全新的圆柱螺纹联接防松原理及防松技术

许松林（江苏　张家港　215600）

全新的圆柱螺纹联接防松原理及防松技术

许松林
（江苏张家港215600）

圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生的松动是内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动（滚动运动），因此，只要实现内、外螺纹件之间的横向锁止，就能够阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能够实现圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的完全防松。

螺纹；松动；防松；楔形；锁紧

圆柱螺纹联接是机械构件中不可或缺的基础零部件，圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生松动是长期以来困扰我们的技术难题。本文对圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生松动的原因进行了全新的理论分析，进而根据此分析提出了全新的圆柱螺纹联接防松原理，并且利用其他研究者的相关研究结果以及相关的实验结果证实了这一全新的理论分析与原理，同时介绍了根据全新防松原理提出的有关圆柱螺纹联接防松的三项全新的专利技术方案，以及对楔形螺纹锁紧防松机理进行的全新的分析。

1　圆柱螺纹联接松动的原因分析

在一副圆柱螺纹联接中，内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数与螺纹升角达到一定值，就能实现螺纹联接的纵向自锁。

普通的60°三角形圆柱螺纹联接在拧紧的状态下不受外力的作用时，内、外螺纹之间纵向、横向都存在一定的间隙，并且内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数与牙侧的倾角不能满足螺纹联接横向自锁的条件（螺纹联接未拧紧时，在横向作用力的作用下，内、外螺纹件之间可以横向滑动）。

以一副60°三角形右旋圆柱螺纹螺母拧紧在相应的60°三角形右旋圆柱螺纹螺栓上的螺纹联接副（内、外螺纹之间纵向、横向都存在一定的间隙，并且内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数与牙侧的倾角不能满足螺纹联接横向自锁的条件）为例：在向后水平方向的外力作用下（作用点在螺栓上），螺纹联接副以螺栓头朝上垂直于水平面的姿态，由向前水平方向的一定速度开始做向前水平方向的减速运动（如横向冲击）。如果用包含相互重叠的内、外螺纹的纵向中轴线并与螺纹联接副的运动方向相互平行的平面将螺栓和螺母分为左右两侧，如图1所示，左侧外螺纹的上牙侧是呈向下的弯曲斜面，而右侧外螺纹的上牙侧是呈向上的弯曲斜面。当螺栓的横向加速度大于能使螺母依靠静摩擦力相对于螺栓保持静止状态的最大横向加速度的瞬间，会同时产生螺母相对于螺栓向前运动的趋势与螺栓相对于螺母向后运动的趋势（如图2），因此会同时产生右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间相互挤压的趋势和左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间相互脱离的趋势（如图2），因此会出现右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力比左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力更大的状况，因此会同时产生螺母以右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做顺时针方向横向旋转运动的趋势和螺栓以右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做逆时针方向横向旋转运动的趋势（因为受到内、外螺纹之间的横向空间限制，所以在反复的横向减速运动中螺母与螺栓都不能连续地以右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做顺时针方向横向旋转运动与逆时针方向横向旋转运动）。因此，如果螺栓的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺母就会做顺时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺母相对于螺栓的惯性力[螺母的质量×相对加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就会在螺栓的外螺纹表面上做滚动运动）；如果螺栓的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺栓就会做逆时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺栓相对于螺母的惯性力[螺栓的质量×相对加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就会在螺母的内螺纹表面上做滚动运动）。螺母的顺时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺栓松退的运动，螺栓的逆时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺母松退的运动，也就是螺纹联接产生松动。由于内、外螺纹的牙侧角30°大于纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角（一般内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数小于0.2，因此纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角小于11.3°），所以内、外螺纹的牙型之间不能纵向自锁，因此，一次无固定轴横向旋转运动结束时，在夹紧力的作用下，内、外螺纹的牙侧之间又会恢复到相互吻合接触的状态，因此，在反复的减速运动中螺纹联接会产生连续的松动。

