紧固件防松措施及防松试验方法拧紧试验方法

针对螺纹紧固件松动的问题，人们采取各种积极有效的措施，为螺纹紧固件的发展注入
新的活力。从各种标准和文献中可以看到，螺纹紧固件防松技术和防松结构很多，总结起来
主要包括摩擦防松、直接锁紧、破坏运动副关系和粘结等几类方法。
(一)摩擦防松
1. 控制预紧力
控制安装预紧力是防止螺纹紧固件松动的经济有效措施之一，这种方法利用螺纹的自
锁条件，不需要对螺栓、螺母结构做任何改动，通过保证合适的预紧力来防松。对于安装
控制要求特别高的使用场合，采用直接控制的方法，在安装过程中测量预紧力，并加以控
制，目前常用的方法有采用带测力装置的安装机，如液压安装机，对螺栓施加规定的轴向
负荷，使其产生弹性变形，在旋紧螺母，完成装配。也有采用测量螺栓应力或应变形的方
法测定预紧力，据此进行安装控制。一般情况下，直接控制安装预紧力需要使用专门的装
置或掌握专门的技术，难予推广。为了以经济的方法获得满意的预紧力，更多的采取间接
测量和控制预紧力的方法，即扭矩控制法。扭矩控制法通过扭矩系数将预紧力换算成装配
扭矩，使用定扭矩或测扭矩装配机或扳手控制装配扭矩，或利用紧固件自身结构保证拧紧
扭矩（如扭剪型螺栓连接副），间接达到控制预紧力的目的。为了达到预期的目的，要求
连接副的扭矩系数能预先准确测定，并保证同批零件的扭矩系数离散性不大。如，
GB/T1231-1991中明确规定同批连接副的扭矩系数平均值为 0.110-0.150，扭矩系数标准偏
差应小于或乖于 0.001%。在工程实践中，也有采用转角法、屈服点拧紧法等控制方法的。
2. 有效力矩型紧固件
有效力矩型紧固件是在普通紧固件结构基础上增加了有效力矩部分，其作用是在连接
副中增加一个不随外力变化的阻力矩。有效力矩部分主要是加在螺母上，在外螺纹上加有
效力矩部分的产品比较少见。全金属有效力矩型锁紧螺母，一类是利用螺母体上螺纹加工完成后螺母体变形，使螺纹发生轴向或径向变形，造成装配时内外螺纹局部出现干涉产生有效力矩，由于受变形量和变形前毛坯变形阻力和几何精度的影响，对加工工艺要求高，有效力矩控制难度大；另一类是
将有效力矩部分减薄，收口或开槽后收口，目前国内主要在军工行业使用较多；第三类是在
螺母体内嵌入金属弹性元件，装配时外螺纹迫使弹性元件变形，产生有效力矩，这类螺母对
弹性元件弹性及嵌件的位置的要求较高，有时会划伤外螺纹表面。

