螺栓防松下农业机械论文

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1农业机械螺栓松动机理

1.1支承面压陷引起的松动

在日常使用中，连接件表面与紧固件（螺栓头、螺母、垫片）在接触应力作用下极易产生环状塑性压陷。随着时间的推移，持续作用会将支承面压陷，使螺栓伸长量减小（预紧力降低），最终造成紧固件的松动回转。

1.2径向力是螺栓联接松动的主要原因

国内外一些专家及学者对螺栓联接分别进行径向和轴向激振力的大量试验，结果表明，径向激振力对螺栓松动的影响远高于轴向激振力（径向力对螺栓影响松动较大）。当预紧螺栓时，预紧力的作用产生螺母径向扩张力，导致螺母处于径向扩张状态；当外界传入径向力并达到一定程度时，自行平衡的螺母径向扩张力将失衡，促使螺母径向窜动，进而使螺纹旋合处沿螺旋线切线方向的静摩擦系数减小甚至变为零；当量摩擦角减小或为零时，松动扭矩接近于零或为负值，螺母将松动回转。

2农业机械中螺栓防松机理

农业机械中螺栓防松就是消除（或限制）螺纹副之间的相对运动或增大相对运动的难度。常用的防松方法有六种：自由旋转型、有效力矩型、机械锁固型、永久防松型、粘接型、结构型。

2.1自由旋转型

自由旋转型锁紧是因螺母与被连接件在拧紧时产生预紧力后才有锁紧能力的。这种螺母可用于旋合行程较长的螺栓，因为螺母与被连接件在接触前可以很省力地自由拧入拧出，即所谓自由旋转。

2.1.1弹簧垫圈

弹簧垫圈材料一般为65Mn弹簧钢或70#碳钢，装配后压平垫圈，弹簧的反弹力能使螺纹间保持压紧力并增加螺母和螺栓之间摩擦力，从而达到防松的目的；同时，垫圈斜口的尖端抵住螺母与被连接件的支承面也有防松作用。弹簧垫圈虽实用简易、价格低廉，但缺陷也很明显。因其支承面小，系统受力偏斜，破坏螺栓作用力的中心，导致螺纹联接的疲劳性能下降，加之在振动冲击载荷作用下夹紧力的作用，可能会出现因内径涨大而失效的情况。因此，弹簧垫圈不用于重要的使用场合。

2.1.2对顶螺母

两螺母对顶拧紧后，上下两螺母与螺栓螺纹接触面相反，两螺母间产生一个附加的对顶力，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。对顶螺母防松结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置的联接。由于多用一个螺母，而且工作并不十分可靠，目前较少采用。

2.1.3扣紧螺母

先用普通的六角头螺母将被连接件紧固，然后将GB/T805扣紧螺母与其普通螺母支撑面接触，再用扳手拧紧（约60°～90°）。该结构有可靠的防振、防松性能，但在频繁装卸的场合不宜使用。

2.1.4凸边螺母、凸边螺栓、蝶形垫圈

螺母退松力矩的减少被子螺母、螺栓、垫圈支撑面上的倒齿产生的力矩抵抗，在一定程度上起到防松作用，常用于小规格的螺栓副上。

2.1.5二次拧紧

螺栓连续工作一段时间后需要重新紧固，这样可以减小初始松动及消除蠕变导致的松动，有一定的防松性。

2.1.6悬置螺母

悬置螺母是一种提高螺纹强度的措施，螺母锥形悬置段与螺栓杆均为拉伸变形，有助于减少螺母与栓杆的螺距变化差，从而均匀分布载荷。使用悬置螺母可使螺纹副强度提高40%，疲劳强度也得到提高，有很好的防松作用。但是由于悬置螺母加工成本较高，使用不方便，所以很少使用。

2.2有效力矩型

依靠螺栓或螺母结构上的“有效力矩部分”的摩擦阻抗和联结副预紧力方面产生的摩擦阻抗防止松动。

2.2.1自锁螺母

尼龙自锁螺母是一种新型农业机械高抗振防松紧固零件，它的抗振防松性能大大高于其他各种防松装置，而且振动寿命要高于其他防松装置几倍甚至几十倍；然而该类螺母由于尼龙熔点的限制，一般只能应用于温度在-50～100℃之间的各种农业机械中。理论与实践证明，螺杆上的防腐涂层容易被自锁螺母上的尼龙破坏，所以，要根据不同的运行环境来选择自锁螺母。

2.2.2纵向开槽的螺母

将螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。这种防松结构简单，防松可靠，可多次拆装而不降低防松性能。

2.3机械锁固型

利用机械固定件使螺纹件与被连接件之间或螺纹件与螺纹件之间固定和销紧，以制止松动（如六角开槽螺母和开口销、止动垫圈、串联钢丝）。

2.3.1槽形螺母和开口销防松

槽形螺母拧紧后，开口销穿过螺母的槽和螺栓末端的销孔，将螺母和螺栓直接锁紧。可在不拧紧（即不施加预紧力）的松连接状态下，用于重要的活动部位。如农业机械操纵杆活动关节的连接，也可用在长时间严酷振动条件下要求防松可靠性高的特别重要部位。在这种情况下，必须以适当的预紧力来拧紧螺母和螺栓，否则，在未拧紧的松连接中，开口销或螺母会产生疲劳破坏，造成紧固件的松脱失效。此类事故在承受严酷工作条件的许多连接中常有发生。

