不松动螺母的学习与探讨

依靠带齿端面对 压紧平面产生的 塑形变形将齿压 入，连接件表面 硬度要低于螺钉 方能有效。
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松动与脱落



螺栓连接的松动：应该是指螺栓或螺母 （实际为两者同时）与被连接件表面之间 的压紧力减小而达不到紧固目标值。 松脱力矩一般是拧紧力矩的80%。也就是 松开的力量总比拧紧的力量要小。 紧固根本不起作用时，并已产生分离的迹 象。

提物
尖劈
堆沙堆

千斤顶
生活中大量使用螺丝，我们用它们来紧固物体，用到了 其实就是摩擦自锁。 螺丝上的螺纹可展开成斜面，则其 与上述的劈便无本质的区别了。 螺旋千斤顶工作时螺旋可以看成是一个绕在圆柱体上的 斜面。将其展开，这个斜面的倾角θ就是螺纹升角θ。丝 杆相当位于斜面上的物体。千斤顶支撑的重物是加载于 丝杆上的轴向载重。
螺母防松林林总总
学习与探讨
昆山土山建设部件有限公司
螺纹连接与紧固种种
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螺丝螺母的防松方法



“防松”指的是在螺纹连接正常紧固后，抵抗 外界冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温 或温度变化较大时，联接性能变弱的能力，并 非是人力松开时所显示扭矩大小的比较。 一般分：摩擦防松、机械防松和永久防松。 其中永久防松是不可拆卸防松（但并不等于不 松动），摩擦、机械防松是可拆卸防松。 常见的机械防松方法有止动垫圈、开口销等等。 常见的摩擦防松一般是利用垫圈、自锁、双螺 母等等。
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圆锥面的自锁


当相配合的两锥面的在受到一定外力的情 况下，金属表面产生的微小弹性变形在两 者间产生了摩擦力，使之可以传递或承受 一定的扭矩。就是为什么两锥面配合时必 须要撞击、锥度必须小于8度，配合面必须 大于75%的原因。 依靠圆锥面的的这种配合实现自锁。
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牙型变化分析锁紧能力

根据螺纹紧固的原理来分析
①接触面大，轴向分力大，压紧 力大，有相当的自锁作用 ① ②角度不匹配，接触面最小，无 法锁紧 ③正常螺纹面已失去作用，此为 第二螺旋面，有悖于常规螺纹紧 固的原理。 增加了牙尖与螺母螺纹底部的轴 向挤压力，同时螺纹面容易发生 变形。这样做，实际只要改变 （增大）牙型角即可如愿。
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德国垫片组防松动原理



上个世纪二十年代，德国工程师首创了楔 入式锁紧概念，利用夹紧力而非摩擦力来 防止螺栓松动。 HEICO—LOCK楔入式锁紧系统，外表面 为放射状锯齿，内表面呈楔形，安装时成 对使用，楔形面相对。 外表面为放射状锯齿以增加摩擦力。 内表面呈楔形其锁紧作用。
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日本偏心螺母设计原理


设计原理的思维背景：以刚克刚 螺母松脱是由于松退力克服螺纹之间摩擦力， 那么增大摩擦力就成了防止螺纹松脱的首选 方法。 不仅偏心螺母，弹性垫圈、对顶螺母(双螺 母)、尼龙锁紧螺母也都是采取的这种方法。 它的思维背景就是以刚克刚，以增加摩擦力 来对抗松退力。然而我们知道摩擦力的增加 是有限度的，因而摩擦防松不可避免存在局 限性。
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HEICO—LOCK楔入式锁紧系统

硬度应大于螺栓、 被连接件表面的 硬度
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楔合过程

在拧紧时，HEICO—LOCK保持静止，位 移发生在楔形内表面之间，直至达到所需 要的预紧力。
开始拧入
锲形啮合
锯齿压入
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楔形角与螺纹角的关系

