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螺栓防松動(dòng)的方法及措施詳解

來源: 發(fā)布時(shí)間:2025-07-30

螺栓防松動(dòng)的方法及措施詳解

螺栓連接是機(jī)械裝配中至常見的固定方式,但在振動(dòng)、沖擊或溫度變化等工況下,螺栓易因松動(dòng)導(dǎo)致連接失效,引發(fā)安全事故。以下從機(jī)械防松、摩擦防松、化學(xué)防松、結(jié)構(gòu)防松、工藝優(yōu)化五大維度,系統(tǒng)解析螺栓防松的解決方案及工程實(shí)踐。

一、機(jī)械防松措施

1. 雙螺母防松

  • 原理:通過兩個(gè)螺母的相互作用產(chǎn)生摩擦力,抑制松動(dòng)。

    • 對(duì)頂螺母:薄螺母在下,厚螺母在上,擰緊后兩螺母接觸面產(chǎn)生壓力,需克服摩擦力才能松動(dòng)。

    • 彈性螺母:螺母內(nèi)部嵌入彈簧,通過彈性變形箍緊螺栓。

  • 適用場景:橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等重載場景,成本低、可靠性高。

  • 案例:某橋梁gaoqiang度螺栓采用對(duì)頂螺母,經(jīng)5年實(shí)測無松動(dòng)。

2. 開口銷防松

  • 原理:在螺栓末端鉆孔,插入開口銷并彎折,形成機(jī)械限位。

  • 實(shí)施步驟

    1. 螺栓末端鉆孔(直徑通常為螺栓直徑的1/3)。

    2. 插入開口銷,兩端彎折貼合螺母表面。

  • 適用場景:航空發(fā)動(dòng)機(jī)、軌道交通等需頻繁檢修的場景。

  • 案例:某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片螺栓采用開口銷防松,經(jīng)1000小時(shí)振動(dòng)測試無失效。

3. 鎖緊片防松

  • 原理:在螺母與被連接件間嵌入鎖緊片,通過塑性變形咬合表面。

    • 單耳鎖緊片:一側(cè)有凸起,嵌入螺母槽。

    • 雙耳鎖緊片:兩側(cè)凸起,分別嵌入螺母和被連接件槽。

  • 適用場景:jungong、航天等高可靠性要求場景。

  • 案例:某衛(wèi)星結(jié)構(gòu)螺栓采用雙耳鎖緊片,經(jīng)真空振動(dòng)測試無松動(dòng)。

二、摩擦防松措施

1. 彈簧墊圈

  • 原理:墊圈斜切口上游逆螺母旋松方向,增加接觸面壓力。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 墊圈開口方向與螺母旋松方向相反。

    • 墊圈厚度需與螺母匹配(通常為螺母高度的1/2)。

  • 適用場景:普通機(jī)械設(shè)備、汽車底盤。

  • 案例:某汽車底盤螺栓采用彈簧墊圈,松動(dòng)率降低70%。

2. 帶齒螺母

  • 原理:螺母法蘭面帶花齒,與被連接件咬合形成限位凸起。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 花齒高度需與被連接件硬度匹配(通常為0.2~0.5mm)。

    • 擰緊扭矩需比普通螺母高10%~20%。

  • 適用場景:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、高振動(dòng)設(shè)備。

  • 案例:北京奔馳采用帶齒螺母,缸蓋螺栓跟轉(zhuǎn)率從50%降至5%。

3. 防松墊圈

  • 原理:通過墊圈彈性變形箍緊螺栓,分為雙疊自鎖墊圈、楔形墊圈等。

    • 雙疊自鎖墊圈:兩墊圈接觸面為斜面,擰緊后相互楔緊。

    • 楔形墊圈:墊圈內(nèi)孔為錐形,與螺栓外錐面配合。

  • 適用場景:航空發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等高振動(dòng)場景。

  • 案例:某風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片螺栓采用雙疊自鎖墊圈,經(jīng)極端工況測試無松動(dòng)。

三、化學(xué)防松措施

1. 螺紋鎖固膠

  • 原理:膠水固化后粘接螺紋副,分為可拆卸(低強(qiáng)度)和長久性(gaoqiang度)兩類。

    • 樂泰243:中強(qiáng)度,手動(dòng)工具可拆卸。

    • 樂泰271:gaoqiang度,需加熱或御用工具拆卸。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 清潔螺紋表面油污。

