某产品与夹具连接螺钉振动松脱原因分析 及解决措施

倪凡

（贵州航天电子科技有限责任公司，贵州 贵阳 550009）

摘要：专用夹具径向安装常采用螺钉连接，在振动时，常存在夹具与产品的同轴度较低，时而发生螺钉的松脱现象，螺钉连接松脱现象是螺钉在振动中常出现的一种失效形式。文章针对随机振动试验中产生的松脱现象，详细分析了螺钉松脱的原因，提出了一种有效合理的解决措施。

关键词：专用夹具；螺钉连接；振动脱落；松脱原因

中图分类号：TG759文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0073-02专用夹具（以下简称夹具）在某型号产品做力学环境试验时具有重要的作用。特别是在研制阶段，产品存在不确定因素，会导致夹具使用范围窄小，每个研制阶段都可能设计一套夹具，但夹具在一次性设计中难免会有不足之处，在振动实验中出现异常而导致试验不能继续的情况时有发生。另外，某型号系统内的分系统的安装方式大部分都采用径向或轴向安装形式。轴向安装方式使用拧紧螺母紧固，很少发生螺钉松脱现象。而径向安装常采用螺钉连接，在振动时，常存在夹具与产品的同轴度较低，时而发生螺钉的松脱现象，导致试验中断。如果有比较合理的措施，稍作改动就能解决螺钉松脱问题，这样不仅可以避免对试验造成严重的影响，而且可以为其它分系统夹具设计提供一定的参考。

1产品与夹具连接螺钉松脱现象

O表示夹具圆心，O`表示转发译码机圆心，O``表示收发信机圆心

图1

在随机振动试验中，其产品与夹具装配如图1所示。产品用实线表示，产品由收发信机与转发译码机两部分组成，通过8×M6×22的螺钉把产品与夹具紧固连接，然后通过压板把夹具紧固在振动台上，分别对产品的三个方向（X、Y、Z）进行各5分钟的随机振动。第一次振动，产品没有松脱现象。但第二次振动，在X方向振动约两2分钟就出现松脱现象。经过反复振动试验，发现开始是出现某一螺钉松动，松动程度越来越大最终螺钉脱落，在第一个螺钉迅速松动时，其它的螺钉也慢慢松动。如果不停止振动，就会出现全部螺钉脱落现象。换成Y或Z方向，也有类似现象发生。因此无论采用哪一个方向先振动，在达到振动时间要求之前都会出现螺钉松脱现象，最终导致试验无法完成。

2螺钉松脱分析及解决措施

2.1螺钉脱落分析

产品与夹具同轴度低。如图１所示，收发信机和转发译码机都是由多个零件装配而成，加工和装配都存在一定的误差，因此对收发信机和转发译码机分别与4个螺纹孔所在安装弧面的同轴度都有较大的偏差。转发译码机4个螺纹孔也因相同的原因存在同轴度偏低。收发信机与转发译码机之间也存在类似装配误差。同轴度累计偏差，最终表现在夹具沉孔与产品螺纹孔同轴度严重偏低，且方向具有不确定性。螺钉（连接产品与夹具的螺钉）在拧紧后产生螺钉的沉头面不完全与夹具的沉头面接触，螺钉与产品接触面间不同的径向受到的摩擦力相差较大。另外夹具的光孔是φ7mm，而螺钉是M6，螺钉与光孔存在较大的间隙，接触面变得更小，从振动松脱的螺钉看，螺钉的接触面是很狭窄的一个环形（如图2阴影部分所示）。在随机振动的过程中，夹具通过螺钉把振动动力传递到产品中，就某个螺钉而言，螺钉受到的外力大小和受力方向都是随机的。在８个螺钉中拧紧时受到接触面间的摩擦力较不均匀，且螺旋副的摩擦力减小较大的螺钉。当摩擦力减小到一定值时，就会使螺旋副产生相对运动趋势，这样反复振动，螺旋副就会发生相对运动，摩擦力迅速减小，螺钉松动。一旦产生螺钉局部松动后，其余螺钉就会迅速的松动，最终发生螺钉脱落现象。

图2阴影部分表示与沉孔接触部分

螺钉的旋合长度。实验证明，螺纹在受到拉力时，约有1/3的载荷集中在第一圈上，以后各圈受到的拉力就迅速递减，第八圈以后的螺纹几乎不受载荷。而本试验中M6螺钉的螺距为1mm，螺钉的旋合长度为9mm，螺纹的受载荷不小于8圈，因此从旋合长度来分析，也不应该出现松脱现象。但在随机振动中，螺钉的受力不均匀，受到外力的变化较大，会引起静位移现象产生。旋合长度会影响静位移的大小，而静位移的大小会影响螺钉吸收随机振动时所产生的能量。因此旋合长度的长短也会影响松脱现象。

