防止螺纹联接松动、失效的就是防止螺栓与螺母之间的相对转动。虽然螺纹联接防松技术和防松结构很多,但从其工作原理可以分为摩擦防松、机械防松、破坏运动副关系防松等。
2.1摩擦防松
该类防松方式是通过联接预紧的方式使拧紧的螺纹副之间存在一定的轴向压力而保持一定的有摩擦阻力矩而达到防止联接松脱的目的。常用的摩擦防松方法有对顶螺母、弹簧垫圈、波形弹簧垫圈、锥形弹簧垫圈、自锁螺母等。一般来说,摩擦防松结构简单、操作方便,但其防松可靠性较差,不宜用于振动、冲击和动载较大的工况中。
2.2机械防松
该类防松方式是利用各种金属止动元件阻止螺母螺栓之间的相对运动。常用的机械防松方法有开口销与六角螺母、止动垫圈、串联钢丝等。此种防松方式适用于较大振动、冲击、高速的场合,特别是机械内部不易检查的场合,防松可靠,但不易拆卸。
2.3破坏运动副关系防松
这是一种永久方式方法,是通过破坏了螺纹副来达到防松目的。常用的破坏运动副关系防松方法有铆合、冲点、钎焊等,这种方式防松可靠,但不可重复使用。
3、新型螺纹联接防松方法
3.1自锁收口螺母
自锁收口螺母是通过对螺母圆柱体端部进行径向收口,使螺母收口部位的螺纹孔变形,当螺栓拧入到螺母收口部位时产生干涉配合并在螺纹副表面产生摩擦力矩而起到防松作用。常用的自锁螺母收口方式有压扁法和点收口两种。压扁法收口形状如图2所示。而点收口是对螺母收口部位的几个点进行挤压变形,有两点、三点和四点收口。
图2自锁螺母收口示意图
3.2ST2型自锁防松螺母
ST2型自锁防松螺母是我国研制的新型防松螺母,是通过增大自锁摩擦力矩防松和阻尼防松两种方式实现防松目的。ST2型自锁防松螺母对其内螺纹的形状进行了优化,如图3所示。当螺母和螺栓进行配合时形成抱紧状态,造成螺纹副在径向方向上产生微量变形,消除了螺母与螺栓之间的径向间隙,同时产生较大的摩擦力,从而达到防松目的。
图3ST2型自锁防松螺母示意图
3.3尼龙圈锁紧式防松螺母
该螺母如图4所示,在螺母末端嵌有尼龙圈。当螺母拧紧在螺栓上时,尼龙圈内孔被胀大,产生弹性变形,尼龙圈从径向方向压紧螺纹而箍紧螺栓,从而起到防松作用。尼龙圈锁紧式防松螺母的显著特点是当在螺栓失去轴向力时,螺母与螺栓之间仍然存在摩擦力。
图4尼龙圈锁紧式防松螺母
3.4铁基形状记忆合金防松螺母
铁基形状记忆合金防松螺母是利用材料的特殊性能来达到防松目的的。铁基形状记忆合金是一种新型功能材料,具有形状记忆效应。该类螺母正是利用此种特性进行加工的,螺母内螺纹被加工成略小于螺栓外螺纹的尺寸,接着螺母内螺纹通过扩孔变形方式到标准尺寸,在扩孔变形中产生的应力会导致材料的马氏体发生相变。而当螺母被拧紧进行加热后,所产生的应力又会诱发马氏体发生逆相变。同时,螺母的收缩将会产生了巨大的径向回复力。而这种回复力最终转化为螺纹副之间的摩擦力矩,从而使螺纹副之间的锁紧力矩大大增加,螺栓螺母间的相对转动也就被有效地阻止,从而实现螺纹防松。
图5凹凸双螺母示意图
3.5凹凸双螺母防松
凹凸双螺母采用凹凸嵌合原理,两个螺母中一个带有凹结构,另一个螺母带有凸结构,凹凸嵌合部分被设计有一定的偏心量。工作时,通过偏心量使螺母螺栓的配合面间产生轴向和径向的压紧力,产生足够大的摩擦力矩,阻止螺母与螺栓之间的相对运动,从而起到防松作用。
3.6双向防松螺母
双向防松螺母又称唐氏螺纹,采用两个有着不同旋向螺纹的螺母配合使用进行防松。在螺杆上也需要加工出左右旋两种不同的螺纹,两种螺纹可以在同一螺纹段上,也可以不在同一螺纹段上,如图6。一个螺母起紧固作用,另一个起锁紧作用,工作中锁紧螺母的拧紧方向是紧固螺母的松退方向,锁紧螺母的拧紧,使紧固螺母的松退被限制了,从而使螺纹连接不会出现松脱现象。
图6双向防松螺母
3.7梯级式锁紧螺栓(SLB)该类螺栓的螺纹的螺旋线呈梯级状,在一个螺距的螺纹有几段组成,其中每段又由梯级部和倾斜部两部分组成,前者的螺旋角为0°,后者有螺旋升角。当SLB螺栓紧固后,轴向力由阶梯部分承受,因此,螺母与螺栓之间不会在螺旋线方向不会发生相对滑移,也就实现了防松目的。
结语
为解决螺纹联接的防松问题,工程界和学术界不仅从螺纹联接的结构上进行改进、优化,而且从紧固件的材料上入手,研究出了很多行之有效的防松方法。面对具体防松问题时,需要从原理上找出螺纹联接松动的原因,并根据实际原因选用合理的联接结构,采取合理的防松措施。