螺栓防松下農(nóng)業(yè)機(jī)械論文

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1農(nóng)業(yè)機(jī)械螺栓松動(dòng)機(jī)理

1.1支承面壓陷引起的松動(dòng)

在日常使用中，連接件表面與緊固件（螺栓頭、螺母、墊片）在接觸應(yīng)力作用下極易產(chǎn)生環(huán)狀塑性壓陷。隨著時(shí)間的推移，持續(xù)作用會(huì)將支承面壓陷，使螺栓伸長(zhǎng)量減?。A(yù)緊力降低），最終造成緊固件的松動(dòng)回轉(zhuǎn)。

1.2徑向力是螺栓聯(lián)接松動(dòng)的主要原因

國(guó)內(nèi)外一些專家及學(xué)者對(duì)螺栓聯(lián)接分別進(jìn)行徑向和軸向激振力的大量試驗(yàn)，結(jié)果表明，徑向激振力對(duì)螺栓松動(dòng)的影響遠(yuǎn)高于軸向激振力（徑向力對(duì)螺栓影響松動(dòng)較大）。當(dāng)預(yù)緊螺栓時(shí)，預(yù)緊力的作用產(chǎn)生螺母徑向擴(kuò)張力，導(dǎo)致螺母處于徑向擴(kuò)張狀態(tài)；當(dāng)外界傳入徑向力并達(dá)到一定程度時(shí)，自行平衡的螺母徑向擴(kuò)張力將失衡，促使螺母徑向竄動(dòng)，進(jìn)而使螺紋旋合處沿螺旋線切線方向的靜摩擦系數(shù)減小甚至變?yōu)榱?；?dāng)量摩擦角減小或?yàn)榱銜r(shí)，松動(dòng)扭矩接近于零或?yàn)樨?fù)值，螺母將松動(dòng)回轉(zhuǎn)。

2農(nóng)業(yè)機(jī)械中螺栓防松機(jī)理

農(nóng)業(yè)機(jī)械中螺栓防松就是消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。常用的防松方法有六種：自由旋轉(zhuǎn)型、有效力矩型、機(jī)械鎖固型、永久防松型、粘接型、結(jié)構(gòu)型。

2.1自由旋轉(zhuǎn)型

自由旋轉(zhuǎn)型鎖緊是因螺母與被連接件在擰緊時(shí)產(chǎn)生預(yù)緊力后才有鎖緊能力的。這種螺母可用于旋合行程較長(zhǎng)的螺栓，因?yàn)槁菽概c被連接件在接觸前可以很省力地自由擰入擰出，即所謂自由旋轉(zhuǎn)。

2.1.1彈簧墊圈

彈簧墊圈材料一般為65Mn彈簧鋼或70#碳鋼，裝配后壓平墊圈，彈簧的反彈力能使螺紋間保持壓緊力并增加螺母和螺栓之間摩擦力，從而達(dá)到防松的目的；同時(shí)，墊圈斜口的尖端抵住螺母與被連接件的支承面也有防松作用。彈簧墊圈雖實(shí)用簡(jiǎn)易、價(jià)格低廉，但缺陷也很明顯。因其支承面小，系統(tǒng)受力偏斜，破壞螺栓作用力的中心，導(dǎo)致螺紋聯(lián)接的疲勞性能下降，加之在振動(dòng)沖擊載荷作用下夾緊力的作用，可能會(huì)出現(xiàn)因內(nèi)徑漲大而失效的情況。因此，彈簧墊圈不用于重要的使用場(chǎng)合。

2.1.2對(duì)頂螺母

兩螺母對(duì)頂擰緊后，上下兩螺母與螺栓螺紋接觸面相反，兩螺母間產(chǎn)生一個(gè)附加的對(duì)頂力，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。對(duì)頂螺母防松結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于平穩(wěn)、低速和重載的固定裝置的聯(lián)接。由于多用一個(gè)螺母，而且工作并不十分可靠，目前較少采用。

2.1.3扣緊螺母

先用普通的六角頭螺母將被連接件緊固，然后將GB/T805扣緊螺母與其普通螺母支撐面接觸，再用扳手?jǐn)Q緊（約60°～90°）。該結(jié)構(gòu)有可靠的防振、防松性能，但在頻繁裝卸的場(chǎng)合不宜使用。