2.2螺钉脱落解决措施

因为要求夹具重复使用，因此许多一次性螺纹防松措施都不可用。若改用公称直径大的螺钉可能满足要求，但不能模拟真实状态，并且产品也不允许扩大螺纹孔的公称直径。提高产品与夹具同轴度可以达到螺钉脱落，但从产品和夹具着手不可行。因此如何提高产品与夹具的同轴度，而又对夹具进行继承，产品不需改动是解决此问题的关键。经过分析，采取加长螺钉与螺纹孔的旋合长度，这样在螺钉拧紧过程中就会自动校正产品螺纹孔与夹具沉孔的同轴度，理论上旋合长度越长，其同轴度越高，同轴度提高，螺钉与夹具沉孔的接触面也相应的增大，可使接触面间的摩擦力均匀。只要产品的8个螺纹孔与所对应夹具沉孔的同轴度提高，那么产品与夹具中心轴的重合度也得到校正。在校正的过程中，螺钉除了受到总拉力，螺旋角产生的摩擦力外，还受到在校正时产生的咬合力，这种咬合力很难用公式计算出来，但通过前后比较，测力矩扳手可测量所增加的摩擦力，咬合力大小与螺钉长度有直接关系。如图3所示，F1、F2分别表示螺钉与夹具和产品所产生的咬合力。如果螺钉过长，咬合力迅速增大，可能出现螺钉受到摩擦力过大，拉力过大，对螺钉承受载荷不利，也可能使螺钉受到的力矩远大于许用值，螺钉的装卸也不方便。最好达到螺钉受力比较均匀，螺钉与夹具接触面间摩擦力均匀。另外增加旋合长度会使螺钉较柔软，有利在螺钉受到不稳定的外力时增大静位移，静位移增大能使螺钉更多地吸收振动时产生的能量，受到的振动力得到一定缓冲与减小，有利增大螺钉的摩擦力。在试验中把螺钉的长度增加8mm，经试验证明这种改进措施有效可行，避免松脱现象。除了更换螺钉，产品的螺纹足够深，因此对夹具与产品都不需更改，方法简单，是一种合理的解决措施。

图3光孔与螺纹孔校正前后

3结语

本文通过振动试验中螺钉的松脱现象，对产生松脱原因进行详细的分析，借助增加螺钉长度提高光孔与螺纹孔配合的同轴度时所产生的咬合力来增大螺钉螺旋副的摩擦力，同时也使螺钉与沉孔接触面间摩擦力比较均匀，从而达到提高螺钉的防松目的，使问题得到合理的解决。

参考文献

[1] 刘鸿文．材料力学[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2] 濮良贵．机械设计（第七版）[M]．北京：高等教育

出版社，2001．

endprint

（贵州航天电子科技有限责任公司，贵州 贵阳 550009）

摘要：专用夹具径向安装常采用螺钉连接，在振动时，常存在夹具与产品的同轴度较低，时而发生螺钉的松脱现象，螺钉连接松脱现象是螺钉在振动中常出现的一种失效形式。文章针对随机振动试验中产生的松脱现象，详细分析了螺钉松脱的原因，提出了一种有效合理的解决措施。

关键词：专用夹具；螺钉连接；振动脱落；松脱原因

中图分类号：TG759文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0073-02专用夹具（以下简称夹具）在某型号产品做力学环境试验时具有重要的作用。特别是在研制阶段，产品存在不确定因素，会导致夹具使用范围窄小，每个研制阶段都可能设计一套夹具，但夹具在一次性设计中难免会有不足之处，在振动实验中出现异常而导致试验不能继续的情况时有发生。另外，某型号系统内的分系统的安装方式大部分都采用径向或轴向安装形式。轴向安装方式使用拧紧螺母紧固，很少发生螺钉松脱现象。而径向安装常采用螺钉连接，在振动时，常存在夹具与产品的同轴度较低，时而发生螺钉的松脱现象，导致试验中断。如果有比较合理的措施，稍作改动就能解决螺钉松脱问题，这样不仅可以避免对试验造成严重的影响，而且可以为其它分系统夹具设计提供一定的参考。

