一、螺纹联接的预紧
1.定义
螺纹联接在装配时需要拧紧螺母，使螺栓受到拉伸预紧力，这个过程称为预紧。预紧的目的是增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。例如，在压力容器的螺栓联接中，通过预紧可以保证容器的密封性能，防止内部液体或气体泄漏。
2.预紧力的影响因素
螺栓和螺母的材料特性：材料的强度和弹性模量对预紧力有直接影响。高强度螺栓材料（如10.9级、12.9级螺栓）在相同拧紧扭矩下能够承受更高的预紧力。弹性模量决定了材料在受力时的变形程度，材料弹性模量越高，在相同扭矩下螺栓的伸长量越小，预紧力相对越大。
螺纹的几何参数：螺纹的公称直径、螺距和牙型等参数影响预紧力。一般来说，螺纹公称直径越大，在相同扭矩下产生的预紧力越大。因为直径大的螺栓其螺纹的承载面积更大，能承受更大的拉力。例如，M20螺栓比M10螺栓在相同拧紧条件下能产生更大的预紧力。螺距的大小影响螺纹的升角，升角不同会导致拧紧过程中摩擦力的变化，进而影响预紧力。
摩擦系数：螺纹表面和螺母、被连接件之间的摩擦系数是影响预紧力的关键因素。摩擦系数受螺纹表面粗糙度、润滑状态等因素影响。如果螺纹表面光滑且有良好的润滑，摩擦系数减小，在相同拧紧扭矩下，螺栓获得的预紧力会增大。例如，在有润滑的情况下，拧紧扭矩转化为预紧力的效率比无润滑时高。
外部因素：温度变化、振动、冲击等外部环境会导致预紧力随时间变化。在高温环境下，材料的弹性模量降低，预紧力会有所下降；振动和冲击则可能使预紧力逐渐松弛。
3.预紧力经验数据
预紧力大小范围：一般来说，螺栓预紧应力不能超过其材料屈服极限应力σs的80%。对于对于碳钢螺栓预紧力F0≤（0.6~0.7）σsA1；对于合金钢螺栓预紧力F0≤（0.5~0.6）σsA1。其中A1——螺杆危险截面的面积，A1=πd12/4，mm2。
拧紧力矩系数：拧紧螺母时，加在扳手上的力矩与预紧力之间存在一定关系，其关系式为T=K×F0×d×10-3，其中T为拧紧力矩，K为拧紧力矩系数，F0为预紧力，d为螺纹公称直径。一般情况下，K值在0.1-0.3范围内。
4.螺栓拧紧受力情况
装配时预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的，拧紧螺母时，拧紧力矩T=FL，用扳手施加拧紧力矩，用以克服螺纹牙之间相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2。
螺旋副间的摩擦力矩为：T1=（F0d2/2）tan（Φ+φv）
螺母支承面上的摩擦阻力矩:T2=1/3[fcF0(D03-d03)/(D02-d02)]
故拧紧力矩T=T1+T2
F—作用于手柄上的力，L—力臂，T—拧紧力矩，T1—螺纹摩擦阻力矩，T2—螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩，Φ螺纹升角，φv螺旋副的当量摩擦角。
对于M10~M64的粗牙普通螺纹的钢制螺栓拧紧力矩T≈0.2F0d
5.预紧力的控制方法
预紧时螺栓所受的轴向拉力称为预紧力。在联接中适当的预紧力能够提高螺栓联接的的疲劳强度和可靠性，对于有紧密性要求的的联接（如汽缸、管路凸缘等）还可以提高其气密性。但是，预紧力太大会导致联接件的损坏，因此对重要的螺栓联接应该对预紧力加以控制。
扭矩控制法：通过控制拧紧螺母时所施加的扭矩来间接控制预紧力。根据螺栓的规格和材料等因素，预先计算出所需的扭矩值，然后使用扭矩扳手进行拧紧操作。例如，对于M10的普通螺栓，在给定的摩擦系数等条件下，计算出合适的扭矩范围，如30-50N·m，按照这个范围进行拧紧，就可以大致得到期望的预紧力。不过这种方法的精度会受到摩擦系数等因素的影响。
