不松動(dòng)螺母學(xué)習(xí)與探討

螺母防松林林總總學(xué)習(xí)與探討螺紋連接與緊固種種2023/4/152螺絲螺母的防松方法“防松”指的是在螺紋連接正常緊固后，抵抗外界沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大時(shí)，聯(lián)接性能變?nèi)醯哪芰?，并非是人力松開(kāi)時(shí)所顯示扭矩大小的比較。一般分：摩擦防松、機(jī)械防松和永久防松。其中永久防松是不可拆卸防松（但并不等于不松動(dòng)），摩擦、機(jī)械防松是可拆卸防松。常見(jiàn)的機(jī)械防松方法有止動(dòng)墊圈、開(kāi)口銷(xiāo)等等。常見(jiàn)的摩擦防松一般是利用墊圈、自鎖、雙螺母等等。2023/4/1532023/4/154圓錐面的自鎖當(dāng)相配合的兩錐面的在受到一定外力的情況下，金屬表面產(chǎn)生的微小彈性變形在兩者間產(chǎn)生了摩擦力，使之可以傳遞或承受一定的扭矩。就是為什么兩錐面配合時(shí)必須要撞擊、錐度必須小于8度，配合面必須大于75%的原因。依靠圓錐面的的這種配合實(shí)現(xiàn)自鎖。圓錐面的自鎖與“摩擦角”的概念是摩擦力通過(guò)錐度改變了力學(xué)方向，產(chǎn)生一個(gè)與錐面垂直的力，從而實(shí)現(xiàn)自鎖原理.摩擦角與自鎖現(xiàn)象法向反力N與摩擦力F的合力R稱(chēng)為支持面對(duì)物體的全反力。即摩擦力F達(dá)到最大值Fmax時(shí)，這時(shí)的夾角a也達(dá)到最大值b，把b稱(chēng)為摩擦角。2023/4/155“摩擦角”的概念物體與支持面之間存在粗糙，一旦存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，就會(huì)受靜摩擦力作用，設(shè)最大靜摩擦因數(shù)為μ，則最大靜摩擦力為

fM＝μFN。如圖，水平面對(duì)物體的作用力F′（支持力與靜摩擦力的矢量和）與豎直方向的夾角α，滿足

。

α稱(chēng)為摩擦角，無(wú)論支持力FN如何變，α保持不變，其大小僅由摩擦因數(shù)決定。2023/4/156發(fā)生自鎖條件設(shè)用斜向下的推力F作用于物體，方向與豎直方向成θ時(shí)，如果滿