1产品与夹具连接螺钉松脱现象

O表示夹具圆心，O`表示转发译码机圆心，O``表示收发信机圆心

图1

在随机振动试验中，其产品与夹具装配如图1所示。产品用实线表示，产品由收发信机与转发译码机两部分组成，通过8×M6×22的螺钉把产品与夹具紧固连接，然后通过压板把夹具紧固在振动台上，分别对产品的三个方向（X、Y、Z）进行各5分钟的随机振动。第一次振动，产品没有松脱现象。但第二次振动，在X方向振动约两2分钟就出现松脱现象。经过反复振动试验，发现开始是出现某一螺钉松动，松动程度越来越大最终螺钉脱落，在第一个螺钉迅速松动时，其它的螺钉也慢慢松动。如果不停止振动，就会出现全部螺钉脱落现象。换成Y或Z方向，也有类似现象发生。因此无论采用哪一个方向先振动，在达到振动时间要求之前都会出现螺钉松脱现象，最终导致试验无法完成。

2螺钉松脱分析及解决措施

2.1螺钉脱落分析

产品与夹具同轴度低。如图１所示，收发信机和转发译码机都是由多个零件装配而成，加工和装配都存在一定的误差，因此对收发信机和转发译码机分别与4个螺纹孔所在安装弧面的同轴度都有较大的偏差。转发译码机4个螺纹孔也因相同的原因存在同轴度偏低。收发信机与转发译码机之间也存在类似装配误差。同轴度累计偏差，最终表现在夹具沉孔与产品螺纹孔同轴度严重偏低，且方向具有不确定性。螺钉（连接产品与夹具的螺钉）在拧紧后产生螺钉的沉头面不完全与夹具的沉头面接触，螺钉与产品接触面间不同的径向受到的摩擦力相差较大。另外夹具的光孔是φ7mm，而螺钉是M6，螺钉与光孔存在较大的间隙，接触面变得更小，从振动松脱的螺钉看，螺钉的接触面是很狭窄的一个环形（如图2阴影部分所示）。在随机振动的过程中，夹具通过螺钉把振动动力传递到产品中，就某个螺钉而言，螺钉受到的外力大小和受力方向都是随机的。在８个螺钉中拧紧时受到接触面间的摩擦力较不均匀，且螺旋副的摩擦力减小较大的螺钉。当摩擦力减小到一定值时，就会使螺旋副产生相对运动趋势，这样反复振动，螺旋副就会发生相对运动，摩擦力迅速减小，螺钉松动。一旦产生螺钉局部松动后，其余螺钉就会迅速的松动，最终发生螺钉脱落现象。

图2阴影部分表示与沉孔接触部分

螺钉的旋合长度。实验证明，螺纹在受到拉力时，约有1/3的载荷集中在第一圈上，以后各圈受到的拉力就迅速递减，第八圈以后的螺纹几乎不受载荷。而本试验中M6螺钉的螺距为1mm，螺钉的旋合长度为9mm，螺纹的受载荷不小于8圈，因此从旋合长度来分析，也不应该出现松脱现象。但在随机振动中，螺钉的受力不均匀，受到外力的变化较大，会引起静位移现象产生。旋合长度会影响静位移的大小，而静位移的大小会影响螺钉吸收随机振动时所产生的能量。因此旋合长度的长短也会影响松脱现象。

2.2螺钉脱落解决措施

因为要求夹具重复使用，因此许多一次性螺纹防松措施都不可用。若改用公称直径大的螺钉可能满足要求，但不能模拟真实状态，并且产品也不允许扩大螺纹孔的公称直径。提高产品与夹具同轴度可以达到螺钉脱落，但从产品和夹具着手不可行。因此如何提高产品与夹具的同轴度，而又对夹具进行继承，产品不需改动是解决此问题的关键。经过分析，采取加长螺钉与螺纹孔的旋合长度，这样在螺钉拧紧过程中就会自动校正产品螺纹孔与夹具沉孔的同轴度，理论上旋合长度越长，其同轴度越高，同轴度提高，螺钉与夹具沉孔的接触面也相应的增大，可使接触面间的摩擦力均匀。只要产品的8个螺纹孔与所对应夹具沉孔的同轴度提高，那么产品与夹具中心轴的重合度也得到校正。在校正的过程中，螺钉除了受到总拉力，螺旋角产生的摩擦力外，还受到在校正时产生的咬合力，这种咬合力很难用公式计算出来，但通过前后比较，测力矩扳手可测量所增加的摩擦力，咬合力大小与螺钉长度有直接关系。如图3所示，F1、F2分别表示螺钉与夹具和产品所产生的咬合力。如果螺钉过长，咬合力迅速增大，可能出现螺钉受到摩擦力过大，拉力过大，对螺钉承受载荷不利，也可能使螺钉受到的力矩远大于许用值，螺钉的装卸也不方便。最好达到螺钉受力比较均匀，螺钉与夹具接触面间摩擦力均匀。另外增加旋合长度会使螺钉较柔软，有利在螺钉受到不稳定的外力时增大静位移，静位移增大能使螺钉更多地吸收振动时产生的能量，受到的振动力得到一定缓冲与减小，有利增大螺钉的摩擦力。在试验中把螺钉的长度增加8mm，经试验证明这种改进措施有效可行，避免松脱现象。除了更换螺钉，产品的螺纹足够深，因此对夹具与产品都不需更改，方法简单，是一种合理的解决措施。

