螺栓防松动的方法及措施详解

螺栓连接是机械装配中至常见的固定方式，但在振动、冲击或温度变化等工况下，螺栓易因松动导致连接失效，引发安全事故。以下从机械防松、摩擦防松、化学防松、结构防松、工艺优化五大维度，系统解析螺栓防松的解决方案及工程实践。

一、机械防松措施

1. 双螺母防松

• 原理：通过两个螺母的相互作用产生摩擦力，抑制松动。

• 对顶螺母：薄螺母在下，厚螺母在上，拧紧后两螺母接触面产生压力，需克服摩擦力才能松动。

• 弹性螺母：螺母内部嵌入弹簧，通过弹性变形箍紧螺栓。

• 适用场景：桥梁、钢结构等重载场景，成本低、可靠性高。

• 案例：某桥梁gaoqiang度螺栓采用对顶螺母，经5年实测无松动。

2. 开口销防松

• 原理：在螺栓末端钻孔，插入开口销并弯折，形成机械限位。

• 实施步骤：

1. 螺栓末端钻孔（直径通常为螺栓直径的1/3）。

2. 插入开口销，两端弯折贴合螺母表面。

• 适用场景：航空发动机、轨道交通等需频繁检修的场景。

• 案例：某航空发动机叶片螺栓采用开口销防松，经1000小时振动测试无失效。

3. 锁紧片防松

• 原理：在螺母与被连接件间嵌入锁紧片，通过塑性变形咬合表面。

• 单耳锁紧片：一侧有凸起，嵌入螺母槽。

• 双耳锁紧片：两侧凸起，分别嵌入螺母和被连接件槽。

• 适用场景：jungong、航天等高可靠性要求场景。

• 案例：某卫星结构螺栓采用双耳锁紧片，经真空振动测试无松动。

二、摩擦防松措施

1. 弹簧垫圈

• 原理：垫圈斜切口上游逆螺母旋松方向，增加接触面压力。

• 实施要点：

• 垫圈开口方向与螺母旋松方向相反。

• 垫圈厚度需与螺母匹配（通常为螺母高度的1/2）。

• 适用场景：普通机械设备、汽车底盘。

• 案例：某汽车底盘螺栓采用弹簧垫圈，松动率降低70%。

2. 带齿螺母

• 原理：螺母法兰面带花齿，与被连接件咬合形成限位凸起。

• 实施要点：

• 花齿高度需与被连接件硬度匹配（通常为0.2~0.5mm）。

• 拧紧扭矩需比普通螺母高10%~20%。

• 适用场景：汽车发动机、高振动设备。

• 案例：北京奔驰采用带齿螺母，缸盖螺栓跟转率从50%降至5%。

3. 防松垫圈

• 原理：通过垫圈弹性变形箍紧螺栓，分为双叠自锁垫圈、楔形垫圈等。

• 双叠自锁垫圈：两垫圈接触面为斜面，拧紧后相互楔紧。

• 楔形垫圈：垫圈内孔为锥形，与螺栓外锥面配合。

• 适用场景：航空发动机、风力发电机等高振动场景。

• 案例：某风力发电机叶片螺栓采用双叠自锁垫圈，经极端工况测试无松动。

三、化学防松措施

1. 螺纹锁固胶

• 原理：胶水固化后粘接螺纹副，分为可拆卸（低强度）和长久性（gaoqiang度）两类。

• 乐泰243：中强度，手动工具可拆卸。

• 乐泰271：gaoqiang度，需加热或御用工具拆卸。

• 实施要点：

• 清洁螺纹表面油污。

• 涂胶后2小时内完成装配。

• 适用场景：汽车制造、精密仪器。

• 案例：某汽车厂将螺纹胶牌号从P80（gaoqiang度）优化为P30（中gaoqiang度、自润滑），摩擦系数从0.12~0.18降至0.10~0.15，彻底解决跟转问题。

