螺纹防松结构
2020-03-03 23:57:45 来源：范文大全收藏下载本文
螺纹防松方法
生产和生活中，应用到的螺纹防松方法有多种形式，但归纳以来，一般就有四种。
第一种是摩擦防松，主要依靠增加摩擦力；
第二种是机械防松，主要是用销、垫片、钢丝将螺母卡死； 第三种是铆冲防松，主要是将螺纹副铆死和焊死； 第四种是结构防松，即唐氏螺纹防松。
前三种方法是传统防松方法，第四种是新型防松方法，目前还不为大多数人了解。从我国专利的角度来看，每年我国在螺纹防松问题上都要推出近百项螺纹防松专利，大家纷纷提出方案，并声称解决了螺纹防松问题。但是，研究仍然在继续，方案仍然在推出。为什么已经标准化这么多年的产品防松仍无法解决呢？因为，传统螺纹防松方式的防松效果非常有限。
第三种方式的使用范围十分有限，很多场合无法使用。 第二种方式的主要问题是其防松方式没有预紧力，即当螺栓松退到防松位置时，防松方式才能发生效果。因此，这种方式实际上不是防松，而是防脱落。
第一种方式依靠增加摩擦力，而摩擦力的增加是有限度的，如何将摩擦力增加得足够大而又不破坏螺栓，这本身是一个两难的问题。况且，一般螺栓的拆御力矩是预紧力矩的80%，说明螺栓的松比紧要容易。
常见的螺纹连接防松方法如下表所示：
在常见的螺母放松结构中，还有很多禁忌。如下图所示：
对于要求比较高一些的防松，更有细节的禁忌。如下图所示：
以上介绍的各种相关防松方式，其根本一点是依靠第三者力的防松。第三者力有多大，防松效果就有多好。其效果，无非是
5 通过增加摩擦力，直至焊死而已。
能不能不依靠第三者而突破传统螺纹防松方式呢？ 答案就是第四种防松方式，即结构防松方式：唐氏螺纹防松。 实际上，螺纹的防松原理大家能认可，关键是对强度的担心。我们一般想象受力面积减小了，强度一定也会减小。唐氏螺纹的受力面积减小了，强度肯定会很差，事实不是这样的。
螺纹强度和受力面积没有直接的关系，这是因为各螺纹段之间的受力不均所导致的。螺栓紧固后，螺栓受拉，而螺母受压，螺栓与螺母的受力变形无法达到一致，导致各螺纹段的受力非常不均。螺纹的第一圈受力为33.1%，第二圈受力为22.5%，最后一圈受力为1～7%。因此，螺纹强度不是受力面积的问题，而是受力结构的问题。
螺纹的强度和螺纹受力结构有关。例如，环槽螺纹，受力面积不变，强度增加20%；内斜螺纹，受力面积减小，强度增加30%；悬置螺母，受力面积增加，强度增加40%。
X; X
环槽螺母强度增加的原因是因为其下部螺母结构变软，前几圈螺纹易于变形；内斜螺母强度增加的原因是下部螺纹受力面积
6 减小，前几圈螺纹易于变形；悬置螺母强度增加的原因是改变了受力点，前几圈螺纹由受压变成受拉，与螺栓变形一致。
唐氏螺纹受力面积小，螺纹易于变形，各螺纹段受力较普通螺纹均匀，强度不象我们想向的那小。唐氏螺纹的强度可达普通螺纹强度的90%以上。
唐氏螺纹防松
1.唐氏螺纹的作用和意义
螺纹发明一千多年了，谁是发明者已经无法考证了。 而唐氏螺纹是由我国唐宗才先生发明的。这是中国人在机械基础件领域的一大发明，更是一种螺纹领域的革命。
自螺纹发明以来，或如惠氏螺纹、赛氏螺纹、ISO螺纹等等，不过是牙型上的变化。而唐氏螺纹却发明了一种从未有过的螺纹结构，它突破了千百年来螺纹结构“单旋向、连续、等截面”的固有定义和形式，创造出了同时具有左旋和右旋螺纹的特点的“双旋向、非连续、变截面”螺纹结构和形式。它是世界螺纹领域里最重大的发明之一。
它不仅拓展了原有螺纹的定义，也提供了一种从未有过的防松方式。这种方式已无法纳入传统螺纹的三种防松方式，而是独立的形成了第四种防松方式。
传统螺纹的防松有三种，一是摩擦防松；二是机械防松；三是铆冲防松。其共同点就是依靠第三者力防松，其防松效果取决于第三者力的大小。