关于无固定轴横向旋转运动，可以参考如下小实验：在一个水平悬置的圆柱形铅笔上套上一个内径是铅笔外径的两倍以上（这样便于进行实验，同时也能放大实验的视觉效果）的圆圈（如戒指），用力向前撞击圆圈的中部，圆圈就会做类似于呼啦圈运动的无固定轴纵向旋转的运动（由于受到圆圈与铅笔之间的空间限制，圆圈无法以圆圈与铅笔之间的接触点为旋转轴做纵向旋转运动），圆圈的无固定轴纵向转运动是圆圈在铅笔表面上的滚动运动。

上述螺纹联接副的减速运动中，如果外力的作用点在螺母上，那么，当螺母的横向加速度大于能使螺栓依靠静摩擦力相对于螺母保持静止状态的最大横向加速度的瞬间，会同时产生螺栓相对于螺母向前运动的趋势与螺母相对于螺栓向后运动的趋势（如图3所示），因此会同时产生左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间相互挤压的趋势和右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间相互脱离的趋势（如图3所示），因此会出现左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力比右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力更大的状况，因此会同时产生螺栓以左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做逆时针方向横向旋转运动的趋势和螺母以左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做顺时针方向横向旋转运动的趋势（因为受到内、外螺纹之间的横向空间限制，所以在反复的横向减速运动中螺栓与螺母都不能连续地以左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做逆时针方向横向旋转运动与顺时针方向横向旋转运动）。因此，如果螺母的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺母就会做顺时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺母相对于螺栓的惯性力[螺母的质量×相对加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就会在螺栓的外螺纹表面上做滚动运动）；如果螺母的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺栓就会做逆时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺栓相对于螺母的惯性力[螺栓的质量×相对加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就会在螺母的内螺纹表面上做滚动运动）。螺母的顺时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺栓松退的运动，螺栓的逆时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺母松退的运动，也就是螺纹联接产生松动。由于内、外螺纹的牙侧角30°大于纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角（一般内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数小于0.2，因此纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角小于11.3°），所以内、外螺纹的牙型之间不能纵向自锁，因此，一次无固定轴横向旋转运动结束时，在夹紧力的作用下，内、外螺纹的牙侧之间又会恢复到相互吻合接触的状态，因此，在反复的减速运动中螺纹联接会产生连续的松动。

如果，在向前水平方向的外力作用下（作用点在螺栓上），上述的螺纹联接副以螺栓头朝上垂直于水平面的姿态，由静止状态开始做向前水平方向的加速运动，那么，当螺栓的横向加速度大于能使螺母依靠静摩擦力相对于螺栓保持静止状态的最大横向加速度的瞬间，会同时产生螺母相对于螺栓向后运动的趋势与螺栓相对于螺母向前运动的趋势（如图3所示），因此会同时产生左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间相互挤压的趋势和右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间相互脱离的趋势（如图3所示），因此会出现左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力比右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力更大的状况，因此会同时产生螺母以左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做顺时针方向横向旋转运动的趋势和螺栓以左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做逆时针方向横向旋转运动的趋势（因为受到内、外螺纹之间的横向空间限制，所以在反复的横向加速运动中螺母与螺栓都不能连续地以左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做顺时针方向横向旋转运动与逆时针方向横向旋转运动）。因此，如果螺栓的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺母就会做顺时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺母相对于螺栓的惯性力[螺母的质量×相对加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就会在螺栓的外螺纹表面上做滚动运动）；如果螺栓的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺栓就会做逆时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺栓相对于螺母的惯性力[螺栓的质量×相对加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就会在螺母的内螺纹表面上做滚动运动）。螺母的顺时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺栓松退的运动，螺栓的逆时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺母松退的运动，也就是螺纹联接产生松动。由于内、外螺纹的牙侧角30°大于纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角（一般内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数小于0.2，因此纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角小于11.3°），所以内、外螺纹的牙型之间不能纵向自锁，因此，一次无固定轴横向旋转运动结束时，在夹紧力的作用下，内、外螺纹的牙侧之间又会恢复到相互吻合接触的状态，因此，在反复的加速运动中螺纹联接会产生连续的松动。

