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在轨道交通领域，紧固件虽小，却直接关系到列车的安全运行。从高铁转向架至地铁车厢连接，关键部位都依赖紧固件保持牢固连接。列车运行中持续的振动、温差变化与交变载荷，无时无刻不在考验紧固件的防松性能。松动不仅可能导致部件功能失效，甚至引发严重安全事故。本文将从工程角度，解析轨道交通防松紧固件背后的技术要点。

轨道交通运行条件严苛。以8编组高速动车组为例，仅转向架就需使用约650颗8.8级及以上高强度螺栓。这些螺栓承担列车重量、传递动力与制动载荷，面临横向振动、温度波动等多重考验，普通紧固件易发生松脱。

据统计，紧固件松动引发的故障占轨道交通机械故障的30%以上。转向架螺栓松动可能导致轮对定位偏差，加速轨道磨损；制动系统紧固件失效则会直接影响制动性能。因此，防松紧固件的可靠性是轨道交通安全运行的基础。

一、 垫片的作用与设计

垫片虽小，却是影响预紧力的重要部件。实际数据表明：

减小垫片内径可提升防松性能。以T型槽紧固件为例，垫片内径从9mm减至8.2mm时，螺栓轴向最大应力从157.6MPa增至177.6MPa，残余预紧力明显提高。

垫片厚度也需合理选择。在相同预紧力下，1.6mm厚垫片比1.5mm厚使螺栓轴向应力提高14.7%，拧紧效果更稳定。

摩擦槽设计应结合实际工况。带摩擦槽的垫片振动工况下摩擦阻力矩更大，但螺栓应力可能低于无摩擦槽类型，需根据具体应用进行选择。

二、 材料选择与性能要求

紧固件材料直接决定其强度和耐候性能。目前主要采用两类材料：

不锈钢（如A2-70）：相比碳钢，不锈钢螺栓轴向应力更高（不锈钢174.5MPa vs 碳钢152.1MPa），残余预紧力更大，适用于潮湿、腐蚀环境（如车厢内饰及外露部件）。

高强度合金钢（如42CrMo、30MnB4）：用于10.9级高强度螺栓，通过添加Cr、Mo、B等元素提高淬透性和抗延迟断裂能力，适用于转向架、制动系统等高载荷部位。

三、 摩擦系数的控制

螺栓拧紧时，约90%扭矩消耗于摩擦，仅10%转化为轴向预紧力，因此摩擦系数控制非常关键：

涂胶与涂油对比：涂胶紧固件摩擦系数高于涂油类型，残余轴力也更高。振动测试中，涂油紧固件70秒后80%发生断裂或松动，而涂胶紧固件120秒内仍保持稳定。

表面处理的影响：不同工艺显著改变摩擦系数。磷化处理扭矩系数约0.13-0.18，电镀锌则为0.22-0.26。需根据具体应用选择合适工艺，平衡防松效果与成本。

一、 摩擦防松

双螺母/自锁螺母：通过双螺母对顶或尼龙自锁螺母过盈配合增加摩擦阻力。

        弹簧垫圈：装配后提供轴向张力，垫片尖角可嵌入基体产生反向法向力，多用于非关键部位。

二、 机械防松

开口销+槽形螺母：通过开口销固定螺母位置，用于制动系统、轮对连接等关键部位，但拆卸后需更换销件。

        串连钢丝：多颗螺栓串联实现同步转动，避免单颗松动，适用于发动机、齿轮箱等多螺栓连接。

三、 结构防松

楔形螺纹自锁螺母（如施必牢螺纹）：内螺纹牙底设计30°楔形斜面，拧紧时外螺纹牙顶紧斜面产生锁紧力矩，用于“复兴号”制动盘等部位。

Hard lock螺母：采用凹凸双螺母结构，凸螺母偏心设计形成楔紧作用，凹螺母压紧增强锁固。目前高铁关键部位仍主要依赖进口，国产化为重点方向。

双齿垫圈：成对使用，内外表面分别为楔形和锯齿设计，拧紧时锯齿咬合、楔形面产生夹紧力，适用于高铁和地铁的大部分连接。

四、 橡胶材料连接的防松处理

当连接件含橡胶材料（如减震器）时，需考虑回弹导致的轴力下降。试验表明，每次施加扭矩后轴力回弹约5%-10%，通过优化扭矩（扭矩越大回弹率越低），可将轴力回弹率控制在90%-95%，确保连接稳定。

目前，国内轨道交通防松紧固件大部分已实现国产化，但高端产品仍存在不足，如Hard lock螺母依赖进口，10.9级螺栓材料纯净度、均匀性有待提高，表面处理工艺（如电镀锌防腐性、达克罗涂层附着力）仍需改进。

行业正在积极推动技术突破：研发新型低合金硼钢，优化热处理工艺（控制晶粒尺寸1.5-4.0μm），提高抗疲劳和抗延迟断裂性能。同时引入智能化监测手段，建立“轴力监测-预测-控制”平台，实时监控紧固件状态并及时预警。

根据行业规划，未来将实现轨道交通高强度紧固件的全面国产化，进一步提升列车安全运行水平。

轨道交通的安全基于每一处细节，其中紧固件的防松设计尤为重要。从材料选择、摩擦控制到结构创新，持续的技术改进共同构建了列车运行的安全屏障。随着技术进步与国产化推进，防松紧固件将更加可靠、智能，为轨道交通保驾护航。

