浅谈重型汽车螺栓松动成因与防松

于宏图 刘爱君

摘 要：近几年，随着科技水平的显著提高，各个行业在发展当中都面临着新的契机，汽车行业也不例外，它在搭乘科技这一顺风车的过程当中，逐渐提升自身汽车的装配质量，为品牌的打造和行业整体质量的提升都起到了至关重要的作用。但是分析目前汽车行业的现状，仍然会发现其中存在着由于螺栓松动而造成的各种各样的问题，对于汽车在行驶当中的安全性与稳定性造成了很大的影响。本文在工作经验的基础上，从理论知识的角度，对螺栓连接松动的原因进行了分析，并提出了一些防止松动的具体策略，希望为汽车行业的相关工作者提供一个有价值的参考。

关键词：重型汽车：螺栓松动；成因；防止措施

1 引言

汽车的螺栓具有方便拆卸、可以在有效时间内多次使用的特点。但是当工作或使用过程中出现较大幅度的震动、冲击或是设备的载荷以及工作环境的温度发生较大变化时，螺栓就会发生松动甚至脱落，对于汽车的安全行驶带来很大的安全隐患，因此结合工作经验对重型汽车螺栓松动的原因进行详细的分析，从而在此基础上制定一些针对性的策略加以解决是一项具有普遍现实意义的工作。

2 重型汽车螺栓松动的原因

笔者结合自己的工作经验，发现在实际工作过程当中，往往会由于拧紧力矩、弹力松弛、横向载荷等原因造成螺栓松动。详细分析如下：

2.1 拧紧力矩

为了使重型汽车装配的螺栓之间的连接尽可能有效，在装配时就需要适当的轴向夹紧力作用，这一個夹紧力就是物理学上称之为“轴向预紧力”的作用。这种类型的力是保证零件之间稳固连接的基础，受装配位置、装配工具的影响非常严重。但是在开展工作的过程当中，由于该力的特殊性，往往不能通过对这种力的直接控制达到保证螺栓连接质量的效果，而是通过对轴向预紧力进行控制实现。

从物理力学上讲，螺栓的拧紧过程原本就是一个克服摩擦力做功的过程，其中摩擦力主要来白螺丝螺纹之间以及螺栓与零件之间。螺纹的材料、螺丝表面的光滑程度、对于螺栓的处理以及装配的速度、温度在某种程度上都会螺栓的装配质量产生影响，此外，螺栓螺纹的直径大小对于拧紧力矩起着直接的影响作用，而每个接触部件之间的摩擦力系数又对力矩大小起到关键的作用。相关数据表明，在100%的扭矩当中，螺纹以及支撑面的摩擦扭矩就消耗了九成，因此螺栓的实际夹紧力只剩下了10%。而且当为了降低摩擦力的影响，对螺栓进行润滑剂处理之后，螺栓能够承载的力量就由于摩擦系数的降低以及损耗的下降而变小，实际工作当中更有可能被拉断。因此预紧力需要保证在一个适当的范围之内，而这一力量和摩擦力是呈反比例存在的，这就为保证这一范围的标准性提供了理论基础。

螺栓连接失效的表现主要有螺栓松动、螺栓断裂等。松动失效产生的条件如下：螺纹副中存在杂质、螺栓受到瞬间冲击力比较大，而且外界环境温度变化较大时，螺栓连接的各个部分之间的摩擦力都有可能出现瞬间为0的效果，从而使得拧紧力矩瞬间消失，螺栓松动失效。而螺栓断裂则主要是因为轴向预紧力过大从而使得材料抗拉强度达到极限而导致的。这一表现容易在工作当中被及时发现，从而能够及时采取有效的措施进行补救，防止更大危害的发生。而螺栓松动则是潜在危害的一种，它因为自身的隐性从而使得本身造成事故的可能性大大增加。通过以上分析，为了保证拧紧力矩保持在一定的界限内，必须对螺栓的摩擦力系数进行明确的规定。

2.2 弹力松弛

螺栓连接拧紧之后，其本身和周围就会发生较大的弹性形变或是塑性形变。主要原因是一大部分弹力都用来克服摩擦力做功了，做功的过程中就不可避免的有热能产生，从而造成零件的形变。在预紧力的限制下，螺栓初期具有的是弹性形变，然后才会在时间的作用下造成松弛，为松动的出现提供了基础。螺栓表面在螺距误差、粗糙程度以及碰撞造成的损伤的影响下，松动出现和加剧的可能性就大大增加。另外，螺栓内应力的存在、外部环境的影响、负荷的加大等都会造成螺栓的局部塑性形变，从而加剧松动。但是应该明确的是，松动不会持续进行，它会因为载荷达到一定界限从而达到稳定的状态，因此初始松动一部分也来自弹力松弛。弹力松弛应该在最短的时间内得到处理，否则螺栓会在可靠性逐渐降低的基础上丧失工作能力。重型汽车在装配的过程中需要在考虑摩擦力的基础上选择合适的螺栓以及拧紧工具，从而在减少热量产生的基础上，降低松弛发生的几率，进而使得拧紧作用和效果得以有效保障。在工作之前，可以采用实验的方法确定预紧力的大小。

