螺纹连接，如螺栓和螺母，广泛应用于从塑料玩具到大型桥梁的各种应用中。将它们联系在一起的一个相似之处是，当我们希望它们在一起时，它们需要保持在一起，但在需要时也需要分开。例如，发动机上的气门室盖在行驶时必须保持在原位，但我们也需要它们是可拆卸的，这样我们才能维修发动机部件。
本文将探讨不同的方法，以确保在需要时这些类型的连接保持在一起。术语“螺纹锁紧”通常用于确保螺纹保持原位而不松动的方法，本文将经常使用。
定义螺纹连接
有许多类型的螺纹连接，但主要类型如下：
螺栓和螺母-这可能是最常见、成本最低的螺纹连接类型。它用于从汽车到蜂窝天线塔的各种应用。下图显示了螺栓、螺母和平垫圈的示例。
螺钉和螺纹孔–通过这种类型的连接，我们将螺钉安装到已钻孔的孔中，并将其攻入外壳或机械部件中。螺钉和螺栓之间最常见的区别是，螺钉通常进入螺纹孔，而螺栓穿过2个无螺纹部件并用螺母紧固。下图显示了固定在螺纹铝挤压件中的螺钉。
我们可以看到三个带帽螺钉都进入攻丝铝组件。这些可以用来代替螺栓，以提高精度，便于组装，减少部件间隙，这可能是我们已经提到的因素的组合。
螺纹部件–这些部件通常是轴或外壳（通常为圆柱形），它们都已通过螺纹固定在一起。手电筒灯泡和电池管就是一个很好的例子。下图说明了两个圆柱形壳体螺纹连接在一起的概念。
我想谈的最后一个想法是扭矩和预载的概念。螺纹部件被拧紧在一起，以产生某种形式的轴向预载。该扭矩以单位测量，如磅或N-m，但始终只是作用于“扭转”部件的力。对于螺纹部件，这种扭矩共同产生一个称为预载的轴向力。下图显示了螺栓拧紧前后的图片。红色锁紧垫圈处于展开状态，但当总成一起拧紧时，锁紧垫圈会被压缩并起到弹簧的作用。
在某些情况下，该预载产生的摩擦力足以将紧固件固定在一起。但在其他情况下，我们需要使用螺纹锁。其中一些情况是高振动、预期应力松弛（塑料蠕变）和循环应力。
线程锁定类别和方法
螺纹锁紧可分为以下几类，使用机械部件防止松动或使用粘合剂防止松动：
机械硬件–这些是用于防止螺纹紧固件松动的物理部件。使用的一些常见项目包括：
锁紧垫圈–有几种类型的锁紧垫圈，但它们都放在螺栓或螺钉的头部下方，目的是防止螺栓或螺钉松动并保持预紧力。下图是一个分体式锁紧垫圈。
拧紧螺栓时，这种垫圈起弹簧的作用。弹簧动作保持一定的预紧力，即使螺钉稍微放松。但是，这些部件在高振动条件下的有效性可能较低。另一种锁紧垫圈是Nord lock，它依靠机械斜面和轮齿防止松动，如下所示：
齿咬住螺栓或螺钉头，以及垫圈下的材料，同时斜面的方向使其“爬升”到会松开紧固件的方向。换句话说，要解除螺栓的扭矩，必须增加预载，同时克服斜坡。这些都是有效的，但相对昂贵，通常用于较大的硬件。还有许多其他锁紧垫圈样式，因此我鼓励您研究其他选项。
尼龙插入锁(nylock)螺母-这些有一个圆形的尼龙插入，通过在配合的螺纹上变形来锁住螺纹。它们可能不会在所有的振动情况下保持峰值预紧力，但它们通常会保留螺母，即使它失去一些预紧力。尼龙插入螺母的图像如下所示。
这些通常用于非安全关键应用的高振动环境中，您仍然希望防止螺母可能松动和脱落。例如，这种类型的紧固件用于我的挂接式山地自行车车架，如下所示。
