1970年代美国工程师通过在内螺纹牙底处设置 30°角的楔形面改变内外螺纹啮合时螺纹牙受力情况。当螺栓与施必牢螺母旋紧时，外螺纹牙顶部位产生塑性变形并与施必牢内螺纹楔形面紧密贴合，牙尖紧紧地顶在施必牢螺纹的楔形斜面上，产生了很大的锁紧力。啮合螺纹面间法向接触应力较大并且与螺栓轴线成 60°夹角。普通米制螺纹的啮合螺纹面法向接触应力与螺栓轴线成 30°夹角。施必牢螺母可与普通米制螺栓旋合和配套的施必牢螺栓旋合如图1。

图1 普通螺纹与施必牢螺纹对比

图2 (a) 施必牢内螺纹的轮廓及其与普通米制外螺纹的啮合关系；(b) 施必牢螺母；(c) 施必牢内螺纹与普通外螺纹配合的有限元模型

施必牢螺纹优点：自锁防松，具有可靠的抗震、防松性能；负荷均匀分布，可以提高疲劳强度；与普通标准螺栓配合；不受温度剧烈变化及环境影响；可重复使用50次以上。

不足之处：施必牢螺母并不适用于所有地方，比如在一些柔性连接中，施必牢螺母就不能胜任。此外，运用施必牢螺母时，垫片的使用也要非常注意，如果垫片的质量不合格 也会造成螺丝的松动，甚至脱落。

1990 年代末至 2000 年代初，日本岐阜大学 N. Sase 等人提出一种具有防松性能的外螺纹，即 SLB(Step Lock Bolt)螺栓，并通过控制位移方式研究其在横向振动时的防松性能并对外螺纹轮廓做了优化。

图6 SLB螺纹有限元模型

SLB螺纹在螺纹面上有间隔排列的“台阶”，因此可称为“阶梯锁紧螺栓”。没有升角的部分称为“阶梯部分”，具升角β的部分称为“倾斜部分”。SLB 螺栓可与普通米制螺母旋合紧固状态的模型如图7所示。这与传统的螺纹形成鲜明对比，传统的螺纹总是在摩擦变小时沿着倾斜部分推出螺母，而SLB螺栓的特殊轮廓可有效防止啮合螺纹面相对转动，几乎不会沿着圆周滑动。即使螺栓或螺母的底面滑动，SLB 螺纹也能够防止旋转的发生。

SLB螺纹不足之处：旋合性能和防松性能是相互冲突的，防松性能提升则旋合性能降低。SLB 螺栓的“台阶部分”和“倾斜部分”在周向方向的间隔排列需在良好的旋合性能和防松性能之间取得平衡。两部分间隔排列的数目较少时，防松性能提高而旋合性能降低；间隔排列的数目较多时，旋合性能提高而防松性能降低。

图7 SLB 螺栓几何轮廓和受力示意图

结语