非金属嵌件有效力矩型锁螺母的有效力矩部分为无螺纹的尼龙环，装配时靠外螺纹在尼
龙环上攻出螺纹，靠嵌件的弹性变形产生有效力矩，防松性能优良，可用于冲击、振动较恶
劣的工况条件，可重复使用，使用温度在100℃以内，尼龙易老化。
带尼龙嵌件的防松螺钉是在螺钉杆部横向孔内嵌入尼龙柱，装配时尼龙柱受内螺纹挤
压产生变形，其弹性使之与内螺纹紧密配合，产生有效力矩，防松效果良好，使用中须保
证尼龙柱在内螺纹内处于合适的位置。
3. 使用垫圈
目前使用的垫圈主要有平势圈、弹簧垫圈、弹性垫圈。平垫圈主要用于改善支承面的接
触状态，保证支承面的摩擦系数稳定，对防松有一定的作用；弹簧垫圈利用其弹性产生轴向
力，提高连接的弹性，横向振动试验结果表明其在这种试验条件下防松效果较差；弹性垫圈
的扭曲的齿被拧紧的螺母压平，使螺纹副轴身压紧，衡翼同时局部嵌入支承面，弹性均匀，防松
效果较好，会划伤零件表面。在某些特定的场合下，划伤零件表面正是人们所希望的，如用
于表面涂漆的零件上的接线柱，可以划破漆皮，保证导电性能。
(二)直接锁住
在拧紧螺母后使用锁紧（止动）元件将螺母和螺栓锁住，防止它们相对转动。最常用
的是使用开口销、串联钢丝和止动垫圈等。衡翼开口销与末端带孔螺栓及开槽螺母配套使用，
防松可靠，一般螺母开槽夹角为60°，安装时必须保证槽孔对正，装配不便；用低碳钢丝
穿入螺栓头部或螺母的金属丝孔内，使几个螺栓或螺母串联一起相互制约，防松可靠；止
动垫圈靠垫圈塑性变形卡住螺母，拆卸时要先将垫圈压平复原再拧松螺母，用于不经常拆
卸的重型、动载荷连接，如飞轮螺母。
(三)破坏运动副关系
使用冲头使螺栓和螺母的螺纹局部变形，偏离原牙型轮廓，使其局部不能与正常螺纹
向啮合，破坏原运动副的运动关系，形成不可重复使用的连接，如欲拆卸，须使用较大的
扭矩将螺母拧出或将其破坏，这种方法目前已很少使用。
(四)粘结
粘结是将螺栓和螺母或与被连接件粘结在一起，达到防松的目的。用于大批量生产的粘
结螺栓，一般是在紧固件制造厂将厌氧胶涂在零件上并经干燥处理，形成微胶囊，这种微胶
囊表面干燥，没有粘感，装配时，微胶囊受挤压破裂，胶液溢出，将螺栓和螺母粘结牢固。
拆卸时只要施加足够的力矩即可，一般情况下，在一定的期限内，可以重复使用有限次数。

防松性能试验方法
用于评价紧固件的防松性能的试验方法主要有三种，包括地脚螺栓试验法、套筒横向
冲击法和横向振动试验法，其中横向振动法是上世纪八十年代以来公认的效果较理想的方
法，已被制定为国际标准DIN 65151，我国也发布实施了国家标准GB/T10431-2008。
地脚螺栓试验法的原理是将被试零件安装在试验机上，其连接结构类似于地脚螺栓，在试件
上做出位置标记，利用试验机的偏心机构给试验螺纹连接副施加机械振动，定时停机记录试
件位置变化情况，以连接副相对位置变化的大小来判断试件防松性能的优劣。这种试验方法
被认为是第一代防松性能试验方法，没有实现标准化，没有通用的设备，试验周期长，试验
结果不尽如人意，已很少使用。
套筒横向冲击法将试件拧紧在试验套筒内，并在零件和套筒上做出位置标记，然后将
套筒置于摇架的导槽内随摇架运动，套筒可以在导槽内横向移动。开机后，遥架往复摆动，
冲击套筒在导槽内往复冲击导槽的两端，产生较大的冲击力，致使试件松动。在试验过程
中定时停机记录试件位置变化，并据此判定试件的防松性能。这是第二代防松性能试验方
法，国内在航天系统仍有使用。上述两种方法都是用试件位置的变化来判定防松效果，而
且是定时记录，得到不连续的结果，给应用带来不便。
横向振动试验是在HY(HZ)-20020系列紧固件横向振动试验机上进行。将被试紧固件拧紧在试验装
置上，使之产生一定的夹紧力。借助于试验机在被夹紧的两金属板之间产生的交变横向位
移，使连接运动，导致夹紧力减小甚至完全丧失。连续记录夹紧力，根据记录数据的对此
可以判定紧固件防松性能。在试验过程中，夹紧力减小得越漫，防松性能越好；反之，夹
紧力减小得越快，防松性能越差。这是采用衡翼仪器生产的HY(HZ)-20020型紧固件横向振动疲劳试验机上所进行的螺栓横向振动试验的典型轴向预紧力变化曲线。