高强度螺栓双螺母防松概要

导读：双螺母防松是高强螺栓常见的放松方式，但厚薄双螺母时，哪个螺母在内测，哪个在外侧？预紧力该如何施加？另外双螺母在使用维护时，需要注意哪些事项，本文将对此进行论述。

1  前言

游乐设施金属结构所采用的连接方式有焊接连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强螺栓连接4种，其中高强螺栓连接比较常用，高强螺栓的放松方式主要是双螺母放松。

游乐设施相关规范中对螺栓连接的叙述，过于简单，以至于在实际操作过程中，各游乐设备企业操作不甚规范，由于对高强度螺栓的不正确使用，使高强度螺栓疲劳断裂和连接失效成为游乐设备较为隐蔽的事故形式，甚至在正常运行情况下发生倾覆事件，造成突发性事故。我们有必要对高强度螺栓进行深入的了解。基于此，专门写篇文章对高强螺栓预紧进行论述。

2  双螺母安装方法

采用双螺母，一般是使用环境震动比较大，要求防松，另一个情况是使用强度比较大，靠一个螺母不够。防松型式：平垫圈+双螺母（钢结构主要是静态，常用的防松型式：大六角钢结构用高强度螺栓+1个螺母+2个垫片，一般都不用双螺母的）。

双螺母防松原理：两螺母在拧紧后，螺母之间产生的轴向力，使螺母牙与螺栓牙之间的摩擦力增大而防止螺母自动松脱。如图1所示

图1 双螺母防松原理

正确的安装方法为：先用规定的拧紧力矩的80%拧紧下面的螺母，再用100%的拧紧力矩拧紧上面的螺母；下面的螺母螺纹牙只受对顶力，其高度可以减小，一般用薄螺母；而上面的螺母用1型标准螺母；有的为防止装错和保证下面的螺母有足够的强度，则采用两个等高的螺母(1型)，该结构简单、防松效果好、成本低、质量大，多用于低速重载或载荷平稳的场合（《机械设计手册》〔联结与紧固〕），如图2所示。

图2 厚薄双螺母防松

《建设机械和设备高强度紧固件技术》中就对高强度螺栓松动问题有一个解决方案，文中说“当在使用8.8级或者是9.8级的高强度螺栓的时候，一般情况下是不允许使用弹簧垫圈来作为预防松动的组件的，建议采用双螺母防松。

回转支承的防松方法：采用双螺母防松方法，二个回转支承螺母应该相同。因此在游乐设施重要部件连接（8.8级以上螺栓连接通常为重要连接）中，采用平垫圈+双螺母型式，通常用在回转支承，吊臂法兰连接等部位。

3  螺栓螺母垫圈配合与预紧

如果用户自己选择螺母，请确保螺母的强度级别与螺栓配套。游乐设施常用的4.8级和8.8级两个级别。 如表1所示：

表1 螺栓螺母垫圈配套等级表

碳钢螺栓、螺柱和螺钉在GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能  螺栓、螺钉和螺柱》中的性能等级的标代号由“•”隔开的两部分数字组成：

第一部分数字（“•”前）表示抗拉强度（σb）的1/100；第二部分数字（“•”后）表示公称屈服点（σs）或公称规定非比例伸长应力（σp0.2）与公称抗拉强度（σb）比值（屈强比）（σs/σb）的10倍。这两部分数字的乘积为公称屈服点（σs）或公称规定非比例伸长应力（σp0.2）的10倍。

高强螺栓的预紧力大小可参考GB8408-2018附表C1和C2,其中表C1为普通螺栓，包括普通高强度螺栓（普通高强度螺栓和高强螺栓的区别参考本人另一篇文章，但在本文中为了便于大家理解，本文指的高强螺栓包括高强度普通螺栓），表中给出的值为最大允许值，也就是说上临界值，在游乐设备设计中，如果螺栓受到额外的拉力（例如大摆锤的悬臂法兰螺栓连接），切不可按照表中所写的预紧力施加，需要根据实际工况核算后施加。