上述螺纹联接副的加速运动中，如果外力的作用点在螺母上，那么，当螺母的横向加速度大于能使螺栓依靠静摩擦力相对于螺母保持静止状态的最大横向加速度的瞬间，会同时产生螺栓相对于螺母向后运动的趋势与螺母相对于螺栓向前运动的趋势（如图2所示），因此会同时产生右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间相互挤压的趋势和左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间相互脱离的趋势（如图2所示），因此会出现右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力比左侧内螺纹的下牙侧与左侧外螺纹的上牙侧之间的摩擦力更大的状况，因此会同时产生螺栓以右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做逆时针方向横向旋转运动的趋势和螺母以右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做顺时针方向横向旋转运动的趋势（因为受到内、外螺纹之间的横向空间限制，所以在反复的横向加速运动中螺栓与螺母都不能连续地以右侧内螺纹的下牙侧与右侧外螺纹的上牙侧的接触面为旋转轴做逆时针方向横向旋转运动与顺时针方向横向旋转运动）。因此，如果螺母的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺母就会做顺时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺母相对于螺栓的惯性力[螺母的质量×相对加速度]大于螺母受到的阻力，螺母就会在螺栓的外螺纹表面上做滚动运动）；如果螺母的横向加速度大于一定值（也就是，螺母与螺栓之间的相对加速度大于一定值），螺栓就会做逆时针方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果螺栓相对于螺母的惯性力[螺栓的质量×相对加速度]大于螺栓受到的阻力，螺栓就会在螺母的内螺纹表面上做滚动运动）。螺母的顺时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺栓松退的运动，螺栓的逆时针方向无固定轴横向旋转运动是相对于螺母松退的运动，也就是螺纹联接产生松动。由于内、外螺纹的牙侧角30°大于纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角（一般内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数小于0.2，因此纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角小于11.3°），所以内、外螺纹的牙型之间不能纵向自锁，因此，一次无固定轴横向旋转运动结束时，在夹紧力的作用下，内、外螺纹的牙侧之间又会恢复到相互吻合接触的状态，因此，在反复的加速运动中螺纹联接会产生连续的松动。

因此，普通圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生松动的主要原因是：横向振动是横向加速运动与横向减速运动的交替运动，横向冲击是横向减速运动。普通圆柱螺纹联接的内、外螺纹之间纵向、横向都存在一定的间隙，并且内、外螺纹的牙侧之间的摩擦因数与牙侧的倾角不能满足螺纹联接横向自锁的条件。如果用包含螺纹的纵向中轴线的平面将螺纹分为两部分，在横向上这两部分螺纹就会呈现朝向相反的两个弯曲斜面。普通圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里，当内螺纹件或外螺纹件的横向加速度大于能使外螺纹件或内螺纹件依靠静摩擦力相对于内螺纹件或外螺纹件保持静止状态的最大横向加速度的瞬间，内螺纹件与外螺纹件会同时产生往相反方向相对运动的趋势，因此会同时产生一侧内、外螺纹的牙侧之间相互挤压的趋势和另一侧内、外螺纹的牙侧之间相互脱离的趋势，因此会出现一侧内、外螺纹的牙侧之间的摩擦力比另一侧内、外螺纹的牙侧之间的摩擦力更大的状况，因此，内螺纹件与外螺纹件会同时产生以摩擦力更大的一侧内、外螺纹的牙侧的接触面为旋转轴做相对松退方向横向旋转运动的趋势（因为受到内、外螺纹之间的横向空间限制，所以在反复的横向加、减速运动中内螺纹件与外螺纹件都不能连续地以摩擦力更大的一侧内、外螺纹的牙侧的接触面为旋转轴做相对松退方向的横向旋转运动）。因此，如果内螺纹件或外螺纹件的横向加速度大于一定值（也就是，内螺纹件与外螺纹件之间的相对加速度大于一定值），内螺纹件就会做相对于外螺纹件松退方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果内螺纹件相对于外螺纹件的惯性力[内螺纹件的质量×相对加速度]大于内螺纹件受到的阻力，内螺纹件就会在外螺纹件的外螺纹表面上做滚动运动）；如果内螺纹件或外螺纹件的横向加速度大于一定值（也就是，内螺纹件与外螺纹件之间的相对加速度大于一定值），外螺纹件就会做相对于内螺纹件松退方向的无固定轴横向旋转运动（也就是，如果外螺纹件相对于内螺纹件的惯性力[外螺纹件的质量×相对加速度]大于外螺纹件受到的阻力，外螺纹件就会在内螺纹件的内螺纹表面上做滚动运动）。由于内、外螺纹的牙侧角大于纵向作用力下内、外螺纹的牙型之间的摩擦角，所以内、外螺纹的牙型之间不能纵向自锁，因此，一次无固定轴横向旋转运动结束时，在夹紧力的作用下，内、外螺纹的牙侧之间又会恢复到相互吻合接触的状态，因此，在反复的加、减速运动中螺纹联接会产生连续的松动。