，無(wú)論用多大的力也推不動(dòng)物體。此時(shí)重力mg的影響已無(wú)關(guān)緊要，有，即，這是物體發(fā)生自鎖的條件。如果這一條件不滿足，即θ＞α，則物體所受動(dòng)力大于阻力，物體就會(huì)運(yùn)動(dòng)。2023/4/157達(dá)到自鎖的途徑通過(guò)控制角度達(dá)到“自鎖”分析知道通過(guò)控制角度使推力在摩擦力方向上的分力總是小于最大靜摩擦力，即總反力的方向始終在摩擦角內(nèi)就能達(dá)到自鎖的目的。2023/4/158達(dá)到自鎖的途徑通過(guò)控制摩擦因數(shù)達(dá)到“自鎖”摩擦因數(shù)是物體粗糙程度的反映，在其他條件相同的情況下，μ(最大靜摩擦因數(shù))越大物體受的最大靜摩擦力就越大，物體越不容易被拉動(dòng)。如果μ達(dá)到一定程度，使其他力在摩擦力方向上的合力總是小于最大靜摩擦力時(shí)，物體就達(dá)到了自鎖。2023/4/159達(dá)到自鎖的途徑通過(guò)控制彈力達(dá)到“自鎖”如后圖所示，由兩根短桿組成的一個(gè)自鎖定起重吊鉤，將它放入被吊桶的罐口內(nèi)，其張開(kāi)一定的夾角壓緊在罐壁上，當(dāng)鋼繩勻速向上提起時(shí)，兩桿對(duì)罐壁越壓越緊，若罐和短桿的承受力足夠大，就能將重物提升起來(lái)。罐越重，短桿提供的壓力越大，稱(chēng)為“自鎖定機(jī)構(gòu)”。2023/4/1510達(dá)到自鎖的途徑通過(guò)控制彈力達(dá)到“自鎖”這是一個(gè)借助巧妙的機(jī)械裝置達(dá)到自鎖的模型。它的原理是當(dāng)自鎖機(jī)構(gòu)的兩邊與罐接觸后，產(chǎn)生彈力和摩擦力托起罐，且罐越重，桿提供的壓力越大。這種機(jī)械裝置自鎖的應(yīng)用在日常生活中是比較普遍的。2023/4/1511自鎖的表現(xiàn)生活中大量使用螺絲，我們用它們來(lái)緊固物體，用到了其實(shí)就是摩擦自鎖。螺絲上的螺紋可展開(kāi)成斜面，則其與上述的劈便無(wú)本質(zhì)的區(qū)別了。螺旋千斤頂工作時(shí)螺旋可以看成是一個(gè)繞在圓柱體上的斜面。將其展開(kāi)，這個(gè)斜面的傾角θ就是螺紋升角θ。絲桿相當(dāng)位于斜面上的物體。千斤頂支撐的重物是加載于絲桿上的軸向載重。2023/4/1512爬電線桿提物尖劈堆沙堆千斤頂日本永不松動(dòng)螺母HARD-LOCK2023/4/1513日本永不松動(dòng)螺母基本結(jié)構(gòu)原理圖2023/4/1514受力分析在偏心的作用下，產(chǎn)生徑向平面內(nèi)的附加力矩2023/4/1515關(guān)鍵之處楔子到偏心的思路引入2023/4/1516思路的引入2023/4/1517楔子的作用力方向2023/4/1518日本偏心螺母設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理的思維背景：以剛克剛螺母松脫是由于松退力克服螺紋之間摩擦力，那么增大摩擦力就成了防止螺紋松脫的首選方法。不僅偏心螺母，彈性墊圈、對(duì)頂螺母(雙螺母)、尼龍鎖緊螺母也都是采取的這種方法。它的思維背景就是以剛克剛，以增加摩擦力來(lái)對(duì)抗松退力。然而我們知道摩擦力的增加是有限度的，因而摩擦防松不可避免存在局限性。2023/4/1519唐氏螺紋緊固件的防松原理設(shè)計(jì)原理的思維背景：以柔克剛唐氏螺栓兼容兩種不同旋向的螺母，讓摩擦力和擰緊力相互轉(zhuǎn)化、達(dá)到制約的目的。把右旋螺母的退松力直接轉(zhuǎn)變成左旋螺母的擰緊力，將兩個(gè)相對(duì)的力轉(zhuǎn)化為相助相融，發(fā)明了真正不會(huì)松動(dòng)的螺紋結(jié)構(gòu)。深晰其背后的原理正是運(yùn)用了道家所主張的順其自然、萬(wàn)物相生相克的思維理念。2023/4/1520唐氏螺紋緊固件的防松原理圖為唐氏螺紋緊固件防松方法示意圖。