在强振动工况下，螺栓松动往往成为系统失效的诱因。长期以来，工业领域始终致力于寻求更为可靠的螺栓防松解决方案。

近年来，楔形锁固式垫片被认为用于目前锁固螺栓连接件的产品之一，该技术摒弃化学粘合剂，以纯物理结构实现锁固，从而避免材料老化引发的失效风险。

楔形锁固式垫片的普及主要得益于容克振动测试，该测试用于检查锁固系统的可靠性。本文将从其防松机理出发，结合性能分析与实际应用，对该技术进行系统说明。

一、螺栓松动本质与放松难点

实践中发现，螺栓连接在振动环境下的失效，更多源于横向滑移导致的预紧力逐步丧失，而非螺母回转。即便微米级位移的重复累积，也足以造成连接结构的最终失效。

二、楔形锁固式垫片的作用机理

楔形锁固式垫片通过配对使用实现功能。其接触面采用特定角度的楔形设计，常见倾斜角为2°至6°，该角度经多轮振动试验优化选定，确保系统在受到振动时可触发自锁。

在振动环境下，垫片斜面会产生反向作用力，有效抵抗导致松动的横向位移。整个过程中无需依赖材料弹性变形，从而避免因应力松弛而导致性能下降。

三、容克测试

容克测试由德国工程师Gerhard Junker 于1969年提出，目前已发展为DIN 65151国际通用标准。该测试通过模拟持续横向振动，综合评估防松元件在实际工况下的性能表现。

测试以12.5Hz±2.5Hz的频率、±0.5mm至±1.6mm的振幅对样品施加横向振动，并持续监测预紧力变化。

四、性能分析

在横向振动（容克）测试中，各类防松产品的表现因其设计原理和材料特性而存在差异。常规产品如平垫片、弹簧垫圈及尼龙锁紧螺母等在标准测试条件下，其预紧力保持率与振动循环次数之间存在特定的对应关系。制造商曾表明，楔形锁固式垫片通过其独特的斜面自锁机理，在测试中通常能够承受高次数的振动循环，并维持较高的预紧力水平，但其防松性能仍需得到市场的验证。

需要注意的是，防松产品的选用需综合考虑具体工况、成本及维护要求。楔形锁固式垫片为振动环境提供了一个经过验证的选项，其适用性需结合工程实际进行判断。

五、工程应用与案例

目前，该垫片已在多个领域开始应用：

在风电行业，如金风科技某些风机的叶片螺栓连接中，采用该垫片后检修间隔确有延长；在地铁轨道固定系统中应用后，螺栓维护率下降约40%。此外，中国商飞C919部分非承力结构也试点采用了此类防松方案。

据行业反馈，使用楔形锁固垫片能够减少一定的螺栓维护频次，降低非计划停机时长，同时节省备件仓储成本。尽管具体数据因场景而异，但多数案例报告均提及综合维护成本确有下降。

六、创新趋势

当前技术研发主要围绕三个方向展开：一是在垫片中集成微传感器，实现预紧力实时监测；二是开发适用于高温、腐蚀等恶劣工况的新型材料；三是将防松系统与物联网平台对接，为实现预测性维护提供支持。

这些尝试不仅延续了防松紧固的机械优势，也为其注入了数据化、智能化的新功能，未来有望成为工业设备状态监测的重要一环。

总结

随着工业设备对可靠性要求的不断提升，楔形锁固式垫片可以作为振动环境下螺栓连接的一种选择，但我们还是需要不断创新，去实现更多可以经过市场严格验证的防松紧固产品，推动机械防松领域的进步。为实现更高安全标准的工业连接提供保障。

注：本文仅对防松紧固技术的产品进行知识传播，并非研究性论文，欢迎有兴趣的读者到评论区进行讨论！

据中国海关总署统计数据显示，2024年度中国紧固件进口总额达24.77亿美元，较上年增长1.28%；出口总额实现95.64亿美元，同比增长4.65%，实现贸易顺差约70.87亿美元。整体数据显示，2024年中国紧固件进出口贸易保持稳健增长态势。

◆2020-2024年中国紧固件进出口情况：

◆2020-2024年中国紧固件进口情况：

◆2020-2024年中国紧固件出口情况：

◆2025年1-5月中国紧固件（钢制品）进出口数据

◆2025年1-5月中国紧固件（钢制品）进出口数据

◆2025年1-5月中国紧固件（钢制品）进出口数据

紧固件行业未来发展趋势：2025年紧固件行业在“分化”与“升级”中前行，企业需聚焦高端化、绿色化、服务化三大方向，把握新领域与新兴市场机遇，同时应对成本与贸易风险。中国企业在全球产业链中从“规模优势”转向“技术突围”，未来竞争将更依赖创新与全球化布局能力。

以上展示的2020-2024年中国紧固件进出口数据及美国、日本、韩国和中国台湾地区等全球紧固件主要产区的2024年进出口情况，已全部收录在最新出版的第19期华人地区《螺丝产业大全》内中，大家可以识别下方二维码免费阅读电子版，如需纸质版第19期华人地区《螺丝产业大全》也可联系华网工作人员惠购：19927658602。