循环荷载下的螺栓连接必须防止自松，尤其是处于危险之中起重机及其桅杆结构、烟囱和桥梁等。为了避免自松，市场上有多种防松元件。不幸的是，最近通过横向针对试验显示，这些防松元件大多出现了问题。早在2003年，所有德国关于安全元件的法规都被撤销了。
最近，在德国达姆大学的一个研究项目中，分析了自松机制。其目的是防止螺栓连接在没有任何附加装置的情况下自松。
紧固螺栓通常需要拧紧。拧紧力矩（MA）可分为三部分：
MA=MT，P+MT，F+MH，F（1）
只有对螺距（MT，P）施加的力矩才导致预加载，产生预紧力。其他部分由摩擦引起：MT，F是螺纹中的摩擦，MH，F是螺栓头下的摩擦。要松开螺栓，需要力矩ML为：
ML=-MT，P+MT，F+MH，F（2）
很明显，当MT，P大于保持力矩（端面摩擦力矩和螺纹摩擦力矩）时，会发生自松现象。
MT，P>MT，F+MH，F（3）
在理论上，在没有任何摩擦时，螺栓的预拉伸是完全不可能的。在正常摩擦条件下，产生螺栓预紧力的力矩总是小于摩擦力矩。这种情况称为自锁。
但是，当连接发生滑动时，可以使自锁失效。这是一种物理效应的结果：当两个物体之间的静摩擦力由一个方向上的力决定时，物体之间在任何其他方向上，但在同一平面上的摩擦力都将会被禁用（失效）。这意味着，当连接发生滑动时，螺纹和头部下方的摩擦力减小，自锁功能可能失效，松动过程开始。
为了实现螺栓头部下方的位移，两个夹紧板之间的运动必须超过一定量，即临界滑移量。临界滑移量“a”可通过下式（Blume 1969）计算得出：
F：螺栓预紧力
μ：螺栓头下摩擦数
lk：螺栓夹紧长度
EI：螺栓刚度
该公式基于螺栓作为刚性梁的模型（见图1）。由于连接中的滑动而产生的复位力必须小于由于摩擦而产生的保持力。
图1：临界滑动模型（Blume，Illgner 1988）
从方程式4可以推断出抑制自松的几种可能性：
•增加预载
•使用细长螺栓
•增大夹紧长度
•减少可能的位移，例如使用定位螺栓
•提高螺栓头摩擦系数
Junker（Junker，Strelow，1966）开发了一个动态测试。通过该试验可以分析横向载荷条件下紧固件的锁定特性，这就是容克试验机。在该试验中，螺栓剪切连接由偏心旋转发动机移动。由于振动试验机连接件具有弹性，位移控制载荷被转化为变形和力的混合。容克测试已经列入德国标准DIN 65151。通过Junker测试，不可能定量的确认防松性能，但可以比较不同的连接防松优劣。
试验的结果是预紧力与荷载循环次数的关系。图2中显示了螺栓M10 x 30-8.8的一些结果。纵轴显示预加载，横轴显示加载循环数。单个螺栓的性能如图（2a）所示。大约150次负载循环后，预载消失。弹簧垫圈（2b）等连接不能避免自松。只有锁紧元件如锯齿形螺栓（2c）才能防止自动，虽然预紧力也会减小，但始终保持在较高水平。
a） 单螺栓 b） 弹簧垫圈 c） 锯齿形螺栓
图2：不同紧固件的预紧力与荷载循环（Strelow 1983）
在德国达姆大学，为更好地了解自松机制进行了几项试验，目前仍在进行中。其目的是寻找一种解决方案，以保护钢结构（M16-M36）的螺栓连接，而无需任何附加装置。到目前为止，测试系列的主要重点是夹紧长度的影响。
图3显示了测试台的草图。在试验机上固定两块钢板（S235，孔直径22mm，薄涂层）。为了减小偏心，荷载穿过板的剪切面。钢板用M20 10.9螺栓连接。用扭矩控制扳手将螺栓完全拧紧（Fv=160kn，MA=450nm，DIN 18800-7）。为了测量螺栓中的轴向力，他们配备了特殊的应变计。每个螺栓都提前校准。拧紧后，施加±2 mm的循环位移。频率在0.2到1赫兹之间变化。记录了螺栓轴向载荷的发展过程。最多1000次循环后，试验停止。
特别是夹持长度的影响进行了评估。因此采用了不同厚度的钢板。表1概述了迄今为止的测试参数。对每个参数运行三个测试。由于测试情况，并非所有结果都可以考虑在内。
图3：试验台
表1：测试参数
兹懋有相关的横向振动试验机，而且能够测试出振动时候的螺纹摩擦系数，这样就能更好的对振动时候的松动情况进行分析。
本次试验的具体结果敬请等待后续文章分析。
Zmart横向振动试验机
试验机测试界面
2、传力机构采用刚性连接，而不是类似容克试验机的弹性钢板连接，这样能够保证输出到振动装置上的振幅的一致性。
3、采用双电机驱动，能够较容易的调节振幅大小。
4、可以在振动时测量螺纹处摩擦扭矩和螺纹摩擦系数，便于更好的分析防松效果。
5、可以多段振动，在试验软件中设定不同的振动频率和振幅，不需对硬件（如容克试验机中的凸轮）进行改变。
扩展阅读：
德国SCHATZ®横向振动试验系统 (Vibration System)
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