在这种应用中，如果预载丢失，则不会有直接的安全危险，因为螺钉仍然以双剪方式支撑荷载。但是，如果螺钉脱落，可能存在安全问题，因此我们需要确保螺栓保持连接。
安全线–安全线的使用在航空航天、国防和赛车中非常普遍。它的工作原理是通过螺钉、螺栓或螺母上的孔安装钢丝，并将其固定到另一个项目上。通常在一系列紧固件之间使用安全线将它们固定在一起。下图详细介绍了这样一个应用程序。
我们可以看到，由于导线的方向，一个螺母要松开，另一个螺母必须拧紧。记住这一点非常重要，因为安装在错误方向的安全线几乎完全无用。
槽形螺母/弹簧卡子/固定销–槽形螺母有几次迭代，但它们的行为方式类似。通过螺纹轴或螺栓放置某种类型的销，以防止螺母脱落。下图显示了一个槽形螺母：
在这种应用中，在螺栓上钻一个孔，以便开口销可以穿过槽形螺母中的槽。这可以防止螺母向任何方向旋转，以防止松动，但仍允许在需要时拆下销并松开螺母。下图是用于将轮毂固定到位的槽形螺母示例：
粘合剂
在许多情况下，使用粘合剂将螺纹锁定到位。在许多情况下，它们甚至与上述机械方法结合使用。在石油和天然气行业，钻井环境会出现极端振动，通常使用锁紧垫圈和粘合剂。粘合剂可分解如下：
螺纹锁固胶（乐泰、振动器）–这类产品可以包含多种粘合剂，但它们都用于将螺纹粘合到位。乐泰是美国最广为人知的品牌，但有几种替代品。下图显示了应用于螺栓的Loctite 242（蓝色）示例。
需要注意的是，乐泰有好几个等级，其中一些等级是不可移动的。你必须确保你的申请使用了正确的分数。
干补丁-这相当字面上意味着一个干补丁预先应用到线程作为线程锁。在某些情况下，它只是一种干尼龙，而在另一些情况下，它是一种活性粘合剂。下图显示了用于密封气动泄压阀的组合螺纹锁固胶/密封剂的干补丁。
干补片可用于消除与手动分配粘合剂螺纹锁固胶相关的工艺变化，也可用于改善需要螺纹锁固胶的松动五金件的物流。例如，我最近组装了一些家具，所有的硬件上都有干补丁。制造商知道这将提高组件的可靠性，并且不会要求最终用户使用液体螺纹锁固剂。
我在一个快速参考图表中总结了这些方法，可以让您开始寻找合适的线程锁。
方法 |
常见应用 |
相对成本 |
分体式锁紧垫圈 |
以保持预载为目标的低至中等振动应用 |
$ |
Nord锁 |
需要保留预载的高振动重工业应用 |
$$$ |
尼龙插入螺母 |
如果预载丢失，则需要保留螺母的低至中等振动组件或应用 |
$ |
安全线 |
安全关键应用，尤其是航空航天、国防和赛车 |
$$$ |
开槽螺母 |
不可接受硬件丢失的安全关键应用，如轮毂 |
$$ |
乐泰 |
高振动应用，需要保持预载，并能耐受粘合剂 |
$ |
干地 |
希望消除液体粘合剂的工艺步骤和可变性的中高振动应用 |
$-$$ |
正如我们在这里看到的，有很多方法可以防止线程在正常操作下松动。但是，为应用程序选择正确的方法很重要。虽然上面的图表将帮助您开始，更多研究应该在你决定你的最终解决方案之前做。在选择方法时，与供应商和同事一起仔细研究这些选项，以使应用程序与您的应用程序紧密匹配，这将会有帮助。如果您测试了几个不同的选项，看看哪些选项可以提供最好的属性组合，那么您的设计可以进一步优化。
