美国0楔形螺纹防松技术专利权已失效防松市

　　近期有报道称，美国施必牢 0°楔形螺纹防松技术专利权已经失效，这则像一枚重磅炸弹一样引起了机械行业广泛关注。要知道，经过几年中国市场的开拓，施必牢产品被广泛应用于汽车、工程机械、铁路、城轨、桥梁、航空等许多行业和领域，特别是被指定用于青藏铁路、磁浮工程、东海大桥、杭州湾跨海大桥、青岛四方庞巴迪高级客车等多项国家大型工程上!这项技术专利一旦成为公有技术，防松市场必然会迎来大批紧固件制造商的加入，价格会被拉低?

　　0°楔形螺纹技术的防松原理

　　各种机器及部件在连接装配中离不开紧固件。紧固件给机械工业带来了方便，但是，它有一个不可避免的弱点，在剧烈震动中会自行松脱，致使部件或设备在运转中损坏甚至酿成重大事故。

　　为什么 0°楔形螺纹能有效地解决松动问题呢?

　　这是因为它的独特的结构。在 0°楔形阴螺纹的牙底处有一个 0度的楔形斜面，当螺栓螺母相互拧紧时，螺栓的牙尖就紧紧地顶在阴螺纹的楔形斜面上，从而产生了很大的锁紧力。

　　由于牙形的角度改变，使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60度角，而不是像普通螺纹那样的 0度角。显然 0°楔形螺纹法向压力远远大于扣紧压力，因此，所产生的防松摩擦力也就必然大大增加了。

　　从下面的图2可以看到二个箭头所表示的力均为Pɑ，传统的60度角螺纹的法向压力P=1.15Pɑ;而 0°楔形螺纹由于牙底有一个 0度角的楔形斜面，其法向压力的角度、大小均有改变，法向压力P=2Pɑ。

　　这样， 0°楔形螺纹与传统60度螺纹，二者的法向压力之比≈12∶7，防松摩擦力相应地增加了。 0°楔形螺纹的楔形面还可以消除普通螺纹受力不均匀、脱扣咬死等问题。

　　普通常规的60度V形螺纹，在其第一螺纹啮合面和第二螺纹啮合面承载了%的负荷，而以后几个啮合面承受的负荷很少。

　　这样，普通螺纹紧固件在工作振动负荷条件下，就很容易克服螺纹接触面上的锁紧力而产生转动,进而松脱。这就是普通螺纹紧固件松脱的原因所在。

　　由于普通螺纹紧固件主要受力仅仅是螺母的第一第二牙螺纹接触处，其余各牙基本上不受力，因此，当拧紧力矩较大时，应力集中在第一牙螺纹处，第一牙螺纹很容易产生弯曲和剪切变形，只有这样，才使第二牙螺纹面承受应力并产生锁紧力。

　　以此类推，承载负荷面，将受力依次一个个传递，相应造成螺纹依次的剪切和磨损，各牙的剪切和磨损破坏十分严重，导致螺母的螺纹强度大幅度下降，最终产生滑牙。

　　而 0°楔形螺纹由于结构独特，全部螺栓牙尖紧紧地顶在 0度楔形斜面上，而且螺旋线上每牙承受的负载都比较均匀，同样负荷能分散到每个面，每个点上，使螺纹上各处产生防松摩擦力相近，能够有效抗击横向振动。

　　在紧固件正常工作中，螺纹每牙能均匀承受负载，不存在应力集中。因此， 就不会产生松脱或滑牙问题，疲劳强度也得到成倍的改善(见图2)。

　　在实验室实验中，用容克式(JUNKERS)振动试验机作了横向负载振动试验， 0°楔形螺纹显示出它具有非常优异的抗振动能力。

　　他们试验了三种基本的螺母：一种是普通的标准螺母，一种是有效力矩锁紧螺母和一种 0°楔形螺帽。用同样的标准螺栓、同样的紧固负载力矩、同样的振幅频率和同样的实验室，同一台试验机上，控制二分钟的试验时间。

　　结果是：普通标准螺母几乎立即全部松脱了，失去了全部锁紧能力;有效力矩锁紧螺母失去了70%的锁紧能力;而 0°楔形螺母在两分钟试验期间仍保持了他们应有的自锁能力。

　　专利权时效

　　松螺纹技术源于美国军方早期使用的 0°楔形螺纹防松技术，该变牙型螺纹技术发明于1977年，发明人为美国霍姆斯·霍勒斯技术专利名称为“楔形斜面防松技术”并申请了专利。专利号分别为：

　　US402 914，专利保护期1977.5.17—1994.5.17;

　　US， 专利保护期1977.11.15—1994.11.15;

　　经专利检索，上述专利已于1994年12月开始失效。

　　20世纪80年代， 0 °螺纹技术在美国被美国军方所采用，并列入美国军标(MIL-N-85 5 -1;1981)在航天发动机上进行使用。美军标解密后，以及该技术1994年专利失效后，被列入美国航天协会标准，编号为：NAS M85 5 -1：1999。

　　2010年，《 0°楔形防松螺纹》国家机械行业标准(标准号：JB/T)于2010年2月11日由国家工业和信息化部正式发布。项目批准备案号：工科第82号。

　　VS 日本哈德洛克螺母

　　说到防松螺母，日本哈德洛克(Hard Lock)螺母也是闻名全球的。这里我们可以对比一下日本哈德洛克螺母的防松原理。

　　其原理很简单：是在一个螺丝钉上使用呈“凹”“凸”形状的两种螺母。下方呈凸状的螺母，在加工时中心稍许错动(偏心加工)，起到楔子的作用。上方呈凹状的螺母，则不作偏离中心的加工(圆形加工)，于是形成了锤子揳打楔子的功能。(见下图)这样的两个螺母合二为一，松动问题就迎刃而解了。

　　哈德洛克螺母于1976年被日本关西的私营铁路大企业采用，专门用在电力设备上，此后事业得到迅速发展。在被认为是世界上最严格的NAS(美国国家航空航天标准)振动试验中，哈德洛克螺母也显示了不凡的成绩。除了铁路外，日本的世界最长吊桥“明石海峡大桥”、世界最高的自立式电波塔“东京天空树”、美国的航天飞机发射台、海洋钻探机等国内外许多国家和地区，都采用了哈德洛克螺母。

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　　（来源：机经）

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