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如何通过双螺母防松技术增强螺纹连接的稳固性？

来源：花匠小妙招时间：2025-05-09 08:49

在机械工程领域，确保螺纹紧固件的连接稳固，防止松动是至关重要的。常用的防松方法主要有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松。其中，机械防松和摩擦防松被称为可拆卸防松，而永久防松则被视为不可拆卸防松。永久防松的常见方法包括点焊、铆接、粘合等，不过这些方法在拆卸时往往会破坏螺纹紧固件，使其无法重复使用。而在摩擦防松方面，常见的手段有利用垫片、自锁螺母及双螺母等。机械防松的常见方式则包括利用开口销、止动垫片及串钢丝绳等。

1. 双螺母防松

双螺母防松是一种常见且有效的方法，其原理基于产生两个摩擦力面。当双螺母拧紧时，第一个摩擦力面存在于螺母与被紧固件之间，第二个摩擦力面则在两个螺母之间。在安装过程中，第一个摩擦力面的预紧力约为第二个摩擦力面的 80%。

在受到冲击和振动载荷作用时，第一个摩擦力面的摩擦力可能会减小甚至消失。但此时，由于第一个螺母被压缩，第二个摩擦力面的摩擦力会进一步加大。要使螺母松退，必须克服第一个摩擦力和第二个摩擦力。由于第一个摩擦力减小的同时第二个摩擦力会增大，因此这种防松效果通常较好。

此外，唐氏螺纹防松也是采用双螺母的形式，但两个螺母的旋转方向相反。在冲击和振动载荷作用下，当第一个摩擦力面的摩擦力减小或消失时，第一个螺母（假设为右旋）会产生向左旋转的松退趋势。然而，第二个螺母（假设为左旋）的旋向与第一个螺母相反，所以第一个螺母的松退力直接转化为第二个螺母的拧紧力，从而有效地防止了螺母的松退。

2. 30°楔形螺纹防松技术

30°楔形螺纹防松技术具有独特的原理和显著的优势。在 30°楔形阴螺纹的牙底处，存在一个 30 度的楔形斜面。当螺栓和螺母相互拧紧时，螺栓的牙尖会紧紧顶在阴螺纹的楔形斜面上，从而产生巨大的锁紧力。

由于牙形角度的改变，施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴的角度也发生了变化。在普通螺纹中，法向压力与螺栓轴成 30 度角，而在 30°楔形螺纹中，这个角度变为 60 度。显然，30°楔形螺纹的法向压力远远大于普通螺纹的扣紧压力，因此所产生的防松摩擦力也大大增加。

通过计算可以发现，传统的 60 度角螺纹的法向压力 P 约为 1.15Pɑ，而 30°楔形螺纹由于牙底的特殊设计，其法向压力 P 约为 2Pɑ。这样，30°楔形螺纹与传统 60 度螺纹的法向压力之比约为 12∶7，防松摩擦力相应大幅增加。

此外，30°楔形螺纹的楔形面还能够消除普通螺纹在受力时不均匀以及容易脱扣咬死等问题，进一步提高了螺纹连接的可靠性和稳定性。

3. 自锁螺母

自锁螺母通常依靠摩擦力实现自锁，前面提到的 30°楔形螺纹防松也可归为自锁螺母的范畴。

自锁螺母的种类繁多，包括用于筑路机械、矿山机械、振动机械设备等的高强度自锁螺母，这类螺母能够承受较大的载荷和振动；用于宇航、航空、坦克、矿山机械等领域的尼龙自锁螺母，其具有良好的耐腐蚀性和耐磨性；用于工作压力不大于 2atm、工作介质为汽油、煤油、水或空气，使用温度为-50~100℃的产品上的游动自锁螺母，能够在一定范围内自动调整位置，适应工作条件的变化；以及弹簧夹自锁螺母，通过内部的弹簧结构实现自锁功能。

此外，还有如日本哈德洛克偏心式自锁螺母等特殊设计的自锁螺母。这些自锁螺母在不同的工况下发挥着重要作用，为螺纹连接的可靠性提供了保障。

4. 螺纹锁固胶

螺纹锁固胶是一种由(甲基)丙烯酸酯、引发剂、助促进剂、稳定剂（阻聚剂）、染料和填料等按一定比例配合而成的胶粘剂。其在防松方面具有独特的应用方式和显著的效果。

对于通孔工况，将螺栓穿过螺孔，将螺纹锁固胶涂至啮合部螺纹上，然后装配螺母并上紧至规定力矩。在螺孔深度大于螺栓长度的工况下，需要将锁固胶涂到螺栓的螺纹上，再进行装配并上紧至规定力矩。

