107

《螺纹防松的重大误区——摩擦防松》

2022/3/7

  我们认为,螺纹松动是因为螺纹克服了螺纹间的摩擦力,因此增加摩擦力就能解决螺纹防松问题。这就是摩擦防松的由来,也是我们使用至多的方法。

  但是,摩擦防松并不能解决螺纹防松问题。

  第一,根本没有任何理论来支持增加摩擦力能够防松这个说法。

  从传统螺纹防松机理来分析,根本得不出摩擦防松可以解决螺纹防松的结论。

  传统的螺纹松动机理是这样阐述的:“在静载荷的情况下,螺纹联接能满足自锁条件,因此联接不会自行松脱。但在变载、振动和冲击作用下,螺纹副的摩擦系数急剧降低,且螺纹间的摩擦力可能瞬间消失。这种情况多次重复,联接就会松脱。”

  从以上的阐述我们可以归纳出螺纹松动的两个原因。第一,螺纹副摩擦系数急剧降低;第二,螺纹间的摩擦力可能瞬间消失。

  显然,增加摩擦力既不能解决摩擦系数急剧降低问题,又不能解决螺纹间摩擦力瞬间消失的问题。并且,如果摩擦系数急剧降低,摩擦力根本就无法增加。

  第二、螺纹是否松动与摩擦力无关。

  从螺纹力学角度出发。螺纹展开就是一个斜面,螺母是斜面上的物体,增加摩擦力就是增加物体的重量。但是,物理学的知识告诉我们:螺体在斜面上是否下滑和物体的重量无关。因为,摩擦力和下滑力是成比例增加的,我们无法在增加摩擦力同时让物体的下滑力不增加。

  第三、摩擦防松结构几乎已经穷尽,但未能解决。

  摩擦防松的结构大都是从径向或轴向或斜向挤压螺纹,以期产生较大的摩擦力。在长达几百年时间里,人们发明了成千上万种摩擦防松的结构,其结构基本穷尽,但是始终从根本上解决螺纹防松。而我们现在摩擦防松结构和前人相比,并没有什么本质的不同,因此,并不能从根本上解决螺纹防松。

  第四、摩擦力的增加受螺纹及螺杆强度的制约。

  我们认为增加摩擦力可以解决螺纹防松,但却不知道增加多少摩擦力可以解决螺纹防松。那么摩擦力究竟可以增加多少呢?

  从轴向或径向挤或斜向增加力,会受螺纹强度和螺栓杆部强度的制约,摩擦力的增加范围并不大。

  从安全角度考虑,螺栓的预紧力一般设置为其强度的一半,虽然我们可以继续增加摩擦力,而增加的部分会让螺纹或螺杆的受力增加,且增加的幅度是有限的,可增加到原来的两倍,达到螺纹及螺栓的抗拉强度。

  摩擦防松能增加的摩擦力有限,且在增加摩擦力的同时会降低螺栓的安全系数。这也是在做摩擦防松振松实验时,振松曲线开始越漂亮,螺栓越容易断裂的原因。

  第五、如果提高摩擦力可以防松,那么增加螺栓强度等级或规格就已经解决螺纹防松。

  增加摩擦力的方式简单的方法,也是我们一直在普遍地、不自觉地使用的方法就是增加螺栓的强度等级或螺栓的规格。将M20螺栓改成M30的螺栓,直径为原来的1.5倍,强度为原来的2.25倍,其摩擦力也为原来的2.25倍。增加的摩擦力是M20螺栓用任何摩擦防松方法都难以做到的。如果摩擦防松能解决螺纹防松,那么增加螺纹强度等级和规格的办法就已经解决了。

  第六、螺纹松动的真正机理是螺纹受力变形,增加摩擦力无法阻止螺纹变形,因而无法解决螺纹防松。

  螺纹松动的机理是螺栓受拉、螺母受压。其受力后螺栓被拉长、拉细,且螺距会增加;而螺母受力后被压扁、压粗,且螺距会减小。由于螺纹变形方向不一致,导致螺纹松动。

  而增加摩擦力并不能杜绝螺纹变形,因此不能解决螺纹松动。

  摩擦防松不能解决螺纹防松问题是一个不争的事实。我们螺栓的实际运用中也可以看到,往往越是螺栓松动、断裂严重的场合,往往没有使用任何螺纹防松的措施。