7 唐氏螺纹防松依靠左旋及右旋螺母的相互制约，将紧固螺母的松退力转变成锁紧螺母的拧紧力。它完全依靠螺纹自身结构，而不依靠第三者力，是一种纯结构式的防松形式。
唐氏螺纹紧固件利用螺纹自身矛盾，以松动制约松动，起到“以毒攻毒”的效果。它的发明标志着紧固件领域振松问题得到突破性的进展。这是螺纹防松领域的一场革命，它开创了螺纹结构防松的新时代。
目前，唐氏螺纹紧固件防松结构是公认为最先进和效果最好的防松方式。
该方法已被编入《机械设计手册》化工版，成大先主编。 2.唐氏螺纹的结构形式
唐氏螺纹主要的特点是同时具有左旋和右旋螺纹。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹配合。
唐氏螺纹的具体结构如下图所示：
8 3.唐氏螺纹紧固件防松原理
上图为唐氏螺纹紧固件防松方法和原理示意图。
如图所示可见，当联接时，使用两只不同旋向的螺母：工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时，先将紧固螺母预紧，然后，再将锁紧螺母预紧。
在振动、冲击情况下，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就阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松动。
4.唐氏螺纹紧固件相关机械性能
●唐氏螺纹紧固件连接副的最小拉力载荷较普通螺纹紧固件低。 ●唐氏螺纹紧固件连接副的最小拉力载荷能达到同等规格同等性能等级普通螺纹紧固件最小拉力载荷的80%。
●设计使用唐氏螺纹紧固件时,其最小拉力载荷可按下表选用。
10 5.唐氏螺纹紧固件相关性防松能
●振松试验表明，唐氏螺纹紧固件有非常良好的防松性能。 ●唐氏螺纹紧固件经过120秒振动仍保持82%的预紧力，而普通螺纹加弹簧垫圈的防松方式经过1-2秒的振动其预紧力已下降为80%左右，经过15秒的振动，预紧力基本损失殆尽。
●下图数据来源于机械工业通用零部件产品质量监督检测中心检测报告通检委字第01226号。
常见问题说明
●唐氏螺纹是什么结构？
唐氏螺纹是由左旋和右旋两种螺旋线复合在同一螺纹段上，唐氏螺纹既有左旋螺纹的特点又有右旋螺纹的特点，它既可以和左旋螺纹配合又可以和右旋螺纹配合。
●为什么说唐氏螺纹的发明是螺纹领域的重大突破？ 唐氏螺纹突破了传统的螺纹概念，这是上千年来人们一直没有突破的螺纹概念，概念包括三个方面的内容，第
一、螺纹是单旋向的；第
二、螺纹牙是等截面的；第
三、螺纹牙是连续的。国家标准GB2515-81将螺纹定义为：“在圆柱表面上，沿着螺旋线所形成的，具有相同剖面的连续凸起和沟槽。”
唐氏螺纹是双旋向的、变截面的且连续的。它突破了传统的螺纹概念，因而它是螺纹领域的重大突破。
●为什么说紧固是设备维护的一个非常重要的环节？ 设备的连接螺栓发生松脱会导致设备运行状况恶化，导致设
12 备部件损坏，严重的导致设备损坏，不能正常工作。
如果设备的润滑状况不好，则会导致设备部件的加速磨损，最终导致设备的损坏。
所以说，设备维护的最要环节就是“紧固”和“润滑”。 ●螺纹紧固件的最大优点是什么？最大的缺点是什么？ 螺纹紧固件与其它紧固件相比，其最大的优点是拆卸比较方便，因而使用最为广泛。其最大的缺点是在冲击、振动或变载荷的作用下，容易松脱，所以说振松问题一直是螺纹紧固件的最大难题。
●目前紧固件的防松一般采用哪些方法？
目前，紧固件的防松方法有几千种，按其防松的原理可大体归纳为以下三种。
