8 种螺母组合防松性能大比拼：振动环境下谁是王者？

振动环境下，紧固件的松动就像一颗“隐形炸弹”，随时可能引发设备故障。今天，法士威分享一场硬核对比测试，揭秘8种螺母组合的防松性能，帮你找到最适合的防松解决方案。

一、罪魁祸首

松动的根源无非是拉扯、挤压和扭转，振动工况集齐了这些诱因。螺栓和螺母的接合面在振动中就像被一双无形的手反复“拉扯”“挤压”和“扭转”：

1、拉扯：拉扯工况的轴向力拉伸螺栓，导致螺栓伸长。

2、挤压：挤压让螺纹轮廓形变，导致螺纹间隙增大。

3、扭转：振动下的反向扭转产生的切向力，导致螺母或螺栓旋转松动。

这些力的共同作用会导致螺栓或螺母的相对运动，从而消减摩擦力，最终导致松动。

二、解决之道

面对以上罪魁祸首，怎么对症下药呢？为减少松动，通常从以下三个方面入手：

1、增加接触面积和摩擦力：通过调整导程角、侧面角和引入锥度来增加螺纹的接触面积和摩擦力。

2、化学粘合：使用化学胶粘剂防止螺纹之间的相对运动。

3、机械锁紧：通过特殊的机械结构设计来增加摩擦力或限制运动。

三、防松组合

针对振动松动问题，以下几种典型螺母组合解决方案可供参考：

1、普通螺母：通用件，螺纹间的摩擦提供基本咬合功能。

2、双螺母：通过两个螺母的配合产生额外的摩擦力防松。

3、垫圈类：平垫/弹簧垫/带齿垫/尼龙垫，通过垫圈设计分散压力、增加摩擦力。

4、尼龙锁紧螺母：带有尼龙嵌件，利用尼龙的弹性增加摩擦力来减少相对滑动。

5、化学胶锁紧螺母：通过化学胶粘剂来防止螺母松动。

四、试验设计

通过模拟振动环境并实时监测夹紧力变化，可以精准评估每种螺母组合的防松效。

4.1 试验装置

针对防松性能的试验装置一般由电动机、凸轮机构、负载测量单元、振动传递机构等组成：

1、电动机：提供稳定的旋转运动；

2、滑轮装置：将电动机的旋转运动传递到另一轴，确保动力的高效传递。

3、凸轮机构：安装在旋转轴上，将旋转运动转化为固定频率的摆动运动。

4、负载测量单元：用于测量被测试螺栓夹紧的两板之间的夹紧力。

5、接近开关：通过记录轴的旋转次数，精准统计振动次数。

振动传递机构：将振动传递到待测件。通过调整滑轮步进，可以改变振动频率，模拟不同强度的振动环境。

4.2 试验试件

基于两种高强度螺栓搭配8种不同螺母垫圈组合进行试验；

4.3 试验参数

振动板末端的振幅为0.175 mm，振动频率3 Hz。每种组合至少进行10000次振动循。测量单元实时收集测试数据。

为了确保结果的可靠性，所有实验均重复进行三次，以获得平均数据并减少随机误差的影响。

五、试验结果：谁是王者

试验后，收集、整理并分析不同螺母和垫圈组合在M16和M10高强度钢螺栓上的松动情况，以及不同初始夹紧力对螺栓松动的影响。

5.1 不同螺母在M16高强度钢螺栓上的松动情况

首先，我们来看不同螺母组合在M16高强度钢螺栓上的实时夹紧力变化情况：

以通用螺母为基准，平垫圈的防松性能略有提升，但效果有限；

双螺母/带齿垫片/弹簧垫/化学胶/尼龙锁紧螺母都能够有效减少松动，效果显著；其中，尼龙锁紧螺母在试验中表现突出。

5.2 不同螺母在M10高强度钢螺栓上的松动情况

不同尺寸的螺栓组合是否也适用于以上发现呢，我们再来看看M10高强度钢螺栓上的松动对比情况：

以通用螺母为基准，平垫圈的防松性能略有提升，但效果有限；

外齿垫/弹簧垫/尼龙垫都能够有效减少松动；双螺母优势更明显；尼龙锁紧螺母和化学胶锁紧螺母在试验中表现最突出。

5.3 不同初始夹紧力下，各螺母在M16高强度钢螺栓上的松动情况

最后，我们分析不同初始夹紧力对M16高强度钢螺栓松动情况的影响：

对于所有初始夹紧力，松动趋势几乎相同。10200次后夹紧力相对于初始夹紧力的松动率计算如下表所示。

当初始夹紧力超过11kN时，松动最小。原因可能是较高的初始夹紧力使紧固件在接触点处发生较大的变形，增加了摩擦阻力，从而减少松动。但是，过高的夹紧力也可能对紧固件结构造成损伤从而影响防松性能。

六、螺丝君经验与总结

在防松性能中，不仅螺栓和螺母起着关键作用，垫圈等紧固件也同样重要。此外，合适的初始紧固力对于确保紧固件的稳定性至关重要。在测试的多种抗松动紧固组合中，化学胶锁紧螺母表现出最显著的抗松动能力，其次是尼龙锁紧螺母。

通过今天的分享，希望你能更好地理解不同锁紧螺母在振动环境下的表现，并为选择合适的防松方案提供科学依据。