图3光孔与螺纹孔校正前后

3结语

本文通过振动试验中螺钉的松脱现象，对产生松脱原因进行详细的分析，借助增加螺钉长度提高光孔与螺纹孔配合的同轴度时所产生的咬合力来增大螺钉螺旋副的摩擦力，同时也使螺钉与沉孔接触面间摩擦力比较均匀，从而达到提高螺钉的防松目的，使问题得到合理的解决。

参考文献

[1] 刘鸿文．材料力学[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2] 濮良贵．机械设计（第七版）[M]．北京：高等教育

出版社，2001．

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（贵州航天电子科技有限责任公司，贵州 贵阳 550009）

摘要：专用夹具径向安装常采用螺钉连接，在振动时，常存在夹具与产品的同轴度较低，时而发生螺钉的松脱现象，螺钉连接松脱现象是螺钉在振动中常出现的一种失效形式。文章针对随机振动试验中产生的松脱现象，详细分析了螺钉松脱的原因，提出了一种有效合理的解决措施。

关键词：专用夹具；螺钉连接；振动脱落；松脱原因

中图分类号：TG759文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0073-02专用夹具（以下简称夹具）在某型号产品做力学环境试验时具有重要的作用。特别是在研制阶段，产品存在不确定因素，会导致夹具使用范围窄小，每个研制阶段都可能设计一套夹具，但夹具在一次性设计中难免会有不足之处，在振动实验中出现异常而导致试验不能继续的情况时有发生。另外，某型号系统内的分系统的安装方式大部分都采用径向或轴向安装形式。轴向安装方式使用拧紧螺母紧固，很少发生螺钉松脱现象。而径向安装常采用螺钉连接，在振动时，常存在夹具与产品的同轴度较低，时而发生螺钉的松脱现象，导致试验中断。如果有比较合理的措施，稍作改动就能解决螺钉松脱问题，这样不仅可以避免对试验造成严重的影响，而且可以为其它分系统夹具设计提供一定的参考。

1产品与夹具连接螺钉松脱现象

O表示夹具圆心，O`表示转发译码机圆心，O``表示收发信机圆心

图1

在随机振动试验中，其产品与夹具装配如图1所示。产品用实线表示，产品由收发信机与转发译码机两部分组成，通过8×M6×22的螺钉把产品与夹具紧固连接，然后通过压板把夹具紧固在振动台上，分别对产品的三个方向（X、Y、Z）进行各5分钟的随机振动。第一次振动，产品没有松脱现象。但第二次振动，在X方向振动约两2分钟就出现松脱现象。经过反复振动试验，发现开始是出现某一螺钉松动，松动程度越来越大最终螺钉脱落，在第一个螺钉迅速松动时，其它的螺钉也慢慢松动。如果不停止振动，就会出现全部螺钉脱落现象。换成Y或Z方向，也有类似现象发生。因此无论采用哪一个方向先振动，在达到振动时间要求之前都会出现螺钉松脱现象，最终导致试验无法完成。