2.3.2圆螺母和止动垫片

使垫圈内舌嵌入螺栓（轴）的槽内，用螺母上紧后，将止退垫片的一个牙镶入螺母的缺口上，这样可以有效防止螺母松动。

2.3.3止动垫片

用单个或双连钢垫圈把螺母与被连接件固定在一起或两个螺母相互固定，实现防松。防松可靠，可用于高温部位（如农业机械发动机产品的重要部位）的防松连接。

2.3.4串联钢丝防松

用钢丝穿入螺钉头或螺母的小孔内，使几个螺钉或螺母联结在一起而锁紧，使其相互制动。因其防松可靠，故仍用于重要的场合，特别是农业机械中成组螺栓或螺钉的连接防松。

2.4永久防松

在拧紧后采用焊接、冲点、翻边、挤压、粘接等方法永久防松，会使螺纹破坏，失去运动副特性，螺母无法向回运动，且拆卸十分困难，拆除只能靠破坏螺杆、螺栓，无法重复使用。

2.5化学防松——粘合

选用“乐泰”厌氧胶粘结剂涂抹在螺纹旋合表面，可使螺纹装配保持锁固，防松效果良好，且在整个使用期间还具有防漏功能。

2.6结构防松

2.6.1唐氏螺纹防松

在联接时，使用左旋和右旋两个不同旋向的螺母，先将工作台上的紧固螺母预紧，然后再将锁紧螺母预紧。在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，使得紧固螺母无法松动。

2.6.2SPIRALOCK螺母（螺纹）防松

造成螺纹紧固件松脱的关键在于螺纹的结构形状。在阴螺纹的牙底处有一个30°的楔形斜面，当螺栓螺母相互拧紧时，螺栓的牙尖就紧紧地顶在SPIRALOCK螺纹的楔形斜面上（详见图2），从而产生了很大的锁紧力。由于牙形的角度改变，使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60°角，而不是像普通螺纹那样的30°角。显然SPIRALOCK螺纹法向压力远远大于扣紧压力，因此,所产生的防松摩擦力也就必然大大增加了。

2.6.3TOP-LOCK防松垫圈

TOP-LOCK防松垫圈由两片完全相同的垫片组成，每片的外侧都带有放射状的凸纹面，内侧为斜齿面，详见图3。TOP-LOCK防松垫圈的楔入式结构改变了传统依靠摩擦力的防松方式，利用张力来防止连接件在强振动时引起的松动。TOP-LOCK防松垫圈独特的垫圈凸轮齿牙倾斜角度α大于螺栓螺纹倾斜角度β，装配时，内侧斜齿面是相对的，垫圈的外滚花齿面的摩擦系数要比凸轮齿面的摩擦系数大，且与两端接触面成咬合状态。当连接件受到振动，并使螺栓发生松动趋势时，仅仅允许两片垫圈内侧斜齿间相对错动，产生抬升张力，独特的齿牙系统利用张力在紧固的连接处产生一个很高的抵抗力来经受振动力，从而达到防松效果。

3农业机械螺栓防松冗余设计

从根本上说，农业机械螺栓联接应不少于两道防松设置，当某种防松设置失效后，至少还有一道防松措施，才能使螺栓联接可靠性最大限度地稳定，使农业机械正常运行。下面列出几种螺栓防松冗余设计方案：

（1）先采用SPIRALOCK螺纹，然后在螺栓上涂抹“乐泰”厌氧胶，可以有效防松。马达与减速机等驱动装置通常采用这种防松方法。

（2）在采用SPIRALOCK螺纹的基础上，增加防松锁片，并且装配过程中在螺栓表面涂抹“乐泰”厌氧胶，最后再穿铁丝进行防松，共计采用四种防松措施。在履带吊回转支承与本体的联接上就是采用这种防松方法。

（3）用两个圆螺母，加上一个圆螺母止动垫圈，另外再涂抹“乐泰”厌氧胶。在一些大型减速机的输出轴上就经常采用这种防松措施。

（4）采用双螺母，第一道锁紧螺母为SPIRALOCK防松螺母，第二道螺母为自锁螺母，涂抹“乐泰”厌氧胶，并且采用弹性垫圈。高速列车上经常采用这种防松措施。

（5）一头采用弹性垫圈，另一头采用TOP-LOCK垫圈，并且涂抹“乐泰”厌氧胶。风电领域经常采用这种防松措施。

4结论

现代农业机械的各个部件以及其他工业部件的使用无时无刻都离不开螺栓的联接，面对着螺栓联接的广泛使用，必须重视螺栓联接的防松措施。通过冗余设计，采用多种螺栓防松措施，尽量提高螺栓联接的可靠性，才能保证设备的安全运行。

作者:储建华严巳杰徐广铭缪海洋郑辉卢青单位: