螺栓松动可能会带来小麻烦,也可能导致严重甚至灾难性后果。

例如,2012 年,由于钻井平台上的 4 英尺螺栓发生松动,432 桶合成基钻井液泄漏到墨西哥湾。 经过调查,螺栓制造商不得不更换已部署的 1 万个螺栓,石油钻探公司不得不中断深水作业。

黄昏下的钻井平台

“螺栓连接的安全性和可靠性往往决定了机械和结构系统的整体可靠性和安全性,”STANLEY® 工程紧固s 亚太地区及全球电子部门技术副总裁 Cheng Siong Phua 博士表示。

《Engineer Live》杂志 2017 年发表的一篇文章指出,螺栓自松由各种类型的动态载荷(例如振动或温度变化、夹紧载荷不足和零件装配不良)引起,允许相对运动会增加自松风险。 这些微小运动累计起来最终会导致螺纹组件松动。

据英国咨询和培训公司 Bolt Science 称,到目前为止,最常见的松动原因是螺母或螺栓头相对于接头的侧向滑动,导致螺纹中发生相对运动。

“松动问题表明预紧力不足,会导致接头移动,”Bolt Science 创始人、专门研究螺栓问题的顾问 Bill Eccles 说道。

螺纹中出现相对运动可归因于三个常见问题: 零件出现弯曲、热效应存在差异以及接头上存在外力。

螺栓连接的安全性和可靠性往往决定了机械和结构系统的整体可靠性和安全性。— Cheng Siong Phua 博士
STANLEY 工程紧固亚太地区及全球电子部门技术副总裁

专家们一致认为,振动对受剪切力载荷的接头的影响远大于仅受拉力载荷的接头。 例如,当螺栓的轴线与剧烈振动平行时,可能会长期导致预紧力降幅高达 40%,但通常不会导致预紧力完全丧失或紧固件损坏。 另一方面,垂直于螺栓轴线的剧烈横向振动可能而且经常会导致所有预紧力大幅失效。

当紧固件既不承受纯粹的横向运动,也不承受纯粹的轴向运动,而是承受综合运动时,某种类型的振动甚至有时会使紧固件时而张紧,时而松动,时而又不紧固。这样就会产生弧形滑动。

风力涡轮机上的工人

尽管听起来有违常理,但在紧固件不旋转、外螺纹和内螺纹之间没有相对运动的情况下,也会发生预紧力损失。 这种情况就称为弛豫。 当表面粗糙度变平,实际接触面积小于螺纹、接合面和螺母面下方的表观接触面积时,就会发生一种弛豫现象:嵌入。

《Assembly》杂志 2014 年发表的一篇文章指出,产品轻量化、小型化的趋势导致接头振动量增加。 这两种趋势有时可以同时发挥作用。 例如,较轻的材料振动较大,而较小的紧固件一般可以承受较小的振动。 因此,小型轻量产品中的紧固件很容易松动,除非考虑设计方案来解决这一风险。

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