2螺钉松脱分析及解决措施

2.1螺钉脱落分析

产品与夹具同轴度低。如图１所示，收发信机和转发译码机都是由多个零件装配而成，加工和装配都存在一定的误差，因此对收发信机和转发译码机分别与4个螺纹孔所在安装弧面的同轴度都有较大的偏差。转发译码机4个螺纹孔也因相同的原因存在同轴度偏低。收发信机与转发译码机之间也存在类似装配误差。同轴度累计偏差，最终表现在夹具沉孔与产品螺纹孔同轴度严重偏低，且方向具有不确定性。螺钉（连接产品与夹具的螺钉）在拧紧后产生螺钉的沉头面不完全与夹具的沉头面接触，螺钉与产品接触面间不同的径向受到的摩擦力相差较大。另外夹具的光孔是φ7mm，而螺钉是M6，螺钉与光孔存在较大的间隙，接触面变得更小，从振动松脱的螺钉看，螺钉的接触面是很狭窄的一个环形（如图2阴影部分所示）。在随机振动的过程中，夹具通过螺钉把振动动力传递到产品中，就某个螺钉而言，螺钉受到的外力大小和受力方向都是随机的。在８个螺钉中拧紧时受到接触面间的摩擦力较不均匀，且螺旋副的摩擦力减小较大的螺钉。当摩擦力减小到一定值时，就会使螺旋副产生相对运动趋势，这样反复振动，螺旋副就会发生相对运动，摩擦力迅速减小，螺钉松动。一旦产生螺钉局部松动后，其余螺钉就会迅速的松动，最终发生螺钉脱落现象。

图2阴影部分表示与沉孔接触部分

螺钉的旋合长度。实验证明，螺纹在受到拉力时，约有1/3的载荷集中在第一圈上，以后各圈受到的拉力就迅速递减，第八圈以后的螺纹几乎不受载荷。而本试验中M6螺钉的螺距为1mm，螺钉的旋合长度为9mm，螺纹的受载荷不小于8圈，因此从旋合长度来分析，也不应该出现松脱现象。但在随机振动中，螺钉的受力不均匀，受到外力的变化较大，会引起静位移现象产生。旋合长度会影响静位移的大小，而静位移的大小会影响螺钉吸收随机振动时所产生的能量。因此旋合长度的长短也会影响松脱现象。

2.2螺钉脱落解决措施

因为要求夹具重复使用，因此许多一次性螺纹防松措施都不可用。若改用公称直径大的螺钉可能满足要求，但不能模拟真实状态，并且产品也不允许扩大螺纹孔的公称直径。提高产品与夹具同轴度可以达到螺钉脱落，但从产品和夹具着手不可行。因此如何提高产品与夹具的同轴度，而又对夹具进行继承，产品不需改动是解决此问题的关键。经过分析，采取加长螺钉与螺纹孔的旋合长度，这样在螺钉拧紧过程中就会自动校正产品螺纹孔与夹具沉孔的同轴度，理论上旋合长度越长，其同轴度越高，同轴度提高，螺钉与夹具沉孔的接触面也相应的增大，可使接触面间的摩擦力均匀。只要产品的8个螺纹孔与所对应夹具沉孔的同轴度提高，那么产品与夹具中心轴的重合度也得到校正。在校正的过程中，螺钉除了受到总拉力，螺旋角产生的摩擦力外，还受到在校正时产生的咬合力，这种咬合力很难用公式计算出来，但通过前后比较，测力矩扳手可测量所增加的摩擦力，咬合力大小与螺钉长度有直接关系。如图3所示，F1、F2分别表示螺钉与夹具和产品所产生的咬合力。如果螺钉过长，咬合力迅速增大，可能出现螺钉受到摩擦力过大，拉力过大，对螺钉承受载荷不利，也可能使螺钉受到的力矩远大于许用值，螺钉的装卸也不方便。最好达到螺钉受力比较均匀，螺钉与夹具接触面间摩擦力均匀。另外增加旋合长度会使螺钉较柔软，有利在螺钉受到不稳定的外力时增大静位移，静位移增大能使螺钉更多地吸收振动时产生的能量，受到的振动力得到一定缓冲与减小，有利增大螺钉的摩擦力。在试验中把螺钉的长度增加8mm，经试验证明这种改进措施有效可行，避免松脱现象。除了更换螺钉，产品的螺纹足够深，因此对夹具与产品都不需更改，方法简单，是一种合理的解决措施。

图3光孔与螺纹孔校正前后

3结语

本文通过振动试验中螺钉的松脱现象，对产生松脱原因进行详细的分析，借助增加螺钉长度提高光孔与螺纹孔配合的同轴度时所产生的咬合力来增大螺钉螺旋副的摩擦力，同时也使螺钉与沉孔接触面间摩擦力比较均匀，从而达到提高螺钉的防松目的，使问题得到合理的解决。

参考文献

[1] 刘鸿文．材料力学[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2] 濮良贵．机械设计（第七版）[M]．北京：高等教育

出版社，2001．

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