我的小慧慧 2021/07/25
螺栓连接设计的历史背景：
Junker关于紧固件自松的理论
Gerhard Junker 在1969年发布了一篇技术论文，他发现横向动态载荷引起的紧固件自松的情况比仅仅的轴向载荷要明显得多。 出现这种情况的原因是轴向载荷下径向移动的量要比横向载荷产生的移动量小很多。 螺纹副之间，承压端面之间以及受夹紧力的工件之间发生相对位移，会立即引起预加载荷的紧固件的松脱。
Haviland 以及Kerley的研究：
20世纪80年代，来自乐泰（Loctite）公司的 Girard Haviland 以及来自NASA的James Kerley 基于Junker的理论进行了测试。主要结论如下：
1. 横向运动 (也就是他们所说的侧滑) 是紧固件产生松脱的主要原因
2. 低频率-高振幅的横向运动相比较高频率-低振幅的运动更容易引起紧固件的损坏
3. 侧滑是引起紧固件松脱的主要原因，弯曲载荷可能会导致紧固件松脱
如何测试螺栓是否会松脱？
Junker机
为了查找螺纹松脱的真正原因，Junker发明了一台以他名字的测试设备—— “Junker 机”， 这台机器可以用来量化松脱的程度以及紧固件设计的稳固性。 Junker机的设计原理是通过一个横向的凸轮机构的往复运动来实现对紧固件的动态冲击。
当这些冲击导致紧固件足以克服之间的摩擦力之后，紧固件就会出现自松现象。
加入垫圈能否避免螺栓松脱？
01
六角螺栓的松脱曲线：加入平垫
紧固件之中加了平垫片会加快紧固件的松脱。
02
六角螺栓的松脱曲线：加入弹簧垫圈
在紧固件中加入弹簧垫圈会加快紧固件的自松。
03
六角螺栓的松脱曲线：弹簧垫圈加上平垫圈
在原有的弹簧垫圈下加装一个平垫圈做同样的测试，紧固件的轴向载荷会下降得非常迅速。
结论：普通的平垫圈和弹簧垫圈并不能有效防止螺栓松脱。
应该如何避免螺栓松脱？
六角螺栓的松脱曲线：碟形带自锁垫圈和Nord防松垫圈
碟形自锁垫圈和Nord自锁垫圈可以有效地防止螺栓松脱
加了螺纹胶的螺栓可以保持其长时间的螺栓张力(就好比螺栓在正常使用的时候表面被保护了)，会有10%到20%的螺栓张力由于结合面的微观颗粒作用而损失
六角螺栓的松脱曲线：施必牢（Spiralock）螺栓牙型
施必牢Spiralock螺纹对标准内螺纹副做了部分改动，即在螺纹底部增加了一个30°的升角
仅通过紧固件自锁原理能否避免螺栓损坏？
即使通过紧固件通过自锁原理可以保证其在测试时表现良好，但其预加载荷仍有可能优于材料 的互相嵌入，变形而导致整个紧固件的轴向载荷为零
下图螺栓是一个承受动态剪向载荷的螺栓，该螺母已经用螺纹胶防松。但是即使螺母没有发生旋转，即Junker测试结果良好，但是实际上螺杆的状况已经不能满足正常使用
结论：仅通过紧固件自锁原理不能避免螺栓损坏
总结
目前广泛使用的防松方法如下：
① 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，这在使用垫圈的连接*特中**别明显；虽然某些结构可以比较有效地保证连接。
② 机械防松
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。这种方式造成拆卸不方便。
③ 冲铆焊防松
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。
④结构防松。
利用螺纹副自身结构特点来进行防松，如唐氏螺纹防松方式：
唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹配合。联接时使用两种不同旋向的螺母。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，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动。