    • 涂膠后2小時(shí)內(nèi)完成裝配。

  • 適用場景:汽車制造、精密儀器。

  • 案例:某汽車廠將螺紋膠牌號(hào)從P80(gaoqiang度)優(yōu)化為P30(中g(shù)aoqiang度、自潤滑),摩擦系數(shù)從0.12~0.18降至0.10~0.15,徹底解決跟轉(zhuǎn)問題。

2. 表面處理

  • 原理:通過噴砂、鍍層等工藝增加接觸面摩擦系數(shù)。

    • 噴砂處理:增加表面粗糙度至Ra 3.2~6.3μm。

    • 鍍鋅:鍍層厚度5~15μm,兼顧防銹與摩擦。

  • 適用場景:化工管道、海洋平臺(tái)等腐蝕環(huán)境。

  • 案例:某海洋平臺(tái)螺栓采用鍍鋅+螺紋鎖固膠組合,經(jīng)5年實(shí)測無銹蝕松動(dòng)。

四、結(jié)構(gòu)防松措施

1. 唐氏螺紋

  • 原理:螺栓與螺母采用雙旋向(左旋+右旋)螺紋,通過自增有效應(yīng)防松。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 螺栓左旋段長度需大于螺母厚度。

    • 擰緊時(shí)需同時(shí)旋轉(zhuǎn)螺栓和螺母。

  • 適用場景:鐵路軌道、礦山機(jī)械等需高可靠性的場景。

  • 案例:某鐵路軌道螺栓采用唐氏螺紋,經(jīng)10年實(shí)測無松動(dòng)。

2. 施必牢螺紋

  • 原理:螺紋牙型為楔形,增大摩擦力,分為30°和60°楔形兩種。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 螺母需與施必牢螺栓配套使用。

    • 擰緊扭矩需比普通螺紋高15%~20%。

  • 適用場景:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、高振動(dòng)設(shè)備。

  • 案例:某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用施必牢螺紋,螺栓疲勞壽命延長2倍。

3. HEICO-LOCK墊圈

  • 原理:墊圈表面為楔形結(jié)構(gòu),嵌入被連接件,提供機(jī)械鎖止。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 墊圈楔形角需與螺栓旋向匹配(右旋螺栓用左楔墊圈)。

    • 擰緊后墊圈楔形面需完全嵌入被連接件。

  • 適用場景:航空航天、精密儀器等高精度場景。

  • 案例:某衛(wèi)星結(jié)構(gòu)螺栓采用HEICO-LOCK墊圈,經(jīng)真空振動(dòng)測試無松動(dòng)。

五、工藝與操作優(yōu)化

1. 分階段擰緊

  • 原理:通過多階段擰緊(如50%扭矩→回退半圈→100%扭矩),平衡預(yù)緊力分布。

  • 實(shí)施要點(diǎn)

    • 初擰扭矩為終擰扭矩的50%~70%。

    • 回退量根據(jù)螺栓長度調(diào)整(通常1/4~1/2圈)。

  • 適用場景:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等需高均勻性的場景。

  • 案例:某風(fēng)力發(fā)電機(jī)螺栓采用分階段擰緊,預(yù)緊力均勻性提升30%。

2. 預(yù)緊力控制

  • 原理:通過扭矩-轉(zhuǎn)角法或超聲波法精確控制預(yù)緊力,避免過載或欠載。

    • 扭矩-轉(zhuǎn)角法:擰緊至一定扭矩后,再旋轉(zhuǎn)指定角度(如30°)。

    • 超聲波法:通過超聲波測量螺栓軸向應(yīng)力。

  • 適用場景:航空航天、核電等需高精度的場景。

  • 案例:某核電反應(yīng)堆螺栓采用超聲波法控制預(yù)緊力,誤差≤3%。

3. 御用工具應(yīng)用

  • 原理:使用防轉(zhuǎn)扳手、磁性螺絲刀等工具,固定螺母位置或減少操作滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

    • 防轉(zhuǎn)扳手:集成反作用力臂,抑制螺母旋轉(zhuǎn)。

    • 磁性螺絲刀:吸附螺母,減少狹窄空間操作難度。

  • 適用場景:航空裝配、精密儀器等需高操作精度的場景。

  • 案例:某航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線采用防轉(zhuǎn)扳手,螺栓松動(dòng)率降低90%。