2. 表面处理

• 原理：通过喷砂、镀层等工艺增加接触面摩擦系数。

• 喷砂处理：增加表面粗糙度至Ra 3.2~6.3μm。

• 镀锌：镀层厚度5~15μm，兼顾防锈与摩擦。

• 适用场景：化工管道、海洋平台等腐蚀环境。

• 案例：某海洋平台螺栓采用镀锌+螺纹锁固胶组合，经5年实测无锈蚀松动。

四、结构防松措施

1. 唐氏螺纹

• 原理：螺栓与螺母采用双旋向（左旋+右旋）螺纹，通过自增有效应防松。

• 实施要点：

• 螺栓左旋段长度需大于螺母厚度。

• 拧紧时需同时旋转螺栓和螺母。

• 适用场景：铁路轨道、矿山机械等需高可靠性的场景。

• 案例：某铁路轨道螺栓采用唐氏螺纹，经10年实测无松动。

2. 施必牢螺纹

• 原理：螺纹牙型为楔形，增大摩擦力，分为30°和60°楔形两种。

• 实施要点：

• 螺母需与施必牢螺栓配套使用。

• 拧紧扭矩需比普通螺纹高15%~20%。

• 适用场景：汽车发动机、高振动设备。

• 案例：某汽车发动机采用施必牢螺纹，螺栓疲劳寿命延长2倍。

3. HEICO-LOCK垫圈

• 原理：垫圈表面为楔形结构，嵌入被连接件，提供机械锁止。

• 实施要点：

• 垫圈楔形角需与螺栓旋向匹配（右旋螺栓用左楔垫圈）。

• 拧紧后垫圈楔形面需完全嵌入被连接件。

• 适用场景：航空航天、精密仪器等高精度场景。

• 案例：某卫星结构螺栓采用HEICO-LOCK垫圈，经真空振动测试无松动。

五、工艺与操作优化

1. 分阶段拧紧

• 原理：通过多阶段拧紧（如50%扭矩→回退半圈→100%扭矩），平衡预紧力分布。

• 实施要点：

• 初拧扭矩为终拧扭矩的50%~70%。

• 回退量根据螺栓长度调整（通常1/4~1/2圈）。

• 适用场景：汽车发动机、风力发电机等需高均匀性的场景。

• 案例：某风力发电机螺栓采用分阶段拧紧，预紧力均匀性提升30%。

2. 预紧力控制

• 原理：通过扭矩-转角法或超声波法精确控制预紧力，避免过载或欠载。

• 扭矩-转角法：拧紧至一定扭矩后，再旋转指定角度（如30°）。

• 超声波法：通过超声波测量螺栓轴向应力。

• 适用场景：航空航天、核电等需高精度的场景。

• 案例：某核电反应堆螺栓采用超声波法控制预紧力，误差≤3%。

3. 御用工具应用

• 原理：使用防转扳手、磁性螺丝刀等工具，固定螺母位置或减少操作滑动风险。

• 防转扳手：集成反作用力臂，抑制螺母旋转。

• 磁性螺丝刀：吸附螺母，减少狭窄空间操作难度。

• 适用场景：航空装配、精密仪器等需高操作精度的场景。

• 案例：某航空发动机装配线采用防转扳手，螺栓松动率降低90%。

六、行业案例与应用

1. 汽车制造

• 场景：发动机缸盖螺栓需承受高温（150℃以上）、高振动。

• 措施：

• 采用带齿螺母+厌氧胶组合，外露长度控制在1~2扣。

• 分阶段拧紧（50%扭矩→回退半圈→100扭矩）。

• 效果：螺栓松动率降低80%，发动机故障率明显下降。

2. 航空航天

• 场景：钛合金螺栓需在真空、高辐射环境中长期可靠。

• 措施：

• 采用HEICO-LOCK垫圈+施必牢螺纹组合。

• 超声波法控制预紧力，误差≤3%。

• 效果：螺栓连接疲劳寿命延长2倍，满足航天器严苛要求。

3. 石油化工

• 场景：管道法兰螺栓需承受高压（>10MPa）、高温（>300℃）、介质腐蚀。

• 措施：

• 采用双叠自锁垫圈+镀锌表面处理。

• 对角线交替拧紧至50%扭矩→回退半圈→至终拧紧至100%扭矩。

• 效果：法兰密封面压力均匀，泄漏率降低90%。

七、总结与建议

1. 主要结论

• 防松原则：优先采用机械防松（如双螺母、开口销），辅以摩擦防松（弹簧垫圈）和化学防松（螺纹胶）。

• 场景适配：高振动场景（如汽车发动机）需结合分阶段拧紧；高腐蚀场景（如海洋平台）需采用镀层+锁固胶组合。

• 测量控制：使用超声波法、扭矩-转角法精确控制预紧力，误差≤5%。

2. 工程实践建议

• 设计阶段：根据场景选择螺栓长度、螺纹类型（如施必牢螺纹），预留外露长度（普通螺栓2~3扣，gaoqiang度螺栓2~3扣）。

• 装配阶段：使用防转扳手、磁性螺丝刀等御用工具，环境控制（温度20±1℃，湿度45~65%RH）。

• 维护阶段：定期检查（如每2年复紧gaoqiang度螺栓），更换锈蚀或磨损螺栓。

通过遵循上述规范与实践，可明显提升螺栓连接的可靠性、安全性和耐久性，满足不同场景下的工程需求。

八、公司简介

上海锦瑞标准件配套有限公司成立于2001年，坐落于上海市宝山区（毗邻宝钢集团），是一家集研发、设计、生产、销售于一体的高质量紧固件集团。公司总资产超1亿元，占地30亩，业务覆盖五大洲18国。秉持"开拓创新、追求先进"理念，引进国际先进生产及检测设备，设立独自研发部门，可生产符合国标（GB）、德标（DIN）、美标（ASTM）等多国标准的精良紧固件，产品广泛应用于石油、化工、风力发电等领域。主要产品包括：

• 螺栓类：鱼尾螺栓、内/外六角螺栓等；

• 螺柱类：全螺纹牙条等；

• 螺母类：六角螺母、法兰螺母等；

• 螺钉类：自攻钉等；

• 垫圈类：平垫圈、弹垫圈等；

• 非标紧固件：定制化解决方案。

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