4  高强度螺栓使用中的一些误区

4.1 高强度螺栓的防松采用弹簧垫圈

《建设机械与设备高强度紧固件技术条件》JG/T5057.40-1995的规定，“当使用8.8级或9.8级螺栓时，一般不允许采用弹簧垫圈防松。使用其他性能等级的螺栓，绝不允许采用弹簧垫圈防松。建议采取下述防松方法：采用双螺母防松，二个螺母应相同”。 大六角高强度螺栓的连接副是由一个螺栓、一个螺母、二个垫圈组成，安装时，安装方向由下到上，螺栓头和螺母每侧配备一个垫圈，垫圈有倒角一侧必须朝向螺栓头或螺母。

但是，许多安装单位却额外增加了一个弹簧垫圈。高强度螺栓是靠施加很大的预紧力而产生作用并通过连接件间的摩擦力来传递外力的，如果加了弹簧垫圈，弹簧垫圈本身不能承受那么大的预紧力，会有被压碎的可能。如此不但起不到防松的作用，反而会使高强度螺栓因为没有足够的预紧力而松动、连接失效，造成事故。

4.2 高强度螺栓重复使用

《建设机械与设备 高强度紧固件技术条件》JG/T5057.40-1995规定：“高强度螺栓、螺母，使用后拆卸下再次使用，一般不得超过两次。且拆下的螺栓、螺母必须无任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大等现象。否则应禁止再用于受力构件的连接。”高强度螺栓连接，是通过对螺栓本身施加很大的预紧力而使连接件间产生的摩擦力来传递外力的，这种情况下高强度螺栓受力较大。因此，高强度螺栓一般是不允许重复使用的，只有在螺栓、螺母无任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大等现象的情况下才允许使用，但不得超过两次。

然而游乐设备在实际使用过程中却普遍存在设备从购置使用以来，其高强度螺栓一直被多次重复使用现象，使高强度螺栓失去了它应有的功效。安装、使用单位应加强对高强螺栓正确使用的认识，做到不重复使用高强度螺栓、不使用无厂家标记、无性能等级标记的高强度螺栓。

4.3 高强度螺栓进行拆卸检查

部分安装单位安全意识淡薄，在游乐设备的拆卸时为省力没有连接高强度螺栓进行拆卸检查，造成高强度螺栓因为在大小、方向不断变化的弯矩作用下，承受复杂的交变应力作用，且在交变应力次数达一定量时，螺栓出现疲劳裂纹，最后导致高强度螺栓断裂造成事故。

4.4 在安装高强度螺栓时，使用普通扳手进行安装

我们知道游乐设备的在使用过程中要承受各种各样的应力和载荷。自重、乘人重、风载、运行冲击、加速度等。所以高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加规定预紧力(一般在该螺栓材料的屈服强度的0.6-0.7倍),使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力。但安装单位在安装过程中基本使用普通扳手进行安装，很少采用专用的力矩扳手，从而造成预紧力不够及各连接螺栓的预紧力不一致现象。

4.5 采用无性能等级标记的不合格螺栓

JG/T5057.40-1995《建筑机械与设备高强度紧固件技术要求》规定：高强度螺栓头部的顶面或侧面,应打上性能等级及制造厂标记。并应有质保书与合格证，质保书内容包括：规格、数量；性能等级；材料、炉号、化学成分；机械性能测试数据；检验日期。目前不少租赁企业为了节约成本，在设备上使用没有性能等级及制造厂标记的高强度连接螺栓。这些不合格螺栓的使用给游乐设备的安全造成严重隐患。

3.6 安装设备螺栓紧固件松动后未及时紧固

螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。

安装单位要加强日常检查，第一次安装后使用100h之后普遍检查拧紧，以后每使用500h拧紧一次。

作者：赵老师，仿真秀科普作者。

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