解析不脱出螺钉的联接结构

解析不脱出螺钉的联接结构
1引言
为了防螺钉脱落，解决小螺钉脱落后不易寻找的问题或避免脱落后造成的不良后果，在舰船配套产品上的一些经常需要维修拆卸的面板（或盖板）安装场合广泛采用了不脱出螺钉（Crewswithwaistedshank），我国也早就形成了相应的技术标准：如GB/T837-1988开槽盘头不脱出螺钉等，并且分别给出了各种不脱出螺钉的结构尺寸规范。

然而，标准中并没有对不脱出螺钉的联接结构形成相应的技术规范。

由于不脱出螺钉的结构特殊性，其联接与普通螺钉是有却别的。

然而，设计人员往往忽视与普通螺钉是有区别的。

如：
事件1：某产品面板安装的不脱出螺钉存在安装难、拆卸难、面板压不平等问题并发现螺钉拧过头形成“滑丝”假象。

事件2：某控制柜盖板不脱出螺钉在现场防脱卡簧大量脱落，试验完成后螺钉遗失较多。

2不脱出螺钉结构特点分析
以常用的开槽盘头不脱出螺钉为例，图1为GB/T837-1988开槽盘头不脱出螺钉的结构示意图。

从图中可见，不脱出螺钉在结构上依次由大于螺纹大径的螺钉头（外径dk）、小于螺纹小径的束腰（直径ds）及螺纹（大径d）三部分组成，螺钉头起到压紧被连接件作用，束腰部分起防脱作用，螺纹部分起联接作用。

显然，螺钉结构本身并不具备防止脱落的功能，螺钉的防脱出功能是要靠与被连接件（即盖板或面板）之间的联接结构来实现的，即通过一定结构将螺钉的束腰部分（waistedshank）卡在被连接件安装孔上来实现防脱出功能。

从不脱出螺钉标准尺寸规格表中可以发现，螺纹部分长度b≈螺纹直径d*1.5，螺纹规格大螺纹长度也越长，螺纹长度基本上是满足连接强度的最小长度，而对螺钉工程长度L没有规定，从螺纹长度限制也可以看出不脱出螺钉联接结构的严格要求。

3不脱出螺钉联接方式分类
为了使螺钉挂在被连接件上不脱出，在结构上一般采取两种方式：
（1）丝扣防脱（如图2所示）：被连接件安装孔上带有与螺钉螺纹规格一致的螺纹，；螺钉选旋入后被挂在被连接件上，不会自然脱出，上述事例1即为该结构：
图2丝扣防脱结构示意图
（2）卡式防脱（如图3所示）：被连接件安装孔为大于螺杆外径的光孔，螺钉通过弹性卡套、弹性挡圈卡或卡簧固定在被连接件上（图中为弹性挡圈防脱结构示意图），如不拆卸弹性挡圈，螺钉则无法从被连接件孔中脱出，上述事例2为该结构。

图3弹性挡圈防脱结构示意图
图2和图3中，h1为被连接件及弹性挡圈总厚度，h为防脱出结构内表面至连接螺孔上表面之间的距离，H为被连接件（含外垫圈）外表面至连接螺孔下表面的距离（即连接构件总厚度），b为螺钉旋入长度。

4连接结构正确的技术条件
虽然标准中没有说明，但从不脱出螺钉防脱结构特点及螺纹长度较小的特点可以发现，不脱出螺钉的联接结构是由严格要求的。

如果被连接件仅用一个螺钉固定，由于在拧紧或拧松螺钉的过程中，被连接件会与螺钉一起旋转，防脱螺钉与普通螺钉在安装结构上除防脱结构外或许没有特出要求，然而，被连接件往往被卡在被连接件上，被连接件同时受到多个螺钉约束，被连接件无法随单个螺钉的旋转而旋转。

正因为不脱出螺钉具有被卡在连接件上、螺纹尺寸有限以及通常有多个螺钉同时连接一组构件的特征，不脱出螺钉的联接结构必须满足以下三个技术条件：（1）螺钉在被连接件上的串动量应等于或略大于螺钉的螺钉的拧入量，以保证螺钉能拧入连接件螺孔内，这是保证连接有效的基本条件。

即：L≥h1+2b （2）防脱结构内表面至连接螺孔上表面之间的距离英等于或略大于螺钉的旋入量，以保证在拆卸时螺钉顺利拧入和拧出连接螺孔。

即h≥b
这是保证被连接件上防脱结构不发生干涉，保证顺利安装的必要条件。

否则，丝扣防脱结构在螺钉拧入时，其它螺钉会被顶住，造成被连接件变形、拧入困难或丝扣受损，工人操作时只好多个螺钉同时逐步拧入，在螺钉退出时，螺钉的螺纹部分在没有完全从连接螺孔中退出之前就被连接件螺孔中，形成螺扣自锁，拆卸相当困难，强行拆卸会造成螺钉损坏；卡簧防脱结构在螺钉退出时会碰到被连接件防脱结构反面，形成被连接件的顶压，强行拆卸时，卡簧会沿螺纹被拧出，最后使螺钉防脱结构失效。

（3）螺钉长度不能超出连接构件的总厚度，以使螺钉拧紧后螺纹部分正好在连接螺孔内，这是保证不脱出螺钉有效连接的另一基本条件。

即L≤H回头再看，标准规范中之所以将螺钉的螺纹长度规定为满足联接强度的最小长度，正是考虑到避免联接结构进一步复杂化的需要，而这一规范也决定了其联接结构的严谨性。

另外需要注
意的是，不脱出螺钉不是防松螺钉，不能将防脱出与防松两个概念混为一谈，防松结构应另行考虑。

5问题事例原因分析
通过以上分析，前面提到的事例中的问题产生的原因也就很清楚了：
事例1中，由于防脱结构内表面至连接螺孔上表面之间的距离h太小（可能根本未考虑），面板螺纹与连接螺孔螺纹形成干涉，从而造成的螺钉拧入拧出都很困难、甚至无法拆卸、面板安装不平等问题，同时由于螺钉长度超出了连接构件的总厚度，螺纹部分被拧到了螺孔外面，形成“滑丝”假象。

事例2中，防脱结构内表面至连接螺孔上表面之间的距离h不够，安装盖板时，四个螺钉需要同时逐步拧入；拆卸盖板时，四个螺钉同时退出，操作人员不知道存在结构问题，往往注意拆卸螺钉，拆卸时弹性挡圈顶住盖板后继续旋转，使挡圈沿螺纹退出，造成防脱失效，螺钉脱落。

6结束语
总之，螺钉虽小，但不同的螺钉有不同的规范要求，应该引起设计人员的足够重视，既要熟悉标准规格，还要分析其结构特点：在安装作业过程中，操作人员发现问题应及时发现并反馈问题，不应蒙混过关，否则会造成操作困难，功能失效，甚至造成重大重量事故。