螺栓连接是工业设备结构中最常用最方便的方法之一，但螺母的防松技术一直是困扰机械设计的难题。防松垫圈垫片、双螺母结构、凸缘压点螺纹等等自锁结构形式，都是为了使紧固的螺母免于自行松脱，尤其在振动较强的机械设备上更为重要。目前市面上的30°楔形螺纹可以说是螺母防松领域的既方便、可靠、实用，又效果良好的方法和技术。

30°楔形防松螺纹与标准内螺纹产品的技术对比

标准螺纹连接示意图

30°楔形螺纹连接示意图

一、普通标准螺纹容易松脱的原因

标准螺纹连接易松动的原因：

☉ 螺纹公差

☉ 表面光洁度

☉ 电镀累积

☉ 螺纹牙型几何/不匹配侧面角

☉ 螺距误差累积

螺纹公差对比

表面光洁度对比

电镀积累对比

螺纹受力分析对比

螺纹牙型几何/不匹配侧面角

二、30°楔形螺纹防松原理及技术特点

内外螺纹啮合具有自动对中功能，可避免螺纹啮合时的受力偏载，避免了标准螺纹偏载下振动剧烈时整个啮合螺纹偏载一侧有可能的整体滑牙，同时对螺栓六角头部因垂直度不好或与接触面的平行度不好而造成的连接松动或六角头处容易发生的疲劳断裂有所缓解。

30°楔形螺纹由于配合面为楔形斜面（锥形螺旋面），使得旋合区各螺纹的受力极为均匀。

30°楔形螺纹防松原理

● 在30°楔形螺纹的阴螺纹的牙底处有一个30度的楔形斜面，当螺栓螺母相互拧紧时，螺栓的牙尖就紧紧地顶在阴螺纹的楔形斜面上，从而产生了很大的锁紧力。由于牙形的角度改变，使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60度角，而不是像普通螺纹那样的30度角。传统的60度角螺纹的法向压力P=1.15Pɑ；而30°楔形螺纹由于牙底有一个30度角的楔形斜面，其法向压力的角度、大小均有改变，法向压力P=2Pɑ。这样30°楔形螺纹与传统60度螺纹，二者的法向压力之比≈12∶7，防松摩擦力相应地增加了。30°楔形螺纹的楔形面还可以消除普通螺纹受力不均匀、脱扣咬死等问题。显然30

从图可以看到二个箭头所表示的力均为Pɑ,传统的60度角螺纹的法向压力P=1.15Pɑ；而30°楔形螺纹由于牙底有一个30度角的楔形斜面，其法向压力的角度、大小均有改变，法向压力P=2Pɑ。

这样，30°楔形螺纹与传统60度螺纹，二者的法向压力之比≈12∶7，防松摩擦力相应地增加了。30°楔形螺纹的楔形面还可以消除普通螺纹受力不均匀、脱扣咬死等问题。

普通常规的60度V形螺纹，在其第一螺纹啮合面和第二螺纹啮合面承载了70-80%的负荷，而以后几个啮合面承受的负荷很少。

这样，普通螺纹紧固件在工作振动负荷条件下，就很容易克服螺纹接触面上的锁紧力而产生转动,进而松脱。这就是普通螺纹紧固件松脱的原因所在。

由于普通螺纹紧固件主要受力仅仅是螺母的第一第二牙螺纹接触处，其余各牙基本上不受力，因此，当拧紧力矩较大时，应力集中在第一牙螺纹处，第一牙螺纹很容易产生弯曲和剪切变形，只有这样，才使第二牙螺纹面承受应力并产生锁紧力。

以此类推，承载负荷面，将受力依次一个个传递，相应造成螺纹依次的剪切和磨损，各牙的剪切和磨损破坏十分严重，导致螺母的螺纹强度大幅度下降，最终产生滑牙。

而30°楔形螺纹由于结构独特，全部螺栓牙尖紧紧地顶在30度楔形斜面上，而且螺旋线上每牙承受的负载都比较均匀，同样负荷能分散到每个面，每个点上，使螺纹上各处产生防松摩擦力相近，能够有效抗击横向振动。

在紧固件正常工作中，螺纹每牙能均匀承受负载，不存在应力集中。因此， 就不会产生松脱或滑牙问题，疲劳强度也得到成倍的改善。

在实验室实验中，用容克式（JUNKERS）振动试验机作了横向负载振动试验，30°楔形螺纹显示出它具有非常优异的抗振动能力。

他们试验了三种基本的螺母：一种是普通的标准螺母，一种是有效力矩锁紧螺母和一种30°楔形螺帽。用同样的标准螺栓、同样的紧固负载力矩、同样的振幅频率和同样的实验室，同一台试验机上，控制二分钟的试验时间。

结果是：普通标准螺母几乎立即全部松脱了，失去了全部锁紧能力；有效力矩锁紧螺母失去了70%的锁紧能力；而30°楔形螺母在两分钟试验期间仍保持了他们应有的自锁能力。

●内螺纹结构对比图

30°楔形螺纹技术优点

☉与标准外螺纹匹配

☉自锁旋转型特点

☉防松性能高

☉载荷分布均匀

☉自定中心性能

☉提高螺栓使用寿命

☉可重复使用

由此可知， 30°楔形螺纹克服了造成普通标准螺纹松动的几个根本原因，即横向间隙及各牙受力极不均匀现象，从而使它有良好的防松。从设计上解决了螺纹的松动这一问题。

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