对于盲孔工况，将锁固胶滴至盲孔底部，再在螺栓的螺纹上涂锁固胶，然后装配并上紧至规定力矩。如果盲孔开口向下，则只需将锁固胶涂在螺栓的螺纹上即可，盲孔内不需要涂胶。

对于双头螺栓工况，应将锁固胶滴至螺孔中，再在螺栓上涂锁固胶，将螺柱装配并上紧至规定力矩。在装配其他零件后，将锁固胶涂在螺柱与螺母的啮合部位，然后装配螺母并上紧至规定力矩。如果盲孔开口向下，则孔内不需要滴胶。

对于预装配型螺纹紧固件（如可调螺钉），装配并上紧至规定力矩后，将锁固胶滴入螺纹啮合处，让胶液自行渗入即可。

螺纹锁固胶通过填充螺纹间隙，固化后形成坚固的胶层，增加了螺纹之间的摩擦力和结合力，从而有效地防止了螺纹的松动。

5. 楔入式锁紧防松双叠垫圈

楔入式锁紧垫圈具有独特的防松原理和结构。其外表面的放射状锯齿能够与所接触的工件表面咬合。当防松系统受到动力负载时，位移只能发生在垫圈的内表面。

值得注意的是，楔入式锁紧垫圈在厚度方向的可扩展距离大于螺栓沿螺纹可产生的纵向位移。这一特点使其与现有的其他防松方式截然不同。

楔入式防松主要通过夹紧力而非单纯的摩擦力来紧固螺栓。HEICO-LOCK 楔入式防松系统产品已经拥有 120 年的历史，包括楔入式锁紧垫圈、RING-LOCK 楔入式垫圈和楔入式锁紧螺母等。这些产品的主要材质为碳钢涂达克罗和 316 不锈钢，同时 254SMO、C276 和 718 等不锈钢材质也有大量应用。

6. 开口销、开槽螺母

在机械连接中，开口销和开槽螺母是常见的防松组合。螺母拧紧后，将开口销插入螺母槽与螺栓尾部孔内，并将开口销尾部扳开，这样可以有效地防止螺母与螺栓的相对转动。

开槽螺母则通常与螺杆带孔螺栓和开口销配合使用。当螺母拧紧后，通过这种配合方式能够阻止螺栓与螺母之间的相对转动，确保连接的稳固性。

7. 串联钢丝防松

串联钢丝防松是一种将各螺栓串联起来，以实现相互牵制的防松方式。具体操作是将钢丝穿入螺栓头部的孔内，从而使各个螺栓之间形成约束关系。

这种防松方式非常可靠，能够有效地防止螺栓在受到振动和冲击时松动。然而，其拆卸过程相对较为麻烦，因此通常在对可靠性要求极高的场合，如飞机、火箭等领域得到广泛应用。

在一些特殊情况下，如分布间隔很近的小螺钉群或难以到达的部位，也可以采用单股钢丝进行串联防松。

8. 止动垫片

止动垫片是一种常见的机械防松元件。在螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和连接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住，防止其松动。

若需要对两个螺栓进行双联锁紧时，可以采用双联制动垫圈，使两个螺母相互制动，进一步提高防松效果。

9. 弹簧垫圈

弹簧垫圈在防松方面发挥着重要作用。其防松原理主要包括两个方面：一方面，在将弹簧垫圈压平后，它会产生一个持续的弹力，使螺母与螺栓的螺纹连接副持续保持一个摩擦力，从而产生阻力矩，防止螺母松动；另一方面，弹簧垫圈开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件表面，能够有效地防止螺栓相对于被连接件回转。

