螺纹连接松动分享：从定性到定量

在机械装配中，螺纹连接松动是一种常见的失效形式。一旦出现松动，扭矩和轴力会大幅衰减，难以保证连接的可靠性，还可能引发被连接件滑移、螺栓断裂等严重问题。所以，当螺纹连接松动时，必须进行失效分析，防止相同问题再次发生。下面，我们就从定性分析、旋转松动分析和非旋转松动分析这几个方面，详细探讨如何对螺纹连接松动进行分析。

螺纹连接松动主要分为两类：旋转松动和非旋转松动。判断到底是哪种松动，我们可以采用色标标注法。

在螺栓拧紧后，在螺栓头部和被连接件接触的位置，画上一条醒目的色标。测试结束，若螺栓出现松动，就观察色标情况。如果螺栓头部和被连接件上的色标不在一条线上，发生了偏移，那就说明是旋转松动；要是色标仍在一条线上，便属于非旋转松动。

确定是旋转松动后，我们要进一步找出具体原因。首先，对相关零件进行测试，检查摩擦系数、尺寸等是否符合设计图纸要求。要是测试没问题，那大概率是螺栓拧紧的预紧力不足，无法抵抗外载荷。接下来，我们就从预紧力和外载荷这两个关键因素入手分析。

1）预紧力不足

遇到预紧力不足的情况，可以尝试下面这些解决办法：一是增加螺栓的利用率，通过增加螺栓装配扭矩来实现；二是将扭矩法换成转角法，这样不仅能增加装配预紧力，还能提高预紧力精度；三是增大螺栓尺寸、提升螺栓等级，不过这么做的话，装配扭矩也要相应提高。

2）外载荷的大小和形式

当外载荷过大，装配预紧力就难以抵抗，从而导致旋转松动。如果零件测试结果都符合设计要求，我们可以通过优化连接结构设计等方式，来降低螺纹连接所承受的外载荷。

从载荷形式来看，螺纹连接的外载荷主要有扭转载荷、剪切载荷、轴向载荷这几种。其中，旋转松动对剪切载荷最为敏感，扭转载荷次之，基本不受轴向载荷影响。所以在设计时，要尽量避免或减小剪切载荷，在承受剪切载荷的位置，适当增大被连接件间的摩擦系数。

这些抗滑移安全系数可以用SD Pro螺栓计算软件计算分析。

要是优化预紧力和外载荷的成本太高，还可以从防松设计方面下功夫。常见的防松设计有给螺栓预涂防松胶、使用自锁螺母等，这些方法都能有效防止旋转松动。

非旋转松动是另一种导致螺纹连接松动的形式，其特点是内外螺纹之间没有相对位移，但装配的预紧力和扭矩却明显损失。分析这类松动，可以从以下几个方向考虑。

1）连接件工作在高温环境

高温导致非旋转松动，主要涉及热膨胀和应力松弛两个方面。热膨胀方面，当螺栓与被连接件的热膨胀系数不同时，温度变化会使螺栓轴向力改变，轴力可能增大，也可能减小，因此要考虑这一因素是否是导致松动的原因。在应力松弛方面，紧固件装配后处于拉伸状态，高温下会发生蠕变，拉伸量减少，预紧力随之降低，在承受高温载荷的螺栓连接应用中，应力松弛造成的载荷损失是一个关键考量因素。

可以通过SD Pro螺栓计算软件来分析，螺栓在高温下是否会出现塑性变形，例如该案例说明在常温下螺栓是没有发生塑性变形，但是如果螺栓使用在300℃就出现了塑性变形。

可以通过SD Pro螺栓计算软件来分析，螺栓在高温下是否会出现塑性变形，例如该案例说明在常温下螺栓是没有发生塑性变形，但是如果螺栓使用在300℃就出现了塑性变形。

2）软连接

软连接是指从开始拧紧到达到目标扭矩，连接的角度大于 720°。这种连接方式扭矩和轴力衰减严重，螺纹拧紧后容易松动失效。在设计和制造过程中，要尽量避免出现软连接，像连接副中存在塑料橡胶连接件、结合面匹配性差（有间隙、平面度不好、表面粗糙、多平面匹配问题）、焊接件间隙大、开档结构零件间隙大、衬套长度不足等情况都要尽量规避。

3）连接面粗糙

螺母与被紧固件、两个被紧固件之间、螺栓与被紧固件的接触面并非完全光滑。受到交变载荷作用后，不光滑的表面因摩擦会逐渐变光滑，导致被连接件的夹持厚度变薄，夹持件厚度减少量对应着轴力的衰减量。所以，要尽可能降低各个接触面的粗糙度，避免被连接件之间出现缝隙。

4）被连接件坍塌

拧紧用的紧固件通常经过热处理，屈服强度较高，像 8.8 级螺栓的屈服强度在 640Mpa 以上，硬度也高。而被连接件的屈服强度一般低于紧固件，当拧紧扭矩过大时，被连接表面可能发生塑性变形，进而出现坍塌。这会使被连接件的夹持长度减小，轴力和扭矩随之衰减。为解决这个问题，可以使用垫圈或法兰螺栓，增大螺钉与被紧固件的接触面积，同时提高被连接件的强度和硬度。

5）螺栓连接结构优化

从连接结构来看，细长螺栓的连接结构在防松方面更具优势，短粗螺栓则相对不利。因为较长的螺栓发生松动需要更大的外载荷，而且螺栓和被连接件的刚度减小，能降低连接副的松弛系数，减少松动敏感性。把短粗螺栓优化为细长螺栓，可以采取加衬套、螺栓杆部减细、取消部分内螺纹（沉孔）等措施。

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