普通圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里，内、外螺纹件的无固定轴横向旋转运动是内螺纹件在外螺纹表面上的滚动运动与外螺纹件在内螺纹表面上的滚动运动，因此，内、外螺纹之间的摩擦力是滚动摩擦力，并且内、外螺纹之间的滚动摩擦因数远小于内、外螺纹之间的滑动摩擦因数，其他研究者的“螺纹联接在横向振动条件下产生松动时，内、外螺纹之间的摩擦因数会急剧下降”的研究结果则正好能证实这一点。其他研究者所测得的摩擦因数应该是滚动摩擦因数，却误认为是滑动摩擦因数的急剧下降导致了螺纹联接的松动。假设，横向振动导致了内、外螺纹之间的滑动摩擦因数下降，从而导致了螺纹联接副的松动，那么这个被振松过的螺纹联接副就应该不能再纵向自锁了。但事实是，被振松过的螺纹联接副还是能纵向自锁。

在受到的合力不等于零的情况下，内螺纹件或外螺纹件不能同时存在做不同形式运动的可能，也就是满足了内螺纹件或外螺纹件做无固定轴横向旋转运动的条件，内螺纹件或外螺纹件就只能做无固定轴横向旋转运动，不能做其它形式的运动。

因此，圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生的松动是内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动（滚动运动）。

表1　横向振动试验数据表

2　全新的圆柱螺纹联接防松原理

圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生的松动是内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动（滚动运动），因此，只要实现内、外螺纹件之间的横向锁止，就能够阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能够实现圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的完全防松。

3　全新的圆柱螺纹联接防松技术

专利《防松动圆柱螺纹件》（公开号：CN103291727A、CN203374616U、WO2015/000316A1）与《一种防松动圆柱螺纹件》（公开号：CN103291730A、CN203335598U、WO2015/000317A1）以及《防松动螺纹件》（公开号：CN103291729A、CN203335597U、WO2015/000318A1）是根据“只要实现内、外螺纹件之间的横向锁止，就能够阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能够实现圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的完全防松”的全新防松原理提出的有关圆柱螺纹联接防松的全新技术方案。

《防松动圆柱螺纹件》的技术方案是：内螺纹件的内孔中设置有圆柱内螺纹，外螺纹件的螺杆上设置有圆柱外螺纹，外螺纹件的螺杆上有与外螺纹的纵向中轴线相互平行的圆柱表面，内螺纹与外螺纹的表面以及圆柱表面上未覆有防松材料，内螺纹与外螺纹之间相互旋合后，圆柱表面与内螺纹的牙顶或牙底之间是相互紧密接触的结构，也就是横向锁止的结构，从而能有效阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能实现圆柱内螺纹件与圆柱外螺纹件之间的有效防松。