在聯(lián)接時(shí)，使用兩只不同旋向的螺母：工作支承面上的螺母稱(chēng)為緊固螺母，非支承面上的螺母稱(chēng)為鎖緊螺母。使用時(shí)先將緊固螺母預(yù)緊，然后再將鎖緊螺母預(yù)緊。2023/4/1521在振動(dòng)、沖擊的情況下，緊固螺母會(huì)發(fā)生松動(dòng)的趨勢(shì)，但是，由于緊固螺母的松退方向是鎖緊螺母的擰緊方向，鎖緊螺母的擰緊恰恰阻止了緊固螺母的松退，導(dǎo)致緊固螺母無(wú)法松動(dòng)。唐氏螺紋緊固件的防松原理從螺紋角度來(lái)看，偏心螺母仍屬傳統(tǒng)螺紋，這是一種“單旋向、連續(xù)、等截面”螺紋，而唐氏螺紋是一種“雙旋向、非連續(xù)、變截面”的螺紋，完全突破了傳統(tǒng)螺紋的概念，是螺紋領(lǐng)域的最重大突破。從螺紋防松角度來(lái)看，偏心螺母依靠增大摩擦力防松，依然屬于傳統(tǒng)防松方式。在沖擊振動(dòng)的條件下，螺母仍會(huì)克服摩擦力而松脫。而唐氏螺紋緊固件是純結(jié)構(gòu)防松，利用左旋和右旋螺紋自身的矛盾來(lái)防松，突破了傳統(tǒng)螺紋的防松概念，是螺紋防松領(lǐng)域的最重大突破。唐氏螺紋雖然減小了螺紋的受力面積，但卻保持了螺紋的強(qiáng)度，創(chuàng)造了真正“不會(huì)松動(dòng)的螺栓”的神話。2023/4/1522德國(guó)墊片組防松動(dòng)原理上個(gè)世紀(jì)二十年代，德國(guó)工程師首創(chuàng)了楔入式鎖緊概念，利用夾緊力而非摩擦力來(lái)防止螺栓松動(dòng)。HEICO—LOCK楔入式鎖緊系統(tǒng)，外表面為放射狀鋸齒，內(nèi)表面呈楔形，安裝時(shí)成對(duì)使用，楔形面相對(duì)。外表面為放射狀鋸齒以增加摩擦力。內(nèi)表面呈楔形其鎖緊作用。2023/4/1523HEICO—LOCK楔入式鎖緊系統(tǒng)硬度應(yīng)大于螺栓、被連接件表面的硬度2023/4/1524楔合過(guò)程在擰緊時(shí)，HEICO—LOCK保持靜止，位移發(fā)生在楔形內(nèi)表面之間，直至達(dá)到所需要的預(yù)緊力。2023/4/1525鍥形嚙合鋸齒壓入開(kāi)始擰入楔形角與螺紋角的關(guān)系楔形的坡度大于螺紋升角，當(dāng)螺栓連接由于振動(dòng)發(fā)生自旋時(shí)，HEICO—LOCK沿厚度方向發(fā)生擴(kuò)張行為，進(jìn)而引發(fā)夾緊力的增加。2023/4/1526經(jīng)驗(yàn)證，HEICO—LOCK可以維持80%的預(yù)緊力，有HEICO—LOCK就沒(méi)有松動(dòng)。2023/4/1527普通型振動(dòng)松開(kāi)實(shí)驗(yàn)2023/4/1528彈簧墊圈型振動(dòng)松開(kāi)實(shí)驗(yàn)2023/4/1529尼龍襯墊型振動(dòng)松開(kāi)實(shí)驗(yàn)2023/4/1530平墊圈型振動(dòng)松開(kāi)實(shí)驗(yàn)2023/4/1531止動(dòng)螺母型振動(dòng)松開(kāi)實(shí)驗(yàn)2023/4/1532雙螺母型振動(dòng)松開(kāi)實(shí)驗(yàn)2023/4/1533不同螺母緊固的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)2023/4/1534Nord-LockX-系列防松墊圈松動(dòng)實(shí)驗(yàn)曲線2023/4/1535Nord-LockX-系列防松墊圈擰松力矩曲線抵抗鋸齒形的壓入量借鑒表面和螺母的端面2023/4/1536松開(kāi)后的狀態(tài)Nord-LockX-系列防松墊圈。Nord-LockX-系列防松墊圈將楔形制鎖原理及彈性效應(yīng)相結(jié)合，可有效地防止沉降和松弛引起的松脫。鋸齒的壓入增加摩擦力影響重復(fù)使用

