钉的联接结构必须满足以下三个技术条件：

(1)螺钉在被连接件上的窜动量应等于或略大于螺钉的旋入量，以保证螺钉能旋入联接螺孔内，这是保证联接有效的基本条件。用图示中的尺寸代号表示，有L-b-δ≥b

即 L≥δ+2b

(2)防脱结构内表面至联接螺孔上表面之间的距离应等于或略大于螺钉的旋入量，以保证在拆卸时螺钉顺利进入和退出连接螺孔。

用尺寸代号表示，有 h≥b

这是保证被联接件上防脱结构不发生干涉，保证顺利安装的必要条件。否则，丝扣防脱结构在螺钉旋入时，其它螺钉会被顶住，造成被连接件变形，旋入困难或丝扣受损，工人操作时只好多个螺钉同时逐步旋入，在螺钉退出时，螺钉的螺纹部分在没有完全从连接螺孔中退出之前就进入被连接件螺孔中，形成双螺扣自锁，拆卸相当困难，强行拆卸会造成螺钉损坏；卡簧防脱结构在螺钉退出时会碰到被连接件防脱结构反面，形成对被连接件的顶压，强行卸下时，弹簧卡会沿螺纹被旋出，最后使螺钉防脱结构失效。

(3)螺钉长度不能超出联接构件的总厚度，以使螺钉上紧后螺纹部分正好在连接螺孔内，这是保证不脱出螺钉有效联接的另一基本条件。

用尺寸代号表示，有 L≤H

回头再看，标准规范中之所以将螺钉的螺纹长度规定为满足联接强度的最小长度，正是考虑到避免联接结构进一步复杂化的需要，而这一规范也决定了其联接结构的严谨性。

另外需要注意的是，不脱出螺钉不是防松螺钉，不能将防脱与防松两个概念混为一谈，防松结构应另行考虑。

5 问题事例原因分析

通过以上分析，前面提到的两个事例中的问题原因是显而易见的：

事例1中，由于防脱结构内表面至联接螺孔上表面之间的距离h太小（可能根本未予考虑），面板螺纹与联接螺孔螺纹形成干涉，从而造成的螺钉旋紧旋出都很困难、甚至无法拆卸、面板安装不平等问题，同时由于螺钉长度超出了联接构件的总厚度，螺纹部分被旋出联接螺孔之外，形成滑丝假象。

事例2中，防脱结构内表面至联接螺孔上表面之间的距离h不够，安装盖板时，四个螺钉需要同时逐步旋入，拆卸盖板时，四个螺钉同时退出，操作人员不知道存在结构问题，往往逐一拆卸螺钉，拆卸时弹簧挡圈顶住盖板后继续旋转，使卡簧沿螺纹退出，造成防脱失效，螺钉脱落。

6 结束语

总之，螺钉虽小，但不同的螺钉有不同的规范要求，应该引起我们设计人员的足够重视，既要熟悉标准规格，还要分析其结构特点；在安装作业过程中，操作人员发现问题应及时发现并反馈问题，不应蒙混过关，否则会造成操作困难，功能失效，甚至造成重大质量事故。

：

[1]GB/T837-1988, 开槽盘头不脱出螺钉.

[2]GB/T838-1988, 六角头不脱出螺钉.

[3]GB/T839-1988, 滚花头不脱出螺钉.

[4]GB/T848-1988, 开槽沉头不脱出螺钉.

[5]GB/T849-1988, 开槽半沉头不脱出螺钉.