薄厚螺母安装方式及防松有效性探讨

程帅

摘 要：文中介绍了薄厚螺母配合使用如何达到有效防松，从薄厚螺母的防松机理及国外的试验进行说明，得出当薄螺母为上螺母时，由于其拧紧力矩相对较小，螺纹牙之间的有效接触面积小，容易出现松动；而厚螺母为上螺母时，则不容易出现厚螺母与螺栓的螺纹副松动。在实际的工作中，除了上下螺母的拧紧力矩组合的设置对联接防松性能起到关键作用外，薄厚螺母的安装顺序也是非常重要且容易忽视的方面，需要高度重视。

关键词：薄厚螺母 螺纹副 安装步骤 防松机理

中图分类号：TH131.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0113-02

螺纹联结广泛用于各类机械设备上，特别在一些大型起重机、工程机械及破碎振动设备上则要求螺纹副具有良好的防松作用，否则往往造成重大的人身或设备事故。

众所周知，螺纹联结常用的防松类型有3类：摩擦防松、机械防松和永久防松。永久防松属于破坏型防松，无法重复使用；机械防松一般使用特殊的设计来进行防松，比如开口销式、止动垫片式及串钢丝绳式等；摩擦防松则是利用螺栓和螺母拧紧后的摩擦力进行防松，无需特别设计即可进行防松，比如利用垫片、自锁螺母及双螺母等。

薄厚螺母是一种比较常见的螺纹联结防松形式。在实际工作中，有些工程人员对薄厚螺母的安装顺序及对应的防松效果不是太清楚或理解。针对这一情况，该文通过薄厚螺母防松方式及防松原理进行探讨，希望对今后的正确应用有一定帮助。

1 螺母防松联接方式

如下图1，薄厚螺母的防松安装方式有两种情况，左图薄螺母处于上方，右图薄螺母处于下方。薄螺母处于最下方的这种方式似乎违反直觉，能否起到防松效果？ 或者两个防松效果一样？

2 薄厚螺母安装方法

两个普通薄厚螺母配合一起使用，如果实现良好的防松效果，需要遵循一定的技术要求。在不讨论薄厚螺母安装顺序的情况下，国内外的安装方法如下。

国内常规方法：先用规定拧紧力矩的80%拧紧下螺母，再用100%的拧紧力矩拧紧上螺母。

国外通用方法：使用规定拧紧力矩的25%～50%拧紧薄螺母（下螺母）；使用100%的拧紧力矩拧紧标准螺母（上螺母）。

从上面看出，首先两种方法都是给下螺母一个预紧力，然后再给上螺母规定拧紧力；其次，下螺母的预紧力国内国外稍微不同，国外方法的下螺母预紧力小一些。值得一提的是，力矩组合的选择并不是固定，需要通过专门的实验分析进行确认。

3 薄厚螺母防松机理

当薄螺母和厚螺母配合使用时，一般认为厚螺母应该首先旋入，因为它将承受整个载荷。然而，如果先旋入薄螺母，再旋入并拧紧厚螺母时，薄螺母螺纹上的荷载会降低。结合两幅图片说明其原理。

（1）拧紧薄螺母后，薄螺母与螺栓的上螺纹面受力位置见图1。

（2）当厚螺母拧紧到薄螺母上，随着拧紧力的增加，薄螺母螺纹上所受的应力减小。继续增加拧紧力，螺栓螺纹将与薄螺母的上螺纹面接触，此时F3=F2。继续增大标准螺母的拧紧力，由于使用了100%的拧紧力矩，最终F3>F2。两个螺母与螺栓之间受力见图2。

（3）双螺母锁止的原因在于螺栓上的螺纹与上螺母的下螺纹面和下螺母的上螺纹面接触，螺栓与两个螺母之间的螺纹受力方向正好相反，使得它们之间无法有相对的螺纹运动，从而形成锁止。

（4）F3是随着标准螺母的力矩增大而增大的。当F3过大时，在两个螺母结合点附近的螺栓螺纹容易损坏，甚至有被拉断的危险。

4 两种联接方式的效果测试

国外某测试机构进行过相关薄厚螺母两种联接方式的防松果，结果表明，相比薄螺母为上螺母的情况下，薄螺母为下螺母时则具有良好的防松效果。初步解释如下：（1）针对同一材质不同厚度的螺母，薄螺母的拧紧力矩小于厚螺母的拧紧力矩；则薄螺母的预紧力矩小于厚螺母的预紧力矩（预紧力矩与拧紧力矩占比相同条件下）；（2）螺栓的顶部的振动幅度大于螺栓根部的振动幅度；（3）双螺母紧固结构使螺栓在旋合段内受拉而螺母受压，构成螺纹联接副纵向压紧；螺栓副自锁效应使双螺母能够起到防松作用，如果出现螺栓副松动，则它们之间一定有相对运动；（4）当薄螺母为上螺母时，由于其拧紧力矩相对较小，螺纹牙之间的有效接触面积小，且螺栓顶部的振动幅度较大，故容易出现薄螺母与螺栓的螺纹副有一定的相对运动，从而出现松动；而对于厚螺母为上螺母时，其拧紧力矩相对较大，尽管螺栓顶部的振动幅度较大，但也不容易出现厚螺母与螺栓的螺纹副松动。

5 结语

通过上面的分析可以看出，从薄厚螺母的防松效果来看：（1）先安装薄螺母，再安装标准螺母的装配方式能获得更好的防松性能；（2）上下螺母拧紧力矩组合的设置对联结防松性能起到关键作用，使螺纹副的螺纹之间产生微小的弹性变形，以增加两螺母之间的摩擦力，從而增加两个螺母的对顶作用，增强防松效果。

参考文献

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