2.3 横向载荷的影响

为了判断横向载荷对于螺栓松动造成的影响，可以采用不同材料的螺栓进行横向对比实验。所选取的螺母以及螺栓材料分别为磷化材料、镀锌材料以及达克罗螺栓。三组实验条件完全相同，排除外界环境的影响。对于实验结果进行综合分析可以发现，不同的材料对于螺栓防松性能的影响较大，达克罗螺栓防松动性能的效果最差。但是受实验条件和时间的限制，本实验结果不具有完全的说服力，需要大量数据的整合，才能得出更加具有普遍性的实验结果。

从物理学的角度分析，横向载荷的震动极有可能对连接松动产生影响。而震动频率的增加带来的将是摩擦力的减少以及松动矩力的大幅降低。在这样的环境下，螺栓连接松动、失效发生的几率就大大增加。

3 重型汽车螺栓松动的防治措施

经过上述分析可得：预紧力、摩擦系数、螺旋升角以及横向震动力是影响螺栓连接松动的最主要原因，因此在进行防治的过程中，也可以从这些角度展开：

3.1 预紧力

螺栓的预紧力和防松性能成正比例关系。但是在实际的工作当中，螺栓规格与其结构、成本息息相关，因此螺栓的预紧力也就受到了不同程度的影响。采用提高螺栓强度的方法可以有效解决这一问题，同时也要保证较大的紧固力量。因此在实际装配过程中，要认真并严格计算螺栓的预紧力，进而对实际情况进行详细分析，及时更换不符合要求的螺栓，加强螺栓的稳定性。

3.2 摩擦系数

摩擦力与螺栓的松动性能呈反比，即摩擦力越大，松动出现的几率越小。但是在实际装配的过程中，也不能盲目地加大摩擦力，从而造成螺纹烧结现象的出现。在实际工作中要注意全金属的螺母以及尼龙螺母的紧固性能不受单一预紧力的影响。

3.3螺旋升角

细牙螺纹在降低螺旋升角当中发挥着重要的作用。这种螺纹可以有效解决螺栓连接要求比较严格的特性，而且在有效连接的过程中可以实现白锁性。装配当中的一些重要连接，比如推力杆螺栓、弹簧支架螺栓等一些重要的连接都采用细牙螺纹进行防松。

3.4 契形螺纹

较大法向力是这种螺纹的优势，因此契形螺纹的防松效果主要是通过法向力而达到的。在较大法向力的约束下，契形螺纹往往具有较大的摩擦力，因此就能在此基础上达到防松的目的。重型汽车当中推力杆、传动轴都采用这种螺纹。

3.5 附件

在锁片、开口销、双螺母等相关附件的帮助下，螺丝与螺母之间的摩擦力会大大增加，因此松动发生的几率也就会降低，它发挥作用的机制主要是降低螺母和螺丝的自行转动。这类防松措施往往因为操作方便、成本低而在重型汽车装配当中受到廣泛的应用。

3.6 完善表面处理

当进行不同的表面处理时，螺栓夹紧力就会有很大的不同。上述分析表明，摩擦力越小，螺栓的防松性能越差。实验结果表明将镀锌螺栓以及摩擦系数很小的达克罗螺栓进行比较，2分钟之后前者的夹紧力就达到基本稳定的状态；而后者却一直处于衰减当中。因此在实际工作当中，要通过对螺栓表面做出相应的处理，使得在降低摩擦系数的过程中，减少摩擦系数出现波动的几率，从而提高螺栓的防松性能。

3.7 定期复紧

尽管采取很多的措施，在实际工作当中，重型汽车的螺栓出现松动也是不可避免的一个现象，因此要将定期复紧作为装配工作当中的一项重点内容，及时拧紧松动的螺丝，将隐患的发生扼杀在摇篮中。

3.8其他防松

除了常规的复紧方式，利用带齿头的螺栓以及使用垫圈等措施都是防止螺栓松动的有效措施，在重型汽车装配的过程中可以加以使用。

4 结语

随着科技的进步和经济水平的提高，各行各业在面临新的发展机遇的同时也受到了来自各方面的挑战，因此汽车装配行业只有不断提升自身的工作质量，才能在激烈的市场竞争当中处于优势地位。作为装配的主要工作之一，螺栓的质量与稳定性决定着整个行业形象的塑造，因此一定要在日常工作当中，认真分析汽车螺栓松动的原因，进而制定针对性的防松策略，为提升装备的安全性而不断努力。

而要想实现螺栓连接的防松，就应该从螺栓的设计、制造以及使用等不同的阶段分别进行松动的因素分析，从而快捷采取相应措施。此外，对螺栓进行定期的检查和保养也是一项必要且重要的防松手段，应该引起相关工作人员的重视。