第一种是摩擦防松。这是应用最广的一种防松方式，这种方式在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力，以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可通过轴向或同时两向压紧螺纹副来实现。如采用弹性垫圈、双螺母、自锁螺母和尼龙嵌件锁紧螺母等。这种防松方式对于螺母的拆卸比较方便，但在冲击、振动和变载荷的情况，一开始螺栓会因松弛导致预紧力下降，随着振动次数的增加，损失的预紧力缓慢地增多，最终将会导致螺母松脱、螺纹联接失效。
第二种方式是机械防松。是用止动件直接限制螺纹副的相对转动。如采用开口销、串连钢丝和止动垫圈等。这种方式造成拆
13 卸不方便。
第三种方式是铆冲防松。在拧紧后采用冲点、焊接、粘接等方法，使螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆连接。这种方式的缺点是栓杆只能使用一次，且拆卸十分困难，必须破坏螺栓副方可拆卸。
螺纹紧固件的防松方法虽然很多，但常用的方法并不多。主要有对顶螺母（双螺母）、尼龙嵌套、开槽螺母加开口销、弹簧垫圈等方法。
●唐氏螺纹紧固件是如何防松的？
唐氏螺纹可以利用螺纹自身特点解决防松问题。在联接时，须使用两只不同旋向的螺母：工件支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母，紧固螺母和锁紧螺母是两种不同旋向的螺母，使用时先将紧固螺母预紧，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，导致紧固螺母无法松脱。
●为什么说唐氏螺纹紧固件的防松方法是一场革命？ 唐氏螺纹紧固件的防松方法和普通螺纹紧固件的防松方法截然不同，唐氏螺纹的防松方法是一种纯结构的防松方法，它依靠自身的结构，利用螺纹自身的矛盾，把紧固螺母的松退力直接转变成锁紧螺母的拧紧力。这种方法不依靠第三者力进行防松，
14 它是不能归纳到普通螺纹的三种防松方式中去，它只能单独作为螺纹紧固件的第四种防松方法。
防松方法的革命，也带来了防松效果的革命。振松试验表明，唐氏螺纹紧固件有非常良好的防松效果。
唐氏螺纹紧固件经过120秒振动仍保持82%的预紧力，而普通螺纹加弹簧垫圈的防松方式经过1～2秒的振动其预紧力已下降为80％左右，经过15秒的振动，预紧力基本损失殆尽。
●会不会因锁紧螺母松脱导致唐氏螺纹紧固件防松失效？ 不会的，因为锁紧螺母不会松脱，因而防松不会失效。 导致螺母松脱的主要原因是沿螺栓径向的振动，而不是沿螺栓轴向的振动。沿螺栓轴向的振动不会导致螺母松脱。
唐氏螺纹紧固件进行防松时，紧固螺母受力比较复杂，它既受来自被紧固对象沿螺栓轴向的振松力的作用，又受来自被紧固对象沿螺栓径向的振松力的作用，这就会导致紧固螺母有松退的趋势。而锁紧螺母的受力情况要简单得多，它只受来自紧固螺母的正压力和摩擦力。正压力是沿螺栓轴向的力，不会导致螺母松脱，摩擦力是沿螺栓径向的，但由于紧固螺母和锁紧螺母方向相反，来自紧固螺母的松退力已经转化为锁紧螺母拧紧力，因而锁紧螺母不会松脱。
●为什么唐氏螺纹紧固件的预紧力开始下降很快？ 从唐氏螺纹紧固件的振松曲线来看，开始下降超过了百分之十，以后预紧力下降逐步缓慢。这是螺纹紧固件的特点，螺纹紧
15 固件在紧固完成后还有间隙并未消除，另外螺纹副之间还有一定的扭矩。螺纹紧固件在冲击振动的载荷作用下，会很快导致预紧力下降，这种下降是螺纹紧固件的初始松动。解决初始松动的办法是重新预紧。
普通螺纹紧固件加弹性垫圈的防松方法由于预紧力下降太快而无法从振松曲线上看出初始松动。
●唐氏螺纹紧固件的强度如何？