楔形的坡度大于螺纹升角，当螺栓连接由 于振动发生自旋时，HEICO—LOCK沿厚 度方向发生扩张行为，进而引发夹紧力的 增加。

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唐氏螺纹紧固件的防松原理



从螺纹角度来看，偏心螺母仍属传统螺纹，这是一种“单 旋向、连续、等截面”螺纹，而唐氏螺纹是一种“双旋向、 非连续、变截面”的螺纹，完全突破了传统螺纹的概念， 是螺纹领域的最重大突破。 从螺纹防松角度来看，偏心螺母依靠增大摩擦力防松，依 然属于传统防松方式。在冲击振动的条件下，螺母仍会克 服摩擦力而松脱。而唐氏螺纹紧固件是纯结构防松，利用 左旋和右旋螺纹自身的矛盾来防松，突破了传统螺纹的防 松概念，是螺纹防松领域的最重大突破。 唐氏螺纹虽然减小了螺纹的受力面积，但却保持了螺纹的 强度，创造了真正“不会松动的螺栓”的神话。
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松开后的状态



Nord-LockX-系列防松垫圈。Nord-Lock X-系列防松垫圈将楔形制锁原理及弹性效 应相结合，可有效地防止沉降和松弛引起 的松脱。 锯齿的压入增 加摩擦力 影响重复使用
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施必牢螺栓


施必牢螺母拥有一种创新的自锁内螺纹牙形构造，在螺纹 根部有独特的30°的楔形斜面。由于牙形的角度改变， 使螺纹间接触面上产生的法向力与螺栓轴线形成60°角， 这使得轴向夹紧力传递到螺栓和螺母的螺纹接触区域时产 生一个比普通螺纹大得多的摩擦力，从而有效提高防松性 能。 配合施必牢螺母的螺纹结构特点，施必牢螺栓的螺纹牙尖 设计成与施必牢螺母螺纹相互配合的一个30°楔形面， 这个结构设计使得螺纹接触由之前的线接触变成带状面接 触，改善了接触的稳定性。从而使得夹紧力持续恒定。除 了提供更优越的防松性能外，还可防止滑牙，防治螺栓断 裂，防脱扣，抗过扭，是一种新型的高可靠螺栓副。
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螺纹连接为什么会松动


螺纹连接相当于斜面上置放一重物，当重物沿斜 面向下方的分力大于重物向下滑动时的摩擦力时， 重物就要向下运动。螺纹连接相当于斜面上放一 重物的情形，当用螺纹连接的被连接件受到振动 时，螺纹压紧的横向分力大于螺纹副的摩擦力时， 螺纹就会变松。 螺纹连接在一般条件下，是能满足自锁条件而不 会自动松脱，但在受振动或冲击载荷下，或是温 度变化较大时，连接螺母可能会逐渐松动。螺纹 松动的主要原因是螺纹副之间以及压紧面之间的 微动磨损，进而相对转动造成的。
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唐氏螺纹紧固件的防松原理


设计原理的思维背景：以柔克刚 唐氏螺栓兼容两种不同旋向的螺母，让摩 擦力和拧紧力相互转化、达到制约的目的。 把右旋螺母的退松力直接转变成左旋螺母 的拧紧力，将两个相对的力转化为相助相 融，发明了真正不会松动的螺纹结构。深 晰其背后的原理正是运用了道家所主张的 顺其自然、万物相生相克的思维理念。
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达到自锁的途径

通过控制弹力达到“自锁” 如后图所示，由两根短杆组成的一个自锁 定起重吊钩，将它放入被吊桶的罐口内， 其张开一定的夹角压紧在罐壁上，当钢绳 匀速向上提起时，两杆对罐壁越压越紧， 若罐和短杆的承受力足够大，就能将重物 提升起来。罐越重，短杆提供的压力越大， 称为“自锁定机构”。
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②Biblioteka Baidu
③
法向力
①
②③
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中国自锁螺母



中国自紧螺母由深圳自紧王科技 研发的专利产品，此自紧螺母仅 需一个螺母和一个垫圈的结合就 轻松解决所有问题，在用材、工 艺、精密度要求上全无顾忌，高 中低螺丝螺母皆能生产。 更为关键的是，自紧螺母内含活 性自紧力，而回转则会产生更大 的反向抵抗力，其安全可靠性更 好。但拆卸费力。 重复使用有困难。
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带凹凸坡的螺母与垫圈

在用事实说话中国vs日本的中国螺母 。 该螺母由带凸坡的螺母和带凹坡的垫圈的 组合。
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凹凸坡螺母

