摘 要：本研究是通过在螺母和螺栓两接触界面之间增加滚柱机构来实现螺母防松抗振目的，其基本结构是在螺母上增加滚柱槽道，在槽道内设置滚柱和弹簧压片，设计结构简单，外形和普通螺母相似、制造方便且装卸灵活。

  关键词：滚柱机构；防松；抗振；螺母

  1 研究背景

  一般的螺母在使用过程中，由于振动等其它原因会自行松脱，而且在当前机械设备的事故中，有80%以上的事故是由于紧固件的松动而造成的。为了减少此类事故的发生，自锁螺母应运而生。

  自锁螺母主要应用在大型机械及高振动机械领域，能够在一定范围内克服普通螺母在服役条件下易松动的缺点（不存在完全不松动的螺母，仅仅是在锁定能力上有差别）。目前已经出现并投入生产的自锁螺母已有10多种，其中国内广泛应用的有3种，分别是：锯齿式、偏心轴式（日本Hard Lock公司出品）、Spiralock式。通盘考察这10多种自锁螺母，一般能提升自锁能力约2-3倍，但是却有如下缺点：

  锯齿式、紧环式、非圆螺廓式、卡圈式、双金属式、弹性变形式等自锁螺母在振动作用下，螺栓与螺母之间、以及螺母外面与工件之间产生金属的塑性变形，使外螺纹之间松动或使咬合面脱离；已有的自锁螺母加工精度要求高，生产成本过大，如我国高速铁路动车组（EMU）主要应用的Hard Lock偏心轴自锁螺母，其生产时所需要的精度远超国内工业生产成本；Pilgrim式螺母需要在螺母内部安装液压操控装置，结构过于复杂；Spiralock式螺母要把其内螺纹的60°角牙局部加工成30°角；如锯齿式、紧环式螺母等对被紧面的刚性、平整程度有一定要求；上述自锁螺母除Hard Lock式、双向紧固式、锯齿式等之外，不支持螺母二次拆装。

  综上所述，本研究拟采用滚柱锁定原理，研制一种易加工生产、易安装、低成本、适用范围广、抗振性好的“永不松动”自锁螺母。

  2 可行性研究

  本研究立足于传统螺母标准，对螺母的材料、外形尺寸、内螺纹的机械加工等方面没有较大改动，并且适用于已有的标准螺母。通过在螺母和螺栓两接触界面之间增加滚柱机构来实现螺母防松抗振目的。

  3 主要技术原理

  图1所示的是本研究设计的利用滚柱机构的永不松动螺母的结构原理图。在螺母某一端面加工出滚柱槽道，在槽道内安装滚柱和弹簧压片。滚柱和弹簧压片是在螺母拧紧后安装到滚柱槽道里的。

  图2所示的是本研究设计的永不松动螺母的滚柱机构受力分析图。图中，FN1为滚柱槽道上端面给滚柱的约束力；FN2为被紧面给滚柱的约束力；Ff1为滚柱槽道上端面给滚柱的摩擦力；Ff1为被紧面给滚柱的摩擦力；FK为弹簧压片給滚柱的弹力。

  滚柱槽道上端面是倾斜的，在螺母拧紧方向低，在螺母松弛方向高，当螺母松弛时，即螺母向松弛方向运动时，由于槽道倾斜，螺母的运动受到滚柱阻碍，由此起到螺母防松的目的。在本研究设计中，在滚柱槽道内增加了弹簧压片，弹簧压片对滚柱具有弹力作用，进一步加强了螺母的防松抗振作用。

  4 结束语

  本研究设计的螺母，对螺母加工精度要求不高，滚柱槽道斜面倾角可以在一定的范围内均有良好的锁定效果，滚柱槽道的深度与宽度的加工范围同样可以放宽，对滚柱的长度、直径等方面的精度要求同样可以放宽。采用国家标准的螺母内螺纹，则不对其进行修改。螺母上滚柱槽道的加工可以通过金属切削或是冲压来实现，生产成本低，对已有设备的兼容性好，仅需对现有生产线和生产设备做微小改造，可以便捷地把已有的非自锁螺母加工成本研究设计的螺母。对已有的被紧固机械设备兼容性好，易于安装和拆卸，支持多次拆装，且保证紧固效果相同。对螺母的外形尺寸没有更多的要求，原有螺母的六角形结构可保持不变。对原有螺母材料选择和热处理制度等方面没有改动，应用前景非常广泛。

  参考文献

  [1]曲璇中.钛合金双耳托板自锁螺母的研制[J].稀有金属材料与工程，1996（4）：51-54.

  [2]佚名.国家标准——自锁螺母修订说明[J].航空标准化与质量，1979（5）：15-19.

  [3]王喜林，代立夫.自锁螺母的探讨与应用[J].矿山机械，1992（5）：23-27.

  [4]刘荣清，秋黎凤.自锁螺母的原理及应用[J].纺织器材，2008（s1）：52-54.

  [5]张力.美国施必牢Spiralock防松螺母[J].城市轨道交通研究，2005（5）：6-7.

来源：《科技创新与应用》2017年13期