唐氏螺纹紧固件比普通螺纹紧固件的最小拉力载荷低。 从表面看，唐氏螺纹的螺纹副之间的受力面积减少了很多，便从抗拉实验的结果来看，唐氏螺纹紧固件连接副的最小拉力载荷仍能达到同材质同规格普通螺纹紧固件最小拉力载荷的百分之八十以上，这是因为螺纹受力与其受力面积并无直接的联系。
普通螺纹的各螺纹段之间受力非常不均匀，其第一圈螺纹受力33.1％，其第二圈受力22.5％，最后一圈仅受力1～7％。唐氏螺纹受力时，由于其受力面积较小，受力后容易变形，所以唐氏螺纹的各螺纹段之间受力较为均匀，其螺纹强度降低并不多。
从螺纹各螺纹段受力情况还可以看出，用加厚螺母并不能提高其强度。
●我们在使用紧固件的时候发现有些螺栓被拉长，有的螺栓被剪断，是不是螺栓强度低了？
螺纹紧固件在使用过程中会发生损坏，一般不会因为螺纹的强度低而发生损环。一般的情况是先发生松动，导致螺栓使用状
16 况恶化，最终发生损坏。
换句话说，螺栓是先松后坏，不松不坏。
一般在设计使用紧固件时，螺栓的强度选择是5到20倍。这种强度不会导致螺栓损坏。
在使用时，有些螺栓被拉长，有些螺栓被剪断，这都是因为螺栓松动所导致的。在紧固螺栓时，预紧力不超过螺栓的屈服点，螺栓是不会拉长的。但由于螺栓上的螺母松动，在被紧固对象与螺栓、螺母之间产生间隙而导致螺栓损坏。
我们知道，如果把锤子压在桌子上，锤子是无法把桌子砸坏的，但只要给它一点间隙就可以把桌子砸坏。对于主要受拉力的螺栓，由于螺母松动，螺栓与被紧固对象之间产生间隙，并产生撞击。这种撞击的力不需很大就可导致螺栓拉长，严重的导致螺纹破坏。
对于主要受沿螺栓径向力作用的螺栓，正常使用时螺栓与被紧固对象之间受摩擦力的作用，而并不受剪切力。当螺栓松动，摩擦力消失，而螺栓与螺栓孔之间又有一定的间隙，这时螺栓受剪切力作用并与被紧固对象之间发生撞击，最终导致螺栓被剪断，螺栓孔被打成椭圆。
●将螺栓强度等级提高是否会改善防松性能？
对于相同规格的螺栓，其强度等级高的螺栓抗拉强度高。改用较高强度等级的螺栓可以提高紧固时的预紧力，预紧力的提高会提高其防松效果，但不能说防松性能得到了改善。因为防松性
17 能是由其防松结构所决定的。
改用高强度等级的螺栓后，其振松曲线和低强度等级螺栓的一样，但是由于初始预紧力提高了，其预紧力的松弛要经过更长的时间。
●在现场使用时左旋和右旋螺母如何区别？
一般的左旋螺栓螺母都有标记，从标记上可以分别。但最基本的方法是看螺纹部分区分，普通螺纹是呈斜线状的。对于螺栓而言，斜线右边高为右旋，左边高为左旋；对于螺母而言，斜线左边高为右旋，斜线右边高为左旋。
●唐氏螺纹紧固件产品怎样选择使用？
唐氏螺纹紧固件的外形尺寸与国家标准的普通螺纹紧固件相同，只是螺纹不一样。因而唐氏螺纹紧固件的选用可参照国家标准的普通螺纹紧固件选用。
●如何安装唐氏螺纹紧固件连接副？ 第一步、预紧紧固螺母。
第二步、预紧锁紧螺母时，用工具夹紧紧固螺母拧紧锁紧螺母，以消除紧固螺母与锁紧螺母之间的间隙，保证锁紧螺母的预紧力大于紧固螺母的预紧力。
●唐氏螺纹紧固件的螺纹长度是否有特殊要求？
没有，普通螺纹紧固件在制订标准的过程中已经考虑到双螺母防松方法的使用，国家标准中最小的螺纹长度是2d+6(d为公称直径)，而一般螺母的厚度为0.8d左右，所以螺纹长度安装两
18 只螺母是没有问题的。
一般普通螺纹紧固件使用单螺母，而唐氏螺纹紧固件使用双螺母，在使用唐氏螺纹紧固件时应重新核算螺栓长度。
●使用唐氏螺纹紧固件对设备的成本影响如何？
唐氏螺纹紧固件的成本比普通螺纹紧固件的成本高，其供货方式是成套供货，其价格比普通螺栓高。但螺纹紧固件在设备的成本中所战占比例很小，它对设备的成本基本不产生影响。
使用唐氏螺纹紧固件会大大地改善整个设备的性能，降低设备日常维护成本，有很高的价格性能比。
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