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施必牢螺栓施必牢螺母擁有一種創(chuàng)新的自鎖內(nèi)螺紋牙形構(gòu)造，在螺紋根部有獨(dú)特的30°的楔形斜面。由于牙形的角度改變，使螺紋間接觸面上產(chǎn)生的法向力與螺栓軸線形成60°角，這使得軸向夾緊力傳遞到螺栓和螺母的螺紋接觸區(qū)域時(shí)產(chǎn)生一個(gè)比普通螺紋大得多的摩擦力，從而有效提高防松性能。配合施必牢螺母的螺紋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施必牢螺栓的螺紋牙尖設(shè)計(jì)成與施必牢螺母螺紋相互配合的一個(gè)30°楔形面，這個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得螺紋接觸由之前的線接觸變成帶狀面接觸，改善了接觸的穩(wěn)定性。從而使得夾緊力持續(xù)恒定。除了提供更優(yōu)越的防松性能外，還可防止滑牙，防治螺栓斷裂，防脫扣，抗過(guò)扭，是一種新型的高可靠螺栓副。2023/4/1538牙型變化分析鎖緊能力2023/4/1539①接觸面大，軸向分力大，壓緊力大，有相當(dāng)?shù)淖枣i作用②角度不匹配，接觸面最小，無(wú)法鎖緊③正常螺紋面已失去作用，此為第二螺旋面，有悖于常規(guī)螺紋緊固的原理。增加了牙尖與螺母螺紋底部的軸向擠壓力，同時(shí)螺紋面容易發(fā)生變形。這樣做，實(shí)際只要改變（增大）牙型角即可如愿。①②③法向力根據(jù)螺紋緊固的原理來(lái)分析①②③中國(guó)自鎖螺母中國(guó)自緊螺母由深圳自緊王科技研發(fā)的專(zhuān)利產(chǎn)品，此自緊螺母僅需一個(gè)螺母和一個(gè)墊圈的結(jié)合就輕松解決所有問(wèn)題，在用材、工藝、精密度要求上全無(wú)顧忌，高中低螺絲螺母皆能生產(chǎn)。更為關(guān)鍵的是，自緊螺母內(nèi)含活性自緊力，而回轉(zhuǎn)則會(huì)產(chǎn)生更大的反向抵抗力，其安全可靠性更好。但拆卸費(fèi)力。重復(fù)使用有困難。2023/4/1540依靠帶齒端面對(duì)壓緊平面產(chǎn)生的塑形變形將齒壓入，連接件表面硬度要低于螺釘方能有效。松動(dòng)與脫落螺栓連接的松動(dòng)：應(yīng)該是指螺栓或螺母（實(shí)際為兩者同時(shí)）與被連接件表面之間的壓緊力減小而達(dá)不到緊固目標(biāo)值。松脫力矩一般是擰緊力矩的80%。也就是松開(kāi)的力量總比擰緊的力量要小。緊固根本不起作用時(shí)，并已產(chǎn)生分離的跡象。2023/4/1541螺紋連接為什么會(huì)松動(dòng)螺紋連接相當(dāng)于斜面上置放一重物，當(dāng)重物沿斜面向下方的分力大于重物向下滑動(dòng)時(shí)的摩擦力時(shí)，重物就要向下運(yùn)動(dòng)。螺紋連接相當(dāng)于斜面上放一重物的情形，當(dāng)用螺紋連接的被連接件受到振動(dòng)時(shí)，螺紋壓緊的橫向分力大于螺紋副的摩擦力時(shí)，螺紋就會(huì)變松。螺紋連接在一般條件下，是能滿足自鎖條件而不會(huì)自動(dòng)松脫，但在受振動(dòng)或沖擊載荷下，或是溫度變化較大時(shí)，連接螺母可能會(huì)逐漸松動(dòng)。螺紋松動(dòng)的主要原因是螺紋副之間以及壓緊面之間的微動(dòng)磨損，進(jìn)而相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)造成的。2023/4/1542螺紋連接為什么會(huì)松動(dòng)金屬蠕變：金屬材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過(guò)彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，它在應(yīng)力小于彈性極限施加的力時(shí)也能出現(xiàn)。由于蠕變，材料在某瞬時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，一般不僅與該瞬時(shí)的變形有關(guān)，而且與該瞬時(shí)以前的變形過(guò)程有關(guān)。許多工程問(wèn)題都涉及蠕變。在維持恒定變形的材料中，應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減小，這種現(xiàn)象為應(yīng)力松弛，它可理解為一種廣義的蠕變。2023/4/1543帶凹凸坡的螺母與墊圈在用事實(shí)說(shuō)話中國(guó)vs日本的中國(guó)螺母

