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，零件出現滑動，磨損等才能表現出來，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現，由于目前大多數企業螺栓擰緊以后，會在螺栓和被連接件上畫上標記線，只要出現松動就能比較容易的發現。

    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，他們可以單獨發生，也可以同時發生：

1擰緊不足

    根據前面說明，擰緊不足的螺栓如果再出現松動，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生。如果接頭設計不當，或者在開始時螺栓未達到規定張力，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，也可能發生這種情況。

    如果螺栓和接頭的材料不同，由于環境快速變化或工業循環過程導致的溫度差異過大以及裝配和使用的環境溫度差異太大，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、發電機、風力渦輪機、汽車等設備的動態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。