2.1.4凸邊螺母、凸邊螺栓、蝶形墊圈

螺母退松力矩的減少被子螺母、螺栓、墊圈支撐面上的倒齒產(chǎn)生的力矩抵抗，在一定程度上起到防松作用，常用于小規(guī)格的螺栓副上。

2.1.5二次擰緊

螺栓連續(xù)工作一段時(shí)間后需要重新緊固，這樣可以減小初始松動(dòng)及消除蠕變導(dǎo)致的松動(dòng)，有一定的防松性。

2.1.6懸置螺母

懸置螺母是一種提高螺紋強(qiáng)度的措施，螺母錐形懸置段與螺栓桿均為拉伸變形，有助于減少螺母與栓桿的螺距變化差，從而均勻分布載荷。使用懸置螺母可使螺紋副強(qiáng)度提高40%，疲勞強(qiáng)度也得到提高，有很好的防松作用。但是由于懸置螺母加工成本較高，使用不方便，所以很少使用。

2.2有效力矩型

依靠螺栓或螺母結(jié)構(gòu)上的“有效力矩部分”的摩擦阻抗和聯(lián)結(jié)副預(yù)緊力方面產(chǎn)生的摩擦阻抗防止松動(dòng)。

2.2.1自鎖螺母

尼龍自鎖螺母是一種新型農(nóng)業(yè)機(jī)械高抗振防松緊固零件，它的抗振防松性能大大高于其他各種防松裝置，而且振動(dòng)壽命要高于其他防松裝置幾倍甚至幾十倍；然而該類螺母由于尼龍熔點(diǎn)的限制，一般只能應(yīng)用于溫度在-50～100℃之間的各種農(nóng)業(yè)機(jī)械中。理論與實(shí)踐證明，螺桿上的防腐涂層容易被自鎖螺母上的尼龍破壞，所以，要根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)境來選擇自鎖螺母。

2.2.2縱向開槽的螺母

將螺母一端制成非圓形收口或開縫后徑向收口。當(dāng)螺母擰緊后，收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。這種防松結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，防松可靠，可多次拆裝而不降低防松性能。

2.3機(jī)械鎖固型

利用機(jī)械固定件使螺紋件與被連接件之間或螺紋件與螺紋件之間固定和銷緊，以制止松動(dòng)（如六角開槽螺母和開口銷、止動(dòng)墊圈、串聯(lián)鋼絲）。

2.3.1槽形螺母和開口銷防松

槽形螺母擰緊后，開口銷穿過螺母的槽和螺栓末端的銷孔，將螺母和螺栓直接鎖緊?？稍诓粩Q緊（即不施加預(yù)緊力）的松連接狀態(tài)下，用于重要的活動(dòng)部位。如農(nóng)業(yè)機(jī)械操縱桿活動(dòng)關(guān)節(jié)的連接，也可用在長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)酷振動(dòng)條件下要求防松可靠性高的特別重要部位。在這種情況下，必須以適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力來擰緊螺母和螺栓，否則，在未擰緊的松連接中，開口銷或螺母會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，造成緊固件的松脫失效。此類事故在承受嚴(yán)酷工作條件的許多連接中常有發(fā)生。

2.3.2圓螺母和止動(dòng)墊片

使墊圈內(nèi)舌嵌入螺栓（軸）的槽內(nèi)，用螺母上緊后，將止退墊片的一個(gè)牙鑲?cè)肼菽傅娜笨谏?，這樣可以有效防止螺母松動(dòng)。

2.3.3止動(dòng)墊片

用單個(gè)或雙連鋼墊圈把螺母與被連接件固定在一起或兩個(gè)螺母相互固定，實(shí)現(xiàn)防松。防松可靠，可用于高溫部位（如農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的重要部位）的防松連接。

2.3.4串聯(lián)鋼絲防松

用鋼絲穿入螺釘頭或螺母的小孔內(nèi)，使幾個(gè)螺釘或螺母聯(lián)結(jié)在一起而鎖緊，使其相互制動(dòng)。因其防松可靠，故仍用于重要的場(chǎng)合，特別是農(nóng)業(yè)機(jī)械中成組螺栓或螺釘?shù)倪B接防松。

2.4永久防松

在擰緊后采用焊接、沖點(diǎn)、翻邊、擠壓、粘接等方法永久防松，會(huì)使螺紋破壞，失去運(yùn)動(dòng)副特性，螺母無(wú)法向回運(yùn)動(dòng)，且拆卸十分困難，拆除只能靠破壞螺桿、螺栓，無(wú)法重復(fù)使用。

2.5化學(xué)防松——粘合

選用“樂泰”厭氧膠粘結(jié)劑涂抹在螺紋旋合表面，可使螺紋裝配保持鎖固，防松效果良好，且在整個(gè)使用期間還具有防漏功能。

2.6結(jié)構(gòu)防松

2.6.1唐氏螺紋防松

在聯(lián)接時(shí)，使用左旋和右旋兩個(gè)不同旋向的螺母，先將工作臺(tái)上的緊固螺母預(yù)緊，然后再將鎖緊螺母預(yù)緊。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，使得緊固螺母無(wú)法松動(dòng)。

