根据美国工业紧固件协会(IndustrialFastenersInstitute)出版的小册子《机械紧固件的遗产》(TheHeritageofMechanicalFasteners)所述,钉子、铆钉、螺丝和其它基本紧固件的发明帮助人类从石器时代迈入太空时代。如果上述说法属实,那么正是紧固件的松脱在前进发展的道路上留下了许多减速障碍和凹坑。
保持紧固件的密封性看起来似乎比较简单,但是,自从螺母和螺栓的发明问世之后,工程师便一直尝试探索出可阻止紧固件意外松脱的方法。
一、紧固件为何松脱
螺纹紧固件主要用于在张力作用下夹紧物体。施加在紧固件上的旋转作用力或扭矩将拉伸螺栓,正如拉伸弹簧一样,并产生张力,进而产生夹持荷载。
当夹持荷载或张力降低时便发生装配故障。尽管当考虑导致夹持荷载消失的原因时,人们第一个想到的原因就是“振动”,然而实际上,松脱的真正根源在于螺纹之间的摩擦力消失。导致螺纹滑动或发生位造成位移的三个一般原因是:弯曲、差热效应和外施荷载,如振动、冲击和震动。螺母和螺栓螺纹之间存在移动空间,因此导致夹紧力自行松脱和消失。每当出现此情况时,螺栓便自行退绕。这便直接导致紧固件松脱。通常情况下,只需不到100次的侧面移动便会导致螺栓完全松脱。一旦紧固件松脱,振动产生,则会导致另一紧固件松脱,以此类推,直到最终造成设备故障和停机。
二、螺纹锁固
过去,人们采用了各种方法和设备来降低或防止螺纹紧固件的夹持荷载消失。最早期的尝试包括使用保险丝和开口销来配合带钻孔的螺母和螺栓。这些措施尽管卓有成效,但是存在严重的缺陷。每个紧固件必须具有正确的长度,钻孔必须对准每个单独的螺栓。
随着紧固件制造技术的提高,人们开发出越来越多复杂的螺纹锁固方法,包括弹簧线圈、锁紧螺帽或尼龙嵌件。这些辅助措施提高了装配的成本,但是在提高接触面积、进而提高金属-金属之间的摩擦力方面收效甚微。