螺纹锁紧及防松

机构设计——锁紧与防松
此处所讲的锁紧与防松仅适于可拆结构。

对于不可拆结构，一般从配合上或用不可拆联接达到要求。

锁紧机构主要工作原理相关是力学上的死点、压力角和摩擦角。

其实际机构非常多，常用的有螺纹锁紧、偏心轮锁紧、斜面锁紧、四杆机构锁紧。

螺纹锁紧是最常用的，其产品已经标准化。

在一般情况下推荐使用。

使用螺纹锁紧时应注意配合的螺纹长度。

一般说来，超过八个牙后多余的配合长度意义不大，少于三个牙则联接不可靠。

螺纹锁紧的一个最大优点是行程长，全行程均可作为有效作用点，且各处增力均匀。

其缺陷是当工作行程要求较长时，操作起来较麻烦。

一般情况下均可采用，但在要求快换的情况下不宜单独使用。

偏心轮锁紧机构能快速锁紧，但其锁紧作用点较为固定且行程很小，对零件精度有一定的要求。

对于塑胶件来说，因其容易产生蠕变而影响锁紧效果。

对于锁紧点常作小范围变动的情况，可能偏心轮与螺纹锁紧配合使用。

斜面锁紧增力较小，行程较小，但行程有一定的调节能力，一般以斜锲的方式使用。

在实际设计中，常利用塑胶的弹性在较小的锁紧力情况下使用。

另外，也常用于调节零件间的间隙。

一般不用于较大锁紧力的情况。

四杆机构锁紧行程可设计得很大，锁紧点较为固定。

对于精度较高的机构可单独使用。

除行程可以设计得较大外其它情况与偏心轮相似。

一般与螺纹锁紧配合使用。

其结构较为复杂，应用于经常使用的快换机构。

除以上常用的锁紧机构外，还有一类机构没有锁紧作用，但能在作用点附近自锁。

这类机构常与锁紧机构配合，扩展锁紧机构的功能。

这类机构除棘轮外没有固定的方式，一般是临时设计。

压力角是机构中不考虑构件的惯性力和不计运动副的摩擦力的情况下,机构运动时从动件所受到的驱动力的作用线与该力作用点处运动的绝对速度方向线之间所夹的锐角。

压力角越大，驱动越困难。

当压力角的余角小于接触面间的摩擦角时，机构就能自锁。

在设计自锁机构时，对摩擦角的取值应是机构工作所有可能环境的最小值。

除此之外，此类机构还要求能在一定情况下能方便的解锁。

此类机构与锁紧机构配合使用时可先解除锁紧，在没有锁紧力时一般可过改变驱动力的作用点的方式轻松解锁。

在做自锁与锁紧机构设计时，一定要注意零件的刚度问题。

如机构零件在作用过程中产生较大的变形，则很可能会达不到设计效果。

防松不仅对锁紧机构重要，对较恶劣环境下工作的联接也很重要。

对于一般情况下的螺纹防松在《机械设计手册》上有所介绍，此处只考虑复杂受力环境下的机构防松。

防松的重要原理一个是固定；一个是弹性；还有一个是隔离作用力。

对于固定防松的方式较为极端，也最有较。

比如，一些狙击手用盐水将瞄准器与枪上的固定座浸泡，使之生锈。

这种方式可使联接在受枪强大的反冲力的情况下仍不松动。

在设计上，有用胶水固定，甚至在机构锁紧后直接焊接固定的极端情况。

在要求可拆的情况下，也有附加一固定机构将锁紧部分固定起来的情况。

但对于要求有一定调节量的情况这些方案就不适用了，这时一般利用弹性来达到防松的目的。

机构（包括锁紧机构、联接机构、自锁机构）之所以在复杂受力情况下会松驰，主要原因是机构在复杂受力情况下产生少量的位移（这很正常，除用极端方式固定外不可避免）后，因其在锁紧方向的力要大于解锁方向的作用力，所以机构返回原位置较偏移原位置困难。

