螺栓专家的重要提示

《Bolted》有幸访问日本顶尖的螺栓专家Tomotsugu Sakai博士。他的著作《螺栓连接工程──基础和应用》（Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications）是螺栓紧固领域的权威之作，备受赞誉。

什么是理想的紧固？这个问题在您的书中也有讲过。
「理想的紧固应该是基于可广泛使用的标准化的紧固件实现的，而不是基于专门设计的零件。更重要的是，螺栓的紧固设计应该做到万无一失，才是理想的紧固。哪怕有一个失误，整个产品设计就算失败，所以你必须注意方方面面。我觉得『全方位的评估』是最重要的。」

在螺栓紧固中使用润滑油有没有好处？

「是的，如果被紧固的对象不会彼此滑移，那么降低摩擦系数从各方面来说都是有利的。如果被紧固的对象处于『松动的环境』，那么一旦摩擦系数降低，它们就容易松动，但这种松动并不是必然的。

假如它们在超过某个极限的力的作用下，彼此反复滑移，就可以说处于『松动的环境』。」

外力是如何造成剪切方向、轴向和扭转滑移的？
「在剪切方向施加外力，就会引起滑移。如果轴向施加外力，被紧固的对象将彼此分离。在这些情况下，摩擦系数越低，就越容易松动。

我在写《螺栓连接工程──基础和应用》这本书的时候，是从传统的角度来看待滑移现象，以解释被紧固对象在接触面上的滑移，即所谓的『宏观滑移』。你用肉眼便可观察这一现象，因为这种滑移只需0.1毫米便可目视确认。大概在1988年，人们发现在宏观滑移之前会发生不可见的『微观滑移』，它能引起转动，但是这种转动非常微小，无法肉眼判断是否沿松动方向旋转。『微观滑移』现象能使轴向力逐渐减小。《日本精密工程学会杂志》的一篇文章对此有过介绍。」

「如果被紧固对象彼此接触，常规的试验就无法测量接触面的特定部位或者其他部位的滑移量。但是所有这些数值可以用有限元法（FEM)来计算。紧固件行业从2000年开始使用这种算法，如今大多数的螺纹紧固件研究都会用到它。2006年，Satoshi Izumi博士等人在一篇论文中宣布，逐渐旋转松动是微观滑移（不可见的微小滑移）而非宏观滑移（清晰可见的滑移）造成的。我第一次读到这篇文章的时候深感震惊，其中讲到，当微观滑移重复发生时，就会引起微小的旋转松动，每1000次旋转1度，或者说每次1/1000度。1/1000度的旋转用肉眼根本观察不到。对此，有限元法可以大显身手，结果证明微观滑移的确会引起旋转松动。我觉得我有麻烦了！[笑]这些结果彻底动摇了滑移临界量的概念。

我曾想到微观滑移必然会导致微动磨损，但没想到还会引起旋转松动。当时我没有办法进行测试。这真是让人大开眼界的经验。」

资料: 微观滑移
这是一种肉眼看不到的滑移。它能逐渐减少夹紧力，最终导致可见的旋转松动（宏观滑移）。材料的沉降和松弛也会降低夹紧力。Nord-Lock集团研发的X系列防松垫圈能够防止这两种形式的滑移，它通过弹簧效应抵消夹紧力的损失，而楔形效应则能防止螺栓自发松动。

受访人: Tomotsugu Sakai博士

• 1941 – 出生于日本冈崎市
• 1979 – 任职于丰田汽车，获得工程博士学位，主要从事各种汽车零部件的强度和耐久性测试、研究和开发。
• 2001 – 调往Toyota Techno Service Corp，从事螺纹紧固件的教育和技术咨询工作。
• 2007 至今 – 退休后成立Sakai Consulting Office on Bolted Joint Engineering，提供螺栓紧固教育和技术咨询。