。該螺母由帶凸坡的螺母和帶凹坡的墊圈的組合。2023/4/1544凹凸坡螺母擰螺母被凹凸坡卡死，扳手爆表（最大200牛米）沒(méi)松開(kāi)，由此“中國(guó)自緊王螺母PK日本哈德洛克螺母完勝”，但用扳手?jǐn)Q墊片卻很容易松開(kāi)螺母，是墊圈帶動(dòng)螺母一起松開(kāi)并很輕松，這卻卻是說(shuō)明當(dāng)受到振動(dòng)或沖擊時(shí)，墊圈底面與被連接件之間無(wú)法由上面的螺母保證不松動(dòng)。所以整體還是會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)的。與日本的不松動(dòng)

是兩個(gè)概念。防松能力不等于人工擰松力的大小。2023/4/1545單擰螺母被凹凸坡卡死單擰墊圈時(shí)推動(dòng)螺母一起旋轉(zhuǎn)凹凸坡螺母單擰螺母時(shí)，由于凹、凸坡作用使兩者軸向頂開(kāi)而顯更加壓緊。當(dāng)擰墊圈時(shí)，由于凹凸坡作用，墊圈帶動(dòng)螺母正好與擰螺母時(shí)一個(gè)效果所以很容易松開(kāi)，因而也就無(wú)從談起永不松動(dòng)的概念了。這個(gè)“很容易松開(kāi)”在正常狀態(tài)下能有防松作用？2023/4/1546日本偏心螺母組結(jié)構(gòu)分析2023/4/1547偏心量楔子凹狀的螺母（上方）凸?fàn)畹穆菽福ㄏ路剑┤毡酒穆菽附M結(jié)構(gòu)2023/4/1548僅偏心凸螺母擰緊時(shí)偏心凸螺母的上螺旋面與螺栓的下螺旋面緊密接觸，螺母與被緊固件壓緊2023/4/1549凹螺母與偏心凸螺母錐面接觸凹凸螺母開(kāi)始接近時(shí)，錐面還未發(fā)生作用，由于凸螺母的錐面的偏心，所以兩側(cè)的間隙不一樣2023/4/1550凹螺母開(kāi)始下擰時(shí)由于偏心錐面的作用，凹螺母被擠向左邊，而凸螺母在原來(lái)擰緊的基礎(chǔ)上被擠向右方錐面的接觸面也越來(lái)越擴(kuò)大，直到達(dá)到預(yù)定的擰緊扭矩2023/4/1551F1F2緊松日本偏心螺母組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單分析錐面的偏向與螺紋的起始點(diǎn)無(wú)關(guān)普通螺母與螺栓緊固時(shí)，只是螺紋面單面的相互接觸日本的永不松動(dòng)的螺母是分成上下兩半后，除了正常的螺紋面的接觸產(chǎn)生的軸向力，還通過(guò)偏心錐面附加產(chǎn)生F1,F2，在軸的徑向向?qū)β菟ㄗ鱿嘞虮Ш希◤较蚓o固力）保證凹凸螺母擰緊時(shí)內(nèi)、外端面之間的間隙2023/4/1552錐面接觸過(guò)程理論上，兩圓錐面的軸心線在平行狀態(tài)下逐步接近時(shí)，錐面有效接觸逐步擴(kuò)大，直到完全吻合2023/4/1553實(shí)際擰緊過(guò)程但實(shí)際由于螺栓的作用，凹錐面螺母與凸錐面接觸是單側(cè)先接觸，所以會(huì)發(fā)生微量?jī)A斜，凸錐面從偏心的上邊緣開(kāi)始接觸，逐漸擴(kuò)大，但錐面的2023/4/1554受力是不均勻的，局部開(kāi)始產(chǎn)生塑形變形。

為了克服受力不均勻，增

加摩擦力可以將凸錐面在

制作時(shí)適當(dāng)與螺紋的軸線

成一定的角度，迎合凹螺

母擰緊后歪斜后的實(shí)際位