拧螺母被凹凸坡卡死，扳手爆表（最大200牛米） 没松开，由此“中国自紧王螺母PK日本哈德洛克螺 母完胜”，但用扳手拧垫片却很容易松开螺母，是垫 圈带动螺母一起松开并很轻松，这却却是说明当受到 振动或冲击时，垫圈底面与被连接件之间无法由上面 的螺母保证不松动。所以整体还是会产生松动的。与 日本的不松动 是两个概念。防松能力不等于人工拧 松力的大小。
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圆锥面的自锁与“摩擦角”的概念


是摩擦力通过锥度改变了力学方向，产生 一个与锥面垂直的力，从而实现自锁原理. 摩擦角与自锁现象法向反力N与摩擦力F的 合力R称为支持面对物体的全反力。 即摩 擦力F达到最大值Fmax时，这时的夹角a 也达到最大值b，把b称为摩擦角。
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“摩擦角”的概念
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经验证，HEICO—LOCK可以维持80%的 预紧力，有HEICO—LOCK就没有松动。
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普通型振动松开实验
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弹簧垫圈型振动松开实验
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尼龙衬垫型振动松开实验
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平垫圈型振动松开实验
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止动螺母型振动松开实验
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双螺母型振动松开实验
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不同螺母紧固的振动实验
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Nord-Lock X-系列防松垫圈松动实 验曲线
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Nord-Lock X-系列防松垫圈拧松力 矩曲线

抵抗锯齿形 的压入量借 鉴表面和螺 母的端面
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唐氏螺纹紧固件的防松原理

图为唐氏螺纹紧固件防松方法示意图。 在联接时，使用两只不同旋向的螺母： 工作支承面上的螺母称为紧固螺母， 非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使 用时先将紧固螺母预紧，然后再将锁 紧螺母预紧。
在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的 趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母 的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母 的松退，导致紧固螺母无法松动。
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发生自锁条件

设用斜向下的推力F作用于物体，方向与竖 直方向成θ时，如果满 ， 无论用多大的力也推不动物体。此时重力 有 tan tan ， mg的影响已无关紧要，有 即 ，这是物体发生自锁的条件。如 ， 果这一条件不满足，即θ＞α，则物体所受 动力大于阻力，物体就会运动。


物体与支持面之间存在粗糙，一旦 存在相对运动趋势，就会受静摩擦 力作用，设最大静摩擦因数为μ，则 最大静摩擦力为 fM＝μFN。如图， 水平面对物体的作用力F′（支持力 与静摩擦力的矢量和）与竖直方向 的夹角α，满足 。 α称为摩 擦角，无论支持力FN如何变，α保 持不变，其大小仅由摩擦因数决定。
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达到自锁的途径

通过控制角度达到“自锁” 分析知道通过控制角度使推力在摩擦力方 向上的分力总是小于最大静摩擦力，即总 反力的方向始终在摩擦角内就能达到自锁 的目的。
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达到自锁的途径

通过控制摩擦因数达到“自锁” 摩擦因数是物体粗糙程度的反映，在其他 条件相同的情况下，μ(最大静摩擦因数) 越大物体受的最大静摩擦力就越大，物体 越不容易被拉动。如果μ达到一定程度， 使其他力在摩擦力方向上的合力总是小于 最大静摩擦力时，物体就达到了自锁。
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日本永不松动螺母HARD-LOCK
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日本永不松动螺母基本结构原理图
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受力分析

在偏心的作用下，产生径向平面内的附加 力矩
关键之处
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楔子到偏心的思路引入
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思路的引入
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楔子的作用力方向
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达到自锁的途径

通过控制弹力达到“自锁” 这是一个借助巧妙的机械装置达到自锁的 模型。它的原理是当自锁机构的两边与罐 接触后，产生弹力和摩擦力托起罐，且罐 越重，杆提供的压力越大。这种机械装置 自锁的应用在日常生活中是比较普遍的。
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自锁的表现
爬电线杆
单拧螺母被凹凸坡卡死 单拧垫圈时推动螺母 一起旋转
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螺纹连接为什么会松动



金属蠕变：金属材料在保持应力不变的条件下，应 变随时间延长而增加的现象。 它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性 极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当 长，它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。 由于蠕变，材料在某瞬时的应力状态，一般不仅与 该瞬时的变形有关，而且与该瞬时以前的变形过程 有关。许多工程问题都涉及蠕变。在维持恒定变形 的材料中，应力会随时间的增长而减小，这种现象 为应力松弛，它可理解为一种广义的蠕变。