《一种防松动圆柱螺纹件》的技术方案是：内螺纹件的内孔中设置有圆柱内螺纹，外螺纹件的螺杆上设置有圆柱外螺纹，内螺纹件的内孔中有与内螺纹的纵向中轴线相互平行的圆柱表面，内螺纹与外螺纹的表面以及圆柱表面上未覆有防松材料，内螺纹与外螺纹之间相互旋合后，圆柱表面与外螺纹的牙顶或牙底之间是相互紧密接触的结构，也就是横向锁止的结构，从而能有效阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能实现圆柱内螺纹件与圆柱外螺纹件之间的有效防松。

《防松动螺纹件》的技术方案是：内螺纹件的内孔中设置有圆柱内螺纹，外螺纹件的螺杆上设置有圆柱外螺纹，内螺纹与外螺纹的表面上未覆有防松材料，外螺纹或内螺纹的牙底有与外螺纹或内螺纹的纵向中轴线呈夹角α或夹角β的楔形斜面，tanα或tanβ小于楔形斜面与内螺纹或外螺纹的接触面之间的动摩擦因数，内螺纹件与外螺纹件之间相互旋合拧紧后，内螺纹或外螺纹的表面与楔形斜面之间是相互紧密接触的结构，也就是横向锁止的结构，从而能有效阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能实现圆柱内螺纹件与圆柱外螺纹件之间的有效防松。根据德国汽车工业协会制定的VDA235-101标准，内、外螺纹件的内、外螺纹之间的动摩擦因数不应大于0.15，而且tanα或tanβ不可能成为0（因为内螺纹或外螺纹的纵向中轴线不可能在楔形斜面上），所以优选tanα或tanβ大于0小于0.15。

《防松动圆柱螺纹件》的实施例1是，如图4所示，利用普通内螺纹件的牙顶与普通外螺纹件的牙底之间横向锁止的结构阻止了内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是实现了圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的防松。

《一种防松动圆柱螺纹件》的实施例1是，如图5所示，利用普通内螺纹件的牙底与普通外螺纹件的牙顶之间横向锁止的结构阻止了内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是实现了圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的防松。

由于加工误差以及测量误差，在现实工业中难以实现内螺纹件的大径或小径与外螺纹件的大径或小径完全相同，所以《防松动圆柱螺纹件》与《一种防松动圆柱螺纹件》的内、外螺纹件之间横向锁止的结构是通过过盈配合的结构（紧密接触的结构）实现的，因此，在加工误差允许的范围内利用现有的加工设备与工艺就能实现规模生产，并且适用于刚性联接、弹性联接等各种圆柱螺纹联接的防松。

4　实验验证

专利《一种防松动圆柱螺纹件》的实施例1的样品，于2013年12月23日在《国家标准件产品质量监督检验中心》进行了横向振动对比试验，检验报告的试验数据如下：

报告编号：201316821、201317097、301217098

样品名称：一种防松动圆柱螺纹件（专利名称）

规格型号：M18×80/M18

性能等级：8.8/8

检测和/或判断依据：GB/T10431-2008《紧固件横向振动试验方法》/委托方提供的技术文件（ZL201320391527.2）※《普通螺栓+特殊螺母》为《一种防松动圆柱螺纹件》。

试验3、4、6中，轴力的部分衰减是，由螺纹件与夹具以及垫片的粗糙表面被塑性挤压、磨损等因素导致的，而不是由内、外螺纹件之间的相对松退旋转导致的。

试验的结果证明：（1）《一种防松动圆柱螺纹件》的实施例1防松的原因不是因为摩擦力，而是因为内、外螺纹之间横向锁止的结构有效阻止了内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动。也就是，只要实现内、外螺纹件之间的横向锁止，就能够阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能够实现圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的完全防松。（2）《一种防松动圆柱螺纹件》的实施例1，适用于刚性联接以及弹性联接（低轴力联接）等各种圆柱螺纹联接的防松，其防松性能非常可靠，并且可以有效重复使用多次。

