30°楔形螺紋技術的防松原理

各種機器及部件在連接裝配中離不開緊固件。緊固件給機械工業帶來了方便，但是，它有一個不可避免的弱點，在劇烈震動中會自行鬆脫，請關注微 機械公社圈致使部件或設備在運轉中損壞甚至釀成重大事故。

為什麼30°楔形螺紋能有效地解決鬆動問題呢？這是因為它的獨特的結構。在30°楔形陰螺紋的牙底處有一個30度的楔形斜面，當螺栓螺母相互擰緊時，螺栓的牙尖就緊緊地頂在陰螺紋的楔形斜面上，從而產生了很大的鎖緊力。由於牙形的角度改變，使施加在螺紋間接觸所產生的法向力與螺栓軸成60度角，而不是像普通螺紋那樣的30度角。顯然30°楔形螺紋法向壓力遠遠大於扣緊壓力，因此,所產生的防松摩擦力也就必然大大增加了。（見圖）

從圖可以看到二個箭頭所表示的力均為Pɑ,傳統的60度角螺紋的法向壓力P=1.15Pɑ；而30°楔形螺紋由於牙底有一個30度角的楔形斜面，其法向壓力的角度、大小均有改變，法向壓力P=2Pɑ。這樣，30°楔形螺紋與傳統60度螺紋，二者的法向壓力之比≈12∶7，防松摩擦力相應地增加了。30°楔形螺紋的楔形面還可以消除普通螺紋受力不均勻、脫扣咬死等問題。普通常規的60度V形螺紋，在其第一螺紋齧合面和第二螺紋齧合面承載了70-80%的負荷，而以後幾個齧合面承受的負荷很少。這樣，普通螺紋緊固件在工作振動負荷條件下，就很容易克服螺紋接觸面上的鎖緊力而產生轉動,進而鬆脫。這就是普通螺紋緊固件鬆脫的原因所在。

由於普通螺紋緊固件主要受力僅僅是螺母的第一第二牙螺紋接觸處，其餘各牙基本上不受力，因此，當擰緊力矩較大時，應力集中在第一牙螺紋處，第一牙螺紋很容易產生彎曲和剪切變形，只有這樣，才使第二牙螺紋面承受應力併產生鎖緊力。以此類推，承載負荷面，將受力依次一個個傳遞，相應造成螺紋依次的剪切和磨損，各牙的剪切和磨損破壞十分嚴重，導致螺母的螺紋強度大幅度下降，最終產生滑牙。而30°楔形螺紋由於結構獨特，全部螺栓牙尖緊緊地頂在30度楔形斜面上，而且螺旋線上每牙承受的負載都比較均勻，同樣負荷能分散到每個面，每個點上，使螺紋上各處產生防松摩擦力相近，能夠有效抗擊橫向振動。在密西根大學做出的研究表明，30°楔形螺紋第一個承受載面承受17% 的負荷，而**一個承載面也承受12.5%的承載負荷。這樣在緊固件正常工作中，螺紋每牙就能均勻承受負載，不存在應力集中。因此， 就不會產生鬆脫或滑牙問題，疲勞強度也得到成倍的改善。

在實驗室實驗中，用容克式（JUNKERS）振動試驗機作了橫向負載振動試驗，30°楔形螺紋顯示出它具有非常優異的抗振動能力（見圖4）。他們試驗了三種基本的螺母：一種是普通的標準螺母，一種是有效力矩鎖緊螺母和一種30°楔形螺帽。用同樣的標準螺栓、同樣的緊固負載力矩、同樣的振幅頻率和同樣的實驗室，同一臺試驗機上，控制二分鐘的試驗時間。結果是：普通標準螺母幾乎立即全部鬆脫了，失去了全部鎖緊能力；有效力矩鎖緊螺母失去了70%的鎖緊能力；而30°楔形螺母在兩分鐘試驗期間仍保持了他們應有的自鎖能力。

專利權時效

松螺紋技術源於美國軍方早期使用的30°楔形螺紋防松技術，該變牙型螺紋技術發明於1977年，發明人為美國霍姆斯·霍勒斯技術專利名稱為“楔形斜面防松技術”並申請了專利。專利號分別為:US4023914，專利保護期1977.5.17—1994.5.17；US4171012， 專利保護期1977.11.15—1994.11.15；經專利檢索，上述專利已於1994年12月開始失效。

20世紀80年代, 30 °螺紋技術在美國被美國軍方所採用，並列入美國軍標（MIL-N-85353-1;1981）在航天發動機上進行使用。美軍標解密後，以及該技術1994年專利失效後，被列入美國航天協會標準，編號為：NAS M85353-1：1999。

2010年，《30°楔形防松螺紋》國家機械行業標準（標準號：JB/T10971-2010）於2010年2月11日由國家工業和信息化部正式發佈。項目批准備案號：工科【2010】第82號。

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