紧固件的旋转和非旋转松动

SunFMEA

实际上，不管任何复杂程度的工程产品都会使用螺纹紧固件。螺纹紧固件相对于大多数其他连接方法的一个关键优势是，它们可以拆卸和重复使用。

这一特性通常是螺纹紧固件优于使用其他连接方法的原因，并且螺纹紧固件通常在保持产品结构完整性方面起着至关重要的作用。然而，它们也是出现机械和其他失效问题的一个重要来源。造成这些问题的部分原因是，它们在使用中出现自松问题。

自工业革命开始以来，这种螺栓自松一直是一个困扰着科学家和工程师的问题。在过去的150年里，发明家一直在设计可以防止这种松动的方法。许多常见的螺纹紧固件锁紧方法都是在100多年前发明的，但是直到最近才逐步揭开是什么原因导致的自松主要机理。

有许多机制可能导致螺纹紧固件松动，这些机制可分为：旋转和非旋转松动。

旋转和非旋转松动

在绝大多数应用中，螺纹紧固件都是要进行拧紧的，以便在接头中施加预紧力。松动可以定义为拧紧完成后的预紧力损失。这可以通过两种方法中的任何一种方法发生。旋转松动，通常称为自松，是指紧固件在外部载荷作用下发生相对转动。非旋转松动是指内螺纹和外螺纹之间没有相对转动，但会发生预加载损失。

紧固件因非旋转松动引起的松动

装配后，紧固件本身或接头变形可能导致非旋转性松动。这可能是这些界面部分塑性坍塌导致的结果。当两个表面相互接触时，每个表面上的微凸体承受支撑面压力载荷。由于凸点实际接触面积可能远远小于宏观面积，因此即使在中等载荷下，因表面粗糙度的凸出部分应力也会大于材料的屈服强度，这些凸出处就会承受非常高的局部应力，产生塑性变形。

显示粗接触的放大表面

这会导致拧紧操作完成后表面部分塌陷。这种塌陷通常称为嵌入。由于嵌入而损失的夹紧力的大小取决于螺栓和被连接件的刚度、接头内存在的界面数量、表面粗糙度和施加的接触应力。在中等的表面应力条件下，最初的塌陷通常会导致大约1%到5%的夹紧力损失，这些损失一半在接头拧紧后的前几秒钟内丢失。当随后通过施加的力对接头进行动态加载时，由于接头界面上会发生的压力变化，接头会进一步减小。

由于嵌入损失而导致的松动在由几个薄接合面和螺栓小夹持长度组成的接合处是有问题的。如果表面承载应力保持在接头材料的压缩屈服强度以下，则可计算嵌入损耗量，并可通过接头设计以补偿该损耗。