表2　横向振动试验数据表

表3　横向振动试验数据表

5　楔形螺纹锁紧防松机理的全新分析

在圆柱螺纹联接的防松技术中，楔形螺纹锁紧防松是比较简单并且效果不错的技术方案之一。比较普遍使用的楔形锁紧螺纹件是，在内螺纹或外螺纹的牙底设置有与内螺纹或外螺纹的纵向中轴线呈30°夹角的楔形斜面。如图6所示的受力分析，在相同轴力P0的作用下，30°楔形斜面受到的法向力P明显小于60°普通螺纹的牙侧受到的法向力P2，因此，在相同的摩擦因数与轴力的条件下，30°楔形螺纹受到的摩擦力明显小于60°普通螺纹受到的摩擦力。

大多数需要防松的圆柱螺纹联接的螺纹表面之间的摩擦因数都远远小于tan30°（≈0.577），所以内螺纹或外螺纹的表面与楔形斜面之间不能横向锁止，因此，必须得用很大的设定预紧力，使内螺纹或外螺纹的表面与楔形斜面之间产生变形而成为横向锁止的结构，或者使内、外螺纹件以及工件之间的静摩擦力很大（这个，在相同轴力的作用下，60°普通圆柱螺纹联接的效果更佳），从而有效阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，才能实现圆柱螺纹联接的有效防松。

现有的楔形螺纹锁紧防松，必须依赖螺纹件与工件的纵向伸缩力获得很大的设定预紧力才能实现，所以仅适用于刚性紧固联接的防松，而且螺纹联接长时间处在复杂的震动或冲击的环境里，会因为螺纹件与工件的纵向变形（如冷缩、金属蠕变等），失去部分或全部预紧力，从而导致防松失效。同时，因为与楔形斜面接触部位的材质及形状存在不确定性，所以能有效防松的预紧力的预设值也存在着很大的不确定性。而发明《防松动螺纹件》的技术方案是，只要预紧力能够使内螺纹或外螺纹的表面与楔形斜面之间相互紧密接触，就能够实现圆柱螺纹联接的有效防松。

结论

（1）本文通过理论分析与其他研究者的相关研究结果以及相关的实验结果证实了：圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里产生的松动是内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动（滚动运动），因此，只要实现内、外螺纹件之间的横向锁止，就能够阻止内、外螺纹件之间的无固定轴横向旋转运动，也就是能够实现圆柱螺纹联接在横向振动或冲击的环境里的完全防松。

（2）发明《防松动圆柱螺纹件》与《一种防松动圆柱螺纹件》，利用普通圆柱内螺纹件与普通圆柱外螺纹件的联接就完美地解决了长期以来困扰我们的“圆柱螺纹联接在横向振动或冲击环境里的防松”技术难题。

[1]李维荣，朱家诚.螺纹紧固件防松技术探讨[J].机电产品开发与创新，2003（02）：15-17.

[2]姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展[A].新技术新工艺，2006（06）：26-28.

[3]胡元忠.螺栓摩擦系数对连接防松影响的有限元分析[A].机械工程师，2013（11）：74-75.

[4]张振祥.关于新型防松螺纹的研究[A].中国新技术新产品，2013（12，下）：142.

[5]魏天赐，罗超.使用30°楔形防松螺纹安装扭矩的建议[J].汽车实用技术，2014（08）：88-89.

[6]许松林.一种防松动圆柱螺纹件：中国，201320391527.2[P].2013-12-11.

[7]许松林.防松动圆柱螺纹件：中国，201320391528.7[P].2014-01-01.

[8]许松林.防松动螺纹件：中国，2013 20391417.6[P].2013-12-11.

TH131.3

A