转角控制法：在将螺母拧紧到与被联接件贴合后，再旋转一定的角度来控制预紧力。这种方法对于一些要求较高的联接场合比较适用。比如在发动机的某些关键螺栓联接中，先将螺母拧到接触表面，然后再旋转一定角度，如60°或90°，通过这种方式可以更精确地控制螺栓的伸长量，从而控制预紧力。
屈服点控制法：这种方法是利用螺栓材料的屈服特性来控制预紧力。当拧紧螺栓时，监测螺栓的轴向力或应变，一旦达到螺栓材料的屈服点，就停止拧紧。这种方法能够比较准确地控制预紧力，但需要专门的设备来监测轴向力或应变，成本较高。
二、螺纹联接的防松
1.防松的原因
振动和冲击：当连接结构受到振动或冲击时，螺纹副之间会产生微小的相对运动。例如在运输过程中的机械设备，由于车辆的颠簸产生振动，螺栓连接可能会出现松动。在振动作用下，螺母可能会逐渐旋转，导致预紧力下降，最终引起连接松动。
温度变化：温度变化会导致材料的膨胀或收缩。对于螺纹连接，如果螺栓和被连接件的材料热膨胀系数不同，在温度变化时，它们之间的预紧力会发生变化。例如在高温环境下，螺栓和被连接件膨胀程度不同，可能会使预紧力减小，增加松动的可能性。
工作载荷的动态变化：如果工作载荷是动态的且有周期性变化，在载荷变化过程中，螺纹副之间的摩擦力可能不足以抵抗载荷的变化，从而导致松动。例如在一些往复运动的机械装置中，连接部件的螺栓容易受到动态载荷的影响而松动。2.2.防松方法
（1）摩擦防松
弹簧垫圈防松：弹簧垫圈是一种开口的垫圈，安装在螺母和被联接件之间。当螺母拧紧时，弹簧垫圈被压平，产生弹性反力，这个反力增加了螺母和螺栓之间的摩擦力，从而防止螺母松动。例如，在一般的机械设备的外壳螺栓联接中，经常会使用弹簧垫圈来防松。
自锁螺母：螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使得旋合螺纹间压紧，结构简单放松可靠。
双螺母防松：适用于载荷比较平稳或者低速重载的情况，通过在螺栓上安装两个螺母，主螺母拧紧后，再拧紧副螺母。两个螺母之间相互挤压，使螺纹之间的摩擦力增大，起到防松的作用。在一些重型机械的大型螺栓联接中，双螺母防松是一种比较可靠的方法。
（2）机械防松
开口销与槽形螺母防松：将槽形螺母拧紧后，把开口销插入螺母的槽口和螺栓的孔中，然后将开口销掰开，这样就可以防止螺母转动。这种方法适用于有较大冲击和振动的机械部件的连接，其防松可靠性较高，在振动强烈的环境下，防松有效率可以达到99%以上，常用于航空航天设备和高速列车等关键连接部位。
止动垫圈防松：结构简单，使用方便，防松可靠。止动垫圈有单耳和双耳等多种形式。单耳止动垫圈的耳部弯折后嵌入螺母的槽中，阻止螺母转动；双耳止动垫圈可以把耳部弯折后相互扣合，卡在螺栓和螺母上，防止螺母松动。在铁路机车车辆的螺栓联接中，止动垫圈有广泛的应用。
串联钢丝：通过将钢丝穿过一组螺栓（通常是两个或多个）的头部小孔，使钢丝在螺栓之间形成环形连接。当一个螺栓有松动趋势时，钢丝会限制其转动，从而防止螺栓松动。这种方法利用了钢丝的牵制作用，将多个螺栓的松动趋势相互制约，只要钢丝不断裂，就能有效地阻止螺栓松动。适用于成组使用的螺栓连接，且螺栓分布在可以用钢丝连贯起来的位置。
（3）破坏螺纹副防松
点焊防松：在螺栓和螺母拧紧后，用电焊将螺母和螺栓的某一点焊接起来，破坏了螺纹副的运动条件，从而防止松动，防松有效率接近100%。不过这种方法一般用于不再需要拆卸的联接，因为一旦焊接后，拆卸就比较困难。
冲边防松：防松效果显著，使用冲头在螺母和螺栓的结合处冲点，使螺纹副局部变形，从而防止螺母松动。这种方法也适用于很少需要拆卸的场合。
涂胶防松：在旋合螺纹间涂强力螺纹胶液，拧紧螺母后，胶液凝固，防止螺纹副相对运动。