2.6.2SPIRALOCK螺母（螺紋）防松

造成螺紋緊固件松脫的關(guān)鍵在于螺紋的結(jié)構(gòu)形狀。在陰螺紋的牙底處有一個(gè)30°的楔形斜面，當(dāng)螺栓螺母相互擰緊時(shí)，螺栓的牙尖就緊緊地頂在SPIRALOCK螺紋的楔形斜面上（詳見圖2），從而產(chǎn)生了很大的鎖緊力。由于牙形的角度改變，使施加在螺紋間接觸所產(chǎn)生的法向力與螺栓軸成60°角，而不是像普通螺紋那樣的30°角。顯然SPIRALOCK螺紋法向壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于扣緊壓力，因此,所產(chǎn)生的防松摩擦力也就必然大大增加了。

2.6.3TOP-LOCK防松墊圈

TOP-LOCK防松墊圈由兩片完全相同的墊片組成，每片的外側(cè)都帶有放射狀的凸紋面，內(nèi)側(cè)為斜齒面，詳見圖3。TOP-LOCK防松墊圈的楔入式結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)依靠摩擦力的防松方式，利用張力來防止連接件在強(qiáng)振動(dòng)時(shí)引起的松動(dòng)。TOP-LOCK防松墊圈獨(dú)特的墊圈凸輪齒牙傾斜角度α大于螺栓螺紋傾斜角度β，裝配時(shí)，內(nèi)側(cè)斜齒面是相對(duì)的，墊圈的外滾花齒面的摩擦系數(shù)要比凸輪齒面的摩擦系數(shù)大，且與兩端接觸面成咬合狀態(tài)。當(dāng)連接件受到振動(dòng)，并使螺栓發(fā)生松動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，僅僅允許兩片墊圈內(nèi)側(cè)斜齒間相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生抬升張力，獨(dú)特的齒牙系統(tǒng)利用張力在緊固的連接處產(chǎn)生一個(gè)很高的抵抗力來經(jīng)受振動(dòng)力，從而達(dá)到防松效果。

3農(nóng)業(yè)機(jī)械螺栓防松冗余設(shè)計(jì)

從根本上說，農(nóng)業(yè)機(jī)械螺栓聯(lián)接應(yīng)不少于兩道防松設(shè)置，當(dāng)某種防松設(shè)置失效后，至少還有一道防松措施，才能使螺栓聯(lián)接可靠性最大限度地穩(wěn)定，使農(nóng)業(yè)機(jī)械正常運(yùn)行。下面列出幾種螺栓防松冗余設(shè)計(jì)方案：

（1）先采用SPIRALOCK螺紋，然后在螺栓上涂抹“樂泰”厭氧膠，可以有效防松。馬達(dá)與減速機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置通常采用這種防松方法。

（2）在采用SPIRALOCK螺紋的基礎(chǔ)上，增加防松鎖片，并且裝配過程中在螺栓表面涂抹“樂泰”厭氧膠，最后再穿鐵絲進(jìn)行防松，共計(jì)采用四種防松措施。在履帶吊回轉(zhuǎn)支承與本體的聯(lián)接上就是采用這種防松方法。

（3）用兩個(gè)圓螺母，加上一個(gè)圓螺母止動(dòng)墊圈，另外再涂抹“樂泰”厭氧膠。在一些大型減速機(jī)的輸出軸上就經(jīng)常采用這種防松措施。

（4）采用雙螺母，第一道鎖緊螺母為SPIRALOCK防松螺母，第二道螺母為自鎖螺母，涂抹“樂泰”厭氧膠，并且采用彈性墊圈。高速列車上經(jīng)常采用這種防松措施。

（5）一頭采用彈性墊圈，另一頭采用TOP-LOCK墊圈，并且涂抹“樂泰”厭氧膠。風(fēng)電領(lǐng)域經(jīng)常采用這種防松措施。

4結(jié)論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的各個(gè)部件以及其他工業(yè)部件的使用無(wú)時(shí)無(wú)刻都離不開螺栓的聯(lián)接，面對(duì)著螺栓聯(lián)接的廣泛使用，必須重視螺栓聯(lián)接的防松措施。通過冗余設(shè)計(jì)，采用多種螺栓防松措施，盡量提高螺栓聯(lián)接的可靠性，才能保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

作者:儲(chǔ)建華嚴(yán)巳杰徐廣銘繆海洋鄭輝盧青單位: