顶紧螺栓的防松螺母安装位置探讨

李文鹏

（成都市特种设备检验院　成都　610036）

顶紧螺栓的防松螺母安装位置探讨

李文鹏

（成都市特种设备检验院成都610036）

顶紧螺栓配合防松螺母的结构在工程实际中得到广泛应用，防松螺母安装在顶紧螺栓的工作面侧和非工作面侧都比较常见，本文分析了这两种安装方式的螺旋副受力情况，认为两种方式各有优劣。安装在非工作面侧时，螺母预紧力的操作方向和螺栓的顶紧操作方向一致，拆卸方向也一致，操作方便，但是需要的预紧力要大于受到的外力；安装在工作面侧时，螺母预紧力的操作方向和螺栓的顶紧操作方向相反，拆卸方向也相反，防松效果较好，但是需要从工艺上保证防松效果。

顶紧螺栓防松螺母预紧力

在机械工程上经常要用到螺纹联接，一般情况下由于螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角，因此联接螺纹能够满足自锁条件，使螺纹联接安全可靠。但当螺纹联接工作在交变载荷、振动、冲击或温度变化很大的场合时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失［1］，这种现象多次重复后，螺纹联接自动产生松动，从而造成联接失效，甚至发生设备损坏或其他事故。为了保证联接安全可靠，必须采取有效的防松措施。防松的根本问题是在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。按照工作原理，防松的方法有摩擦防松、机械防松和铆冲防松等，顶紧螺栓和防松螺母的螺旋副防松属于摩擦防松。

顶紧螺栓有方便调节、结构简单、工作可靠等优点，一般用于交变载荷的预紧，甚至有很强的振动和冲击的场合，其工作环境比较恶劣。采用顶紧螺栓和防松螺母的螺旋副防松时，根据防松螺母安装位置的不同，可以分为工作面侧和非工作面侧两种情况。这两种情况在工程实际中都得到广泛使用，但其各自的防松特点、适用场合却少有人研究。本文以自动扶梯驱动主机的顶紧螺栓为例，对此进行探讨。

1　顶紧螺栓在自动扶梯上的应用实例

图1所示为顶紧螺栓在自动扶梯驱动主机上的应用。自动扶梯的工作原理是驱动主机的链轮通过双排滚子链和主驱动的链轮相联接，驱动自动扶梯的梯路系统和扶手带循环往复转动，从而运输乘客和专用手推车等。使用顶紧螺栓固定驱动主机有两个方面的原因，一是装配需要：链条传动设备的安装定位往往有误差，在装配时需要顶紧螺栓调节驱动主机的位置；二是自动扶梯运行过程中的调整需要：链条在使用一段时间后会伸长，需要重新调整驱动主机的位置以保证链条的张紧力。

图1　顶紧螺栓固定驱动主机示意图

图1中，在工作状态时，驱动主机受到链条的反向拉力有向左方移动的趋势，驱动主机施加一个水平方向的力（以下称作力F）给顶紧螺栓，顶紧螺栓与螺纹板的螺纹副有摩擦力［如图2（a）所示］；当驱动主机停止工作时，力F消失，顶紧螺栓与螺纹板的螺纹副摩擦力减小或消失［如图2（b）所示］。驱动主机在驱动链条运转时，会产生一定频率的振动（这是链条传动的特点），这个振动会通过力F传导给顶紧螺栓，使顶紧螺栓与螺纹板的螺纹副摩擦力不断周期性变化，如果没有防松措施，顶紧螺栓在交变的力F作用下，很快就会松脱。

图2　顶紧螺栓工作示意图

为了使顶紧螺栓始终处于良好的工作状态，必须采取防松措施，使顶紧螺栓和螺纹板的螺纹副始终有摩擦力存在。自动扶梯驱动主机常用防松螺母作为顶紧螺栓的防松措施，这是因为防松螺母具有方便调节、可以反复使用等优点。在图1中，防松螺母安装在顶紧螺栓的左侧，即非工作面侧。笔者在检验中也发现有将防松螺母安装在顶紧螺栓的右侧，即工作面侧的情况。

2　防松螺母的安装位置的优缺点分析

1）防松螺母安装在非工作面侧。防松螺母安装在顶紧螺栓的非工作面侧的特点是，螺母和螺栓的螺帽在螺纹板同侧，螺母预紧力的操作方向和螺栓的顶紧操作方向一致，拆卸方向也一致，操作方便（如图3所示）。特别是空间狭小或者螺纹板比较大的设备中，一个操作人员不方便双手在螺纹板两侧操作时，最好使用该方法进行防松。