六、行業(yè)案例與應(yīng)用

1. 汽車制造

  • 場景:發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓需承受高溫(150℃以上)、高振動(dòng)。

  • 措施

    • 采用帶齒螺母+厭氧膠組合,外露長度控制在1~2扣。

    • 分階段擰緊(50%扭矩→回退半圈→100扭矩)。

  • 效果:螺栓松動(dòng)率降低80%,發(fā)動(dòng)機(jī)故障率明顯下降。

2. 航空航天

  • 場景:鈦合金螺栓需在真空、高輻射環(huán)境中長期可靠。

  • 措施

    • 采用HEICO-LOCK墊圈+施必牢螺紋組合。

    • 超聲波法控制預(yù)緊力,誤差≤3%。

  • 效果:螺栓連接疲勞壽命延長2倍,滿足航天器嚴(yán)苛要求。

3. 石油化工

  • 場景:管道法蘭螺栓需承受高壓(>10MPa)、高溫(>300℃)、介質(zhì)腐蝕。

  • 措施

    • 采用雙疊自鎖墊圈+鍍鋅表面處理。

    • 對(duì)角線交替擰緊至50%扭矩→回退半圈→至終擰緊至100%扭矩。

  • 效果:法蘭密封面壓力均勻,泄漏率降低90%。

七、總結(jié)與建議

1. 主要結(jié)論

  • 防松原則:優(yōu)先采用機(jī)械防松(如雙螺母、開口銷),輔以摩擦防松(彈簧墊圈)和化學(xué)防松(螺紋膠)。

  • 場景適配:高振動(dòng)場景(如汽車發(fā)動(dòng)機(jī))需結(jié)合分階段擰緊;高腐蝕場景(如海洋平臺(tái))需采用鍍層+鎖固膠組合。

  • 測量控制:使用超聲波法、扭矩-轉(zhuǎn)角法精確控制預(yù)緊力,誤差≤5%。

2. 工程實(shí)踐建議

  • 設(shè)計(jì)階段:根據(jù)場景選擇螺栓長度、螺紋類型(如施必牢螺紋),預(yù)留外露長度(普通螺栓2~3扣,gaoqiang度螺栓2~3扣)。

  • 裝配階段:使用防轉(zhuǎn)扳手、磁性螺絲刀等御用工具,環(huán)境控制(溫度20±1℃,濕度45~65%RH)。

  • 維護(hù)階段:定期檢查(如每2年復(fù)緊gaoqiang度螺栓),更換銹蝕或磨損螺栓。

通過遵循上述規(guī)范與實(shí)踐,可明顯提升螺栓連接的可靠性、安全性和耐久性,滿足不同場景下的工程需求。

八、公司簡介

上海錦瑞標(biāo)準(zhǔn)件配套有限公司成立于2001年,坐落于上海市寶山區(qū)(毗鄰寶鋼集團(tuán)),是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售于一體的高質(zhì)量緊固件集團(tuán)。公司總資產(chǎn)超1億元,占地30畝,業(yè)務(wù)覆蓋五大洲18國。秉持"開拓創(chuàng)新、追求先進(jìn)"理念,引進(jìn)國際先進(jìn)生產(chǎn)及檢測設(shè)備,設(shè)立獨(dú)自研發(fā)部門,可生產(chǎn)符合國標(biāo)(GB)、德標(biāo)(DIN)、美標(biāo)(ASTM)等多國標(biāo)準(zhǔn)的精良緊固件,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。主要產(chǎn)品包括:

  • 螺栓類:魚尾螺栓、內(nèi)/外六角螺栓等;

  • 螺柱類:全螺紋牙條等;

  • 螺母類:六角螺母、法蘭螺母等;

  • 螺釘類:自攻釘?shù)龋?

  • 墊圈類:平墊圈、彈墊圈等;

  • 非標(biāo)緊固件:定制化解決方案。

公司已通過ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證、IATF16949汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系認(rèn)證等權(quán)勢認(rèn)證,產(chǎn)品由中國人民財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)股份有限公司(PICC)承保全球責(zé)任險(xiǎn)。公司始終秉持"質(zhì)量為本、科技興企、用戶至上"的主要理念,致力于成為客戶值得信賴的長期合作伙伴。

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