锁紧螺母的防松研究

螺母松动并从螺栓上脱落并不是一个新现象。从19世纪开始出现，就有人改进螺栓和螺母的设计，以防止它们松动。

目前，大多数人已经知道连接点的横向运动可以完全松开非锁紧螺母。一旦螺纹表面和夹紧零件的其他接触表面之间发生相对运动，螺栓在连接圆周方向上将几乎完全没有摩擦。

由于作用在螺纹上的螺栓预紧力是倾斜的，在圆周方向上产生扭矩，导致螺母自动松动。防止螺母松动的方法是使接头产生足够的预紧力，从而不会发生接头运动。

但这只是理论情况，现实中实现这一点并不总是可行的，因为在许多应用中，很难确定作用在连接点上的真实力。

因此，在这种情况下，为了防止发生滑动，通常采用某种锁紧装置来防止螺母松动。

锁紧螺母是提供抗自松性的z常见方法之一。这种螺母的专利出现在19世纪60年代。这种类型的螺母的一个优点是可以在装配时通过测量相关扭矩来检查锁紧特征。

关键技术要求是在拧紧方向上的拧入扭矩不得超过规定的z大值，和松开和松脱力矩要达到规定的z小值。

许多防松螺母有专有的设计，但总的来说，它们可以分为两类，金属锁紧螺母和非金属锁紧螺母。

大多数种类的非金属锁紧螺母在螺母的顶端上有一个聚合物环，当拧紧到螺栓上时，它会产生防松的扭矩。全金属螺母通常使顶部螺纹椭圆形或使用弹簧钢插件来实现防松的扭矩。

三十年前发表的研究表明:

松动的阻力取决于当前扭矩的大小。拧入扭矩越高，抗自松性越高。拧紧扭矩过高的缺点是扭转应力会传递到螺纹中，从而导致过早屈服，限制了可以实现更高的预紧力。

在横向振动测试 (DIN 65151) 下，防松螺母松脱后，仍保留了预紧力的残余量。也就是说，这些螺母在测试时会部分松动，但是当达到一定水平的预紧力时，松动会停止，这样螺母就不会从螺栓上脱落。

展示横向振动测试下，防松螺母典型的预紧力衰减图。这些曲线是M8尼龙嵌入螺母经受振幅 +/-0.65毫米的横向振动的曲线。在松动的初始阶段之后，螺母旋转停止，在紧固件中留下残余预紧力。

在横向振动下，此类扭矩型防松螺母并不是真正的“锁紧螺母”，因为它们不能完全阻止旋转。

对已发生扭矩型防松螺母松脱的事故的研究表明：接头将受到轴向和横向载荷的影响。

先前发表的研究表明，仅作用在接头上的轴向载荷不会导致任何显著的松动。

国外学者对此进行了研究，在存在接头横向运动的情况下，轴向载荷如何影响锁紧螺母的松动特性。

为了研究这类螺母分离的原因，对Junker机器进行了改造，以允许将轴向和横向载荷分别引入接头中。改进机器的细节如图3所示。

微型液压千斤顶用于允许在横向运动发生时对接头施加轴向载荷。该布置允许单独的轴向载荷、横向位移或两者的组合施加在接头上。

使用改进的Junkers机器进行的实验表明，轴向载荷和横向载荷的组合对流行扭矩螺母的松动有深远的影响。

测试结果表明：

如果轴向载荷超过了标准Junker测试中螺母保留的预紧力，则螺母会继续旋转直到其与螺栓分离。

在这种情况下，轴向载荷会导致接头分离，即连接件之间会出现间隙。轴向载荷将产生在横向运动下产生的松动扭矩，该扭矩继续旋转螺母，直到螺母从螺栓上分离。

这在图4中说明此情况。螺母先拧紧，然后施加轴向载荷。在此阶段，由于接头和螺栓形成了平衡弹簧系统，因此螺栓仅承受一小部分载荷。

螺栓充当拉伸弹簧，接头充当压缩弹簧，拉伸和压缩载荷相互平衡。螺栓仅被拉伸了一小部分，因此只承受一小部分轴向载荷。

在此阶段，通过减少接头承受的压缩量来维持大部分轴向载荷。当机器启动并且接头经历横向运动时，可以观察到螺母的快速松动。

预紧力降低，直到接头分离，从而轴向载荷完全由螺栓支撑。只要保持轴向载荷，螺母就会继续旋转，直到机器停止或螺母分离。

如果施加间歇轴向载荷，当载荷高于阈值阈值等于螺栓保留的剩余预紧力时，螺母旋转将发生。

如果这种负载被反复施加到接头上，螺母就会完全松动，进而从螺栓上脱离。如图5所示。如果没有施加轴向载荷，虚线表示松动曲线。

该研究也适用于普通非锁紧螺母。在轴向载荷的存在下，普通螺母可以很容易地从螺栓上分离。在横向关节运动存在的情况下，即使非常小的轴向载荷也会导致脱离。

横向运动时产生的松动扭矩取决于螺栓预紧力的大小。预紧力越高，松动扭矩越高。对于锁紧螺母，在横向振动下会发生松动，直到松动扭矩被相等大小的锁紧扭矩抵抗。

一旦发生足够的自松，使得轴向载荷大于剩余预紧力，轴向载荷产生了松动的扭矩，并且正是这种载荷使螺母旋转，从而使其与螺栓分离。

基于完成的实验和进行的测量，当接头横向运动发生时，施加的轴向载荷会引起锁紧螺母的自松动趋势。

这种类型的螺母是否会在接头横向运动时完全松动，取决于所施加的轴向载荷的大小。