螺栓松動的5個原因及防松方式

螺栓松動的5個原因及防松方式

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什么原因導致螺栓松動?

    在螺栓連接中，擰緊螺母實際上會使螺栓伸長，就像拉動一個剛硬的彈簧一樣，如圖。這種拉力，或者叫張力，會對被連接件產生相反的夾緊力，將被連接件的兩部分或更多部分緊密的固定在一起。如果螺栓松動，夾緊力就會減弱降低。

    螺栓松動分為旋轉松動和非旋轉松動。

    非旋轉松動很難初期很難覺察到，只有長時間預緊力下降，零件出現(xiàn)滑動，磨損等才能表現(xiàn)出來，因此，這種松動危害是比較大，同時，這種松動只要設計好了，往往能夠避免。

    非旋轉松動主要是嵌入損失、滑動磨損、被連接件塑性變形、螺栓承受高溫蠕變、被連接件使用的與螺栓不一致的材料等。

    螺栓擰緊后由于螺栓頭與被連接件、螺母端面與被連接件、螺紋、被連接件之間的接觸面存在微觀的表面凹凸不平，在擰緊后這些凹凸不平的高點就會產生材料的壓潰永久塑性變形，造成夾緊力的損失。

    如果設計的夾緊力不足以抵抗外部的橫向載荷，就會在承受外載荷后結合面之間產生滑動，引起零件的磨損，引起被夾緊零件長度減小，從而造成螺栓預緊力的降低。

    被連接件如果設計的不合理，如襯套壁厚設計太薄，或襯套的材料強度比較低，在螺栓擰緊后，襯套承受的壓應力就會超出材料的強度，長時間受力后就會造成預緊力的下降。

    被連接件的塑性變形也包括開檔(開口)結構的零件設計的間隙太大，或平行度、平面度太大等，在螺栓擰緊后開檔的鈑金件也會容易出現(xiàn)塑性變形，從而引起扭矩衰減和預緊力的下降。

    螺栓連接應用于高溫場合時，材料會產生蠕變，在高溫時造成預緊力的下降。由于螺栓和被連接件的材料不同，線膨脹系統(tǒng)不同，在設計時如果沒有考慮這些因素，例如在夏天裝配后，在冬天使用時，由于鋁合金的線膨脹系數(shù)更大，預緊力會下降，有可能就不能達到設計時的要求。

    旋轉松動比較容易發(fā)現(xiàn)，由于目前大多數(shù)企業(yè)螺栓擰緊以后，會在螺栓和被連接件上畫上標記線，只要出現(xiàn)松動就能比較容易的發(fā)現(xiàn)。

    螺栓受到橫向載荷、扭矩更加容易造成螺栓的旋轉松動，如果螺栓僅僅受到軸向載荷相對不會引起旋轉松動。

螺栓松動原因分析

    螺栓松動至少有五種原因，他們可以單獨發(fā)生，也可以同時發(fā)生：

1擰緊不足

    根據(jù)前面說明，擰緊不足的螺栓如果再出現(xiàn)松動，接頭便沒有足夠的夾緊力將各個部分固定在一起。這可能導致兩個零件之間橫向滑動或連接件分離，從而就會在螺栓上施加不必要的剪切應力或較大的軸向應力，最終可能導致螺栓斷裂，如圖。

2振動

    對螺栓連接在振動下的試驗表明，許多小的“橫向”滑動導致連接的兩個部分相互運動，同時螺栓頭或螺母與被連接件也會產生運動。這些重復的運動會抵消螺栓和被連接件之間的摩擦力。最終，振動將導致螺栓的螺紋上“旋轉松開”，接頭失去夾緊力。

3嵌入和熱膨脹

    設計開發(fā)螺栓張力的工程師允許有一段磨合期，產生一定的預緊力損失，在此期間，螺栓的緊密度會松弛到一定程度。這種松弛是由于螺栓頭和/或螺母、螺紋及被連接件結合面之間嵌入造成的，并且可以在軟材料(如復合材料)以及硬質拋光金屬都會發(fā)生。如果接頭設計不當，或者在開始時螺栓未達到規(guī)定張力，則接頭的嵌入損失可能導致夾緊力小于所需的最小夾緊力。

4墊片蠕變

    許多螺栓接頭在螺栓頭和接頭表面之間包括一個薄而軟的墊圈，以完全密封接頭，防止氣體或液體泄漏。墊圈本身也是能夠起到彈簧的作用，在螺栓和接合面的壓力下回彈。

    隨著時間的推移，尤其是接近高溫或腐蝕性化學品時，墊圈可能會“蠕變”老化，這意味著它失去彈性，導致夾緊力的損失。如果緊挨螺栓的墊圈區(qū)域被內部壓力沖破，或者螺栓沒有均勻地擰緊到接頭的整個表面，也可能發(fā)生這種情況。

    如果螺栓和接頭的材料不同，由于環(huán)境快速變化或工業(yè)循環(huán)過程導致的溫度差異過大以及裝配和使用的環(huán)境溫度差異太大，都會導致螺栓材料迅速膨脹或收縮，可能會使螺栓松動或預緊力下降。

5沖擊

    來自機械、發(fā)電機、風力渦輪機、汽車等設備的動態(tài)或交變載荷可導致較大的機械沖擊，這樣沖擊力施加在螺栓或接頭上，導致螺栓發(fā)生相對滑動。就像較大振幅的振動一樣，這種滑動最終會導致螺栓松動。

    這些工況在設計時候往往不會考慮到，或者這種載荷不常見或者基本不會發(fā)生，為了降低重量和成本，螺栓接頭在這種濫用工況下允許產生滑動，只要不被剪斷即可。