在多次作用积累下，就会产生较大的位移，从而产使机构松驰，达不到预定设计效果。

而在锁紧机构中加处弹性元件，则可起到两个作用。

一是弹性元件可起到复位的作用，将产生的位移以弹性形变的方式出现。

当外力情况变化时，弹性元件则以相应的弹性形变应对。

在这种情况下，机构中的元件并无实质上的位移，也就避免了松驰的产生，从而起到防松的作用。

具体的例子有螺纹联接中的弹性垫圈防松，异形垫圈防松。

另一个作用是缓冲作用。

在受冲击作用力时，在没有缓冲作用的情况下产生的力的峰值是非常大的。

而在弹性元件的缓冲作用下，可使受保护的零件受力呈几何数量级的
减少。

在这种情况下，可大大减少机构松驰的可能。

将锁紧零件与运动零件隔离也是一个很好的防松方法。

对于要经常调节、机构内经常有相互运动的机构（如活动支臂、摩擦阻尼机构）在力度需要调节的情况下，锁紧机构不可能采用固定的方式防松。

而因其常作大幅度的往复运动，弹性元件的作用也很有限。

在这种情况下，可以将用于锁紧的零件与机构中与之有相对运动的零件在受力上隔离开来。

采用这种方式时，因运动零件对锁紧零件无影响，所以不用担心在使用过程中机构因多次运动而松驰。

采用这种方式要注意的是隔离要彻底。

因为零件加工误差和装配间隙的存在，较小的间障也会使隔离不彻底。

在隔离不彻底的情况下，往往开始时机构还有一定的防松能力，但运行越久防松效果越差，最后根本达不到设计要求。

一辆汽车需要很多螺纹副对其各部位实施连接，且连接牢固与否直接影响着汽车的使用。

在汽车设计时对此应采取相应防松措施。

常用的摩擦力防松有弹簧垫防松、预紧力防松或特制的自锁螺纹等；机械方法防松有开口销防松、锁片防松、保险丝防松等。

1.碟形弹簧垫片的装配方向应正确
碟形弹簧垫片在汽车上的使用日渐增多，但若安装不当，则不会起到防止螺纹松动的作用。

正确的安装方向应该是将碟形弹簧垫片的凹面朝向连接件，凸面朝向螺母。

这样螺母拧紧后，由于碟形弹簧垫片受力变形，支承表面受到反作用力而起到锁止作用。

2.连杆轴承盖连接螺母开口销的长度应合适
分解检查一些发动机连杆轴承异响故障时，常发现个别连杆连接螺栓上锁止螺母的开口销已经没了，其原因多因开口销过长，高速运动中与曲轴臂相撞折断，最后脱落。

确定此开口销正确长度的方法是将开口销插入锁止螺母相应的孔内，用手锤敲击到位后，开口销的伸出长度不得超过曲轴臂平面，然后按要求将开口销锁止即可。

3.保险铁丝拉紧方向应正确
汽车底盘的有些部位，采用保险铁丝防止螺纹松动，例如：变速叉与变速叉轴的连接螺栓等。

保险铁丝防松较为可靠，但安装时应注意保险铁丝规格的选择和穿入螺钉孔后的拉紧方向。

保险铁丝过粗不易穿过去，保险铁丝直径应略小于所穿孔的直径，穿插时稍有阻力即可。

区别保险铁丝穿入方向正确与否的方法是：假设将某一螺栓旋松，保险铁丝应处在拉紧状态，即旋松一螺栓就将其相邻的两个螺钉拉紧，否则为不正确。

4.锁片应锁止在螺母的侧平面上
汽车上较大件的螺母锁止常采用锁片防松。

例如：汽车转向节锁紧螺母、
变速器第二轴前端锁止螺母等。

锁片锁止应在螺母按规定扭矩拧紧后，将锁片折向螺母的某一侧平面上，同时用锤击使其贴紧，不可将锁片贴在螺母的棱角处，这样是不会很好地起到防松作用的。

5.弹簧垫圈的弹性不应失效，尺寸应当合适
弹簧垫圈在使用中常由于受热或长时间压缩而失去应有的弹性。

因此，在安装弹簧垫圈前，应检查其弹性是否失效。

检查的方法是看垫圈接口处两端上下是否错开了一定的角度。

若其错开角度较小或没有错开角度，则此垫圈己失效。

同时，垫圈尺寸应与相配合的螺栓尺寸相对应，垫圈外径略小于螺母外径为合适。