10. 热融紧固技术

热融紧固技术是一种先进且高效的连接方式，在汽车行业得到了广泛的应用。这种技术无需预开孔，在封闭型材下可以直接攻丝实现连接。

热融紧固技术是一种通过设备中心拧紧轴将电机的高速旋转传导至待连接板料，使其摩擦生热产生塑性形变后，自攻丝并螺接的冷成型工艺。

热融紧固连接工艺步骤与过程包括六个阶段：旋转（加热）→穿透→通孔→攻螺纹→拧螺纹→紧固。

通过这一系列的工艺步骤，能够实现稳固可靠的连接，并且具有良好的防松性能。

11. 智能变色螺栓

智能变色螺栓，确切地说是一种名为 Smartbolt 的感应螺栓，其螺栓头有一个感应盘。在拧紧过程中，随着拧紧力度的增加，感应盘的颜色会发生变化。当力度达到 90%时，颜色由黄色变为绿色；达到 100%之后，则变为黑色。

通过观察螺栓上的颜色变化，可以直观地判断螺栓是否松动。这种创新的设计为螺栓的紧固状态监测提供了一种便捷且直观的方式。

12. 预紧

在高强度螺栓连接中，通常不需要额外施加防松措施。这是因为高强度螺栓在连接时一般都要求施加一个较大的预紧力。如此大的预紧力会使螺母与被连接件之间产生强大的压力，这种压力会产生阻止螺母转动的摩擦扭矩，从而有效地防止螺母松脱。

综上所述，各种螺纹防松技术都有其独特的原理、特点和适用场景。在实际应用中，需要根据具体的工作条件、载荷情况、成本要求等因素综合考虑，选择最合适的防松方法，以确保螺纹连接的可靠性和稳定性。随着科技的不断进步和创新，相信未来还会有更多更先进、更高效的螺纹防松技术不断涌现，为机械工程领域的发展提供更强大的支持。

在选择防松方法时，还需要考虑到维护的便利性、可重复使用性以及对环境的影响等因素。例如，永久防松方法虽然防松效果较好，但由于拆卸时会破坏螺纹紧固件，不利于重复使用和资源节约。而可拆卸的防松方法，如摩擦防松和机械防松，虽然在某些极端条件下的防松效果可能不如永久防松，但在需要经常拆卸和维护的场合具有明显的优势。

在机械工程领域，确保螺纹紧固件的连接稳固、防止松动具有极其重要的意义。

首先，保障设备的正常运行和安全性。机械设备的各个部件通常通过螺纹紧固件连接在一起，如果这些紧固件松动，可能会导致部件之间的配合出现偏差，影响设备的精度和性能。严重情况下，甚至可能引发部件脱落、碰撞等故障，威胁到操作人员的生命安全和设备的完整性。

其次，提高设备的可靠性和稳定性。稳定的螺纹连接能够减少因松动引起的振动和噪音，降低设备的磨损和疲劳损伤，延长设备的使用寿命。在一些对稳定性要求极高的场合，如航空航天、轨道交通等，螺纹紧固件的稳固连接更是至关重要，任何微小的松动都可能引发严重的后果。

再者，减少维修和停机成本。松动的螺纹紧固件容易导致设备故障，需要频繁的维修和更换部件，这不仅增加了维修人员的工作负担，还会造成生产中断，带来巨大的经济损失。而稳固的连接可以减少设备的故障率，降低维修成本，提高生产效率。

此外，确保产品质量。在制造行业中，机械设备的精度和稳定性直接影响产品的质量。螺纹紧固件松动可能导致加工误差、装配不良等问题，从而影响产品的质量和一致性。

最后，符合相关标准和规范。许多行业都有严格的标准和规范要求机械设备的螺纹连接必须稳固可靠，以保障公共安全和行业的正常发展。

综上所述，在机械工程领域确保螺纹紧固件的连接稳固、防止松动是保障设备安全、可靠运行，提高生产效率，保证产品质量以及符合行业规范的关键所在。

在未来的发展中，我们期待看到更多智能化、自动化的防松技术出现。通过传感器、物联网等技术实时监测螺纹连接的状态，实现自动预警和维护，进一步提高机械设备的可靠性和安全性。同时，跨学科的研究和合作也将为螺纹防松技术的发展带来新的思路和突破，例如结合材料科学、力学、电子技术等领域的最新成果，开发出性能更优越、适应性更强的防松解决方案。

总之，螺纹防松技术作为机械工程领域的重要组成部分，其不断的创新和发展对于提高机械设备的性能、保障生产安全和促进可持续发展都具有不可忽视的重要意义。我们应持续关注这一领域的最新动态，积极探索和应用先进的防松技术，为机械行业的发展贡献力量。