当螺纹拧紧产生的夹紧力衰减,不足以抵抗外载荷时,我们就认为该螺纹连接产生了松动。
螺纹连接的松动可分为两类,一类是旋转松动,即内、外螺纹之间发生在松开方向的相对转动时发生的松动;另一类是非旋转松动,即内、外螺纹未发生相对转动时发生的松动。
影响旋转松动有三种载荷,即剪切载荷、扭矩载荷和拉伸载荷,如下图所示。而这三种载荷中旋转松动对剪切载荷是最敏感的。

今天,螺丝君将从理论上研究在剪切载荷下,哪些因素会影响旋转松动?以及如何优化影响因素,提高螺纹连接的防旋转松动能力。
1、剪切载荷是如何影响旋转松动
在剪切载荷下,如果被连接件没有任何滑动,那么螺栓的螺纹面和支撑面也没有位移和压力的变化,自然也不会产生让螺栓或螺母向着松动的方向发生旋转。
那么,剪切载荷下多大的扭矩可以让螺栓发生旋转松动呢?

根据公式1、公式2和公式3,产生松动所需的摩擦系数非常低,可达到0.025以下,按照目前紧固件摩擦系数值的控制范围,基本不可能达到如此低的数值。
据相关研究表明,只有当两个表面已经发生相对滑动时,其摩擦系数在0.005-0.02之间,这个数值已经低于计算的0.025摩擦系数了。
因此,在剪切载荷下,发生旋转松动的必要条件是螺栓支承面上有侧向滑动,导致摩擦系数很低,公式1得以成立。
2、旋转松动的临界滑动量
当螺纹连接的滑动量较小时,螺栓的倾斜和弯曲可以抵消变形。那么多大的滑动量是连接结构无法抵消的呢?
连接件之间不产生旋转松动的最大滑动量被称为临界滑动量Scr,即一旦连接件的滑动量一旦超过Scr,旋转松动就会发生。

螺丝君参考了相关书籍,临界滑动量Scr的计算公式包括两部分,一是内螺纹的倾斜引起的螺栓头部滑移,二是螺栓弯曲引起的螺栓头部滑移。
根据内螺纹倾斜是否受约束,计算公式分别如下:
螺纹倾斜未受约束:

螺纹倾斜受约束:



相比较而言,公式4大于公式5的数值,即螺纹倾斜未受约束的临界滑动量更大,即更不容易发生旋转松动。
3、旋转松动的影响因素分析
通过以上分析,根据公式4和公式5临界滑动量Scr计算公式,当螺纹连接的Scr越大,即可以允许的滑动量越大,螺纹连接越不易发生旋转松动。
现在我们根据公式,看看哪些因素会影响的数值以及如何优化以提高剪切载荷下防旋转松动能力。




除了以上影响要素的分析,螺丝君建议,对于承受剪切载荷的螺纹连接,可采用适当是防松措施,如采用自锁螺母和涂防松胶水。

4、螺丝君经验与总结
1) 、影响螺纹连接旋转松动的外载荷有剪切载荷、扭矩载荷和拉伸载荷,而这三种载荷中旋转松动对剪切载荷是最敏感的,也是最易发生松动的。
因此,在设计上有必要采取一定的防松措施,如采用自锁螺母和涂防松胶水等。
2) 、螺纹连接不发生旋转松动的条件是滑动量不超过临界滑动量,临界滑动量越高,越不容易发生旋转松动。
通过理论研究,增加内外螺纹间隙、降低螺纹连接旋合长度、采用细而长的螺栓、增加拧紧夹紧力、增加侧滑系数等均可以增加临界滑动量,从而增加螺纹连接的防旋转松动能力。
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