图3　防松螺母安装在顶紧螺栓非工作面侧示意图

防松螺母安装在非工作面侧时螺纹受力如图4所示，螺纹板的螺纹受力和力F方向一致。在力F的作用下，防松螺母和顶紧螺栓的螺纹副有可能会失去摩擦力，因此，这种结构的防松要素是防止防松螺母和顶紧螺栓的螺纹副摩擦力消失。

图4防松螺母安装在非工作面侧时螺纹副受力图

顶紧螺栓受力变形如图5所示，假设防松螺母的预紧力为F0，螺纹板变形量为C1，顶紧螺栓变形量为C2。当受到力F后，顶紧螺栓变形量为C3，防松螺母与螺纹板之间的压力变为。为了保证防松螺母和顶紧螺栓的螺纹副之间在受到外力F后仍然有摩擦力，就要满足F1＞0，也就是F0＞F。

图5　防松螺母安装在非工作面侧时顶紧螺栓受力变形图

因此，防松螺母安装在非工作面侧时，为了达到防松效果，就必须保证预紧力大于顶紧螺栓受到的外力。

2）防松螺母安装在工作面侧。防松螺母安装在工作面侧的特点是，螺母和螺栓的螺帽在螺纹板两侧，螺母预紧力的操作方向和螺栓的顶紧操作方向相反，拆卸方向也相反，防松效果较好（如图6所示）。

图6　防松螺母安装在顶紧螺栓工作面侧示意图

防松螺母安装在顶紧螺栓的工作面侧时螺纹受力如图7所示，螺纹板的螺纹受力和力F方向相反，防松螺母螺纹受力和力F方向一致，在外力作用下，螺纹板和顶紧螺栓的螺纹副摩擦力有可能会消失。防松螺母在预紧力和力F的作用下和螺纹板之间有压力，可以防止螺母松脱，顶紧螺栓和防松螺母的螺旋副始终有摩擦力，顶紧螺栓也不能自由转动，所以防松效果较好。

图7　防松螺母安装在工作面侧时螺纹副受力图

该种结构的特点是首先将顶紧螺栓调整到工作位置，然后将防松螺母拧紧，在这个过程中顶紧螺栓会有一定的变形伸长量［如图8（b）］所示。因此该种结构具有以下局限性：

（1）当顶紧螺栓用于精确调整位置时，不适合该种结构；

（2）当顶紧螺栓需要调整的设备较重时（如图1顶紧螺栓固定驱动主机示意图），拧紧防松螺母前，需要将顶紧螺栓向反方向调整一定的距离，以保证顶紧螺栓的变形伸长空间；

（3）当力F较大并且有可能和顶紧螺栓的工作面不垂直时（图1顶紧螺栓固定驱动主机示意图），由于防松螺母的预紧力已经施加给顶紧螺栓一定的拉应力，力F的垂直分力更容易将顶紧螺栓折断［如图8（c）所示］，因此防松螺母的预紧力不能够太大。

图8　防松螺母安装在工作面侧时顶紧螺栓受力变形图

3　结束语

顶紧螺栓配合防松螺母是工程中常用的结构形式，防松螺母安装在顶紧螺栓的工作面侧或者非工作面侧都能够起到良好的防松作用，两种方式在自动扶梯驱动主机上的应用都比较常见。安装在非工作面侧时，需要的预紧力大于所受到的外力；安装在工作面侧时，不适合用于精确调整位置的设备，并且预紧力不能够太大，需要从工艺上保证防松效果，在实际应用中要根据需要进行选择。

［1］濮良贵，纪名刚.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，2000：68.

Discussion on the Installation Position of the Locknut of the Puller Bolt

Li Wenpeng
（Chengdu Institute of Special Equipment InspectionChengdu610036）

In the engineering practice， the structure of the puller bolt and locknut is widely used. It is common in the working face and non working side of the bolt. This paper analyzes the two kinds of screw pair force condition，and thinks that the two methods have their own advantages and disadvantages. Installed in the non working side， nuts pretightening force operating direction and bolt top tight operating in the same direction， disassembly direction， easy to operate， but need to preload to greater than by force； installed in the side of the working face， nuts pretightening force operating direction and bolt the top tight operating in the opposite direction， disassembly direction is opposite， anti loosening effect is good， but need to from process ensure locking effect.

Puller boltLocknutPretightening force

X941

B

1673-257X（2016）08-0059-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.015

李文鹏（1974～），男，本科，主任，高级工程师，从事机电类特种设备检验工作。

2016-01-04）