CN106351936B - 轴向压紧式防松紧固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向压紧式防松紧固装置，以提高产品防松性能、适应高标准高安全及其他复杂环境工况的需要。本发明的轴向压紧式防松紧固装置包括螺栓、主螺母、锁紧螺母，主螺母由前段头部、中段螺纹连接部及尾段变形部组成，主螺母的尾段变形部设有凹槽组合，凹槽组合包括上凹槽与下凹槽，上凹槽包括直线段凹槽、球形凹槽以及弧形凹槽；下凹槽包括直线段凹槽和半球形凹槽；锁紧螺母的内螺纹设置为变形细牙螺纹，尾端端面上设有与主螺母的尾段变形部相贴合的压紧面。本发明的技术方案能够带来可靠的抗震防松性能、显著地提高螺母及螺栓的使用寿命、可重复利用、方便装卸等优点，适用范围广泛。

Description

轴向压紧式防松紧固装置

技术领域

本发明涉及一种防松螺母装置，属于防松紧固工件技术领域。

背景技术

在生产生活中，连接装配过程通常离不开紧固件，紧固件给机械工业带来了方便。在连接装配件中，螺栓螺母连接方式是最常用的一种紧固结构。采用螺栓螺母紧固件的机械在实际使用过程中，由于复杂工况的影响，螺栓螺母在频繁振动和交变载荷的环境中不可避免地会自行脱落，从而造成使用危险。

为解决紧固装置松脱问题，世界上许多国家的科学家和工程师做了大量的试验研究，防松紧固装置起源于国外，通常采用锁片、销钉、尼龙嵌入、变形螺纹、化学涂胶等方法，在一定程度上延缓了紧固件自行松脱的时间，但是却没有从根本上解决问题。国内现有的防松方法很多，其中一种是不可拆卸的防松方法，其采用焊牢、粘结或冲点铆接等方式将可拆卸螺纹连接改变为不可拆卸螺纹连接,属较为可靠的传统防松方法，但其缺点也很明显，即螺纹紧固件不能重复使用，且安装和拆卸时操作非常麻烦。另一种方式是采用机械固定件进行防松，其原理是利用机械固定件使螺纹件与被连接件之间或螺纹件与螺纹件之间固定和销紧,以制止松动，其缺点是增加紧固连接的重量，从而亦造成制造及安装上的麻烦，不能进行机动安装,成本较高。还有一种增大摩擦力的防松方式，其是利用增加螺纹间或螺丝螺母端面的摩擦力或同时增加两者的摩擦力的方法来达到防松的目的，这种防松方法可靠性差，也并没有从根本上解决问题，尚存在多重安全隐患，均难适应高标准高安全及其他复杂环境工况的需要。

授权公告号为CN205298218U、名称为“一种弹性匀压式防松螺母装置”的实用新型专利提供了一种防松螺母解决方案，其将主螺母的尾段设计成具有凹槽组合的弹压部，使主螺母的尾段弹压部内的螺纹与螺杆螺纹贴合面在整个圆周方向产生均匀分布的摩擦力，消除了螺纹间的局部应力集中，使主螺母在施加材质机械性能允许锁紧扭力时能够保证受频繁震动和交变载荷等各种恶劣环境工况下不出现松动，同时有效保障受力最大部位即主螺母尾段弹压部内部螺纹的寿命，实现螺杆、主螺母和锁紧螺母的重复使用。但该方案的主螺母尾段弹压部及锁紧螺母的设计还具有提升空间，以便能更加牢固地将主螺母锁紧在螺栓上。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种轴向压紧式防松紧固装置，通过对主螺母变形部位及锁紧螺母的螺纹结构加以改进，达到更优秀可靠的防松目的。

本发明具体采用了如下的技术方案：

轴向压紧式防松紧固装置，包括螺栓、主螺母、锁紧螺母；主螺母与螺栓、锁紧螺母与主螺母分别通过螺纹连接，具体而言，主螺母的内圈设置有内螺纹I，该内螺纹I与螺栓的外螺纹I相配套，以便主螺母能够套设于螺栓上；主螺母的外圈设置有外螺纹II，该外螺纹II与锁紧螺母内圈的内螺纹II相配套，以便锁紧螺母能够套设于主螺母上。

锁紧螺母的内圈设有内螺纹II，该内螺纹II与主螺母的外螺纹II相配套；该锁紧螺母的外部为标准六方；锁紧螺母的内螺纹II优选设置为变形细牙螺纹，即内螺纹II的牙型角是变形的；锁紧螺母的尾端端面上设有压紧面，该压紧面垂直于螺栓轴向，并且压紧面中心设有通孔，当锁紧螺母套设于主螺母上时，锁紧螺母的压紧面能够与主螺母的尾段变形部相贴合。

主螺母由前段头部、中段螺纹连接部及尾段变形部组成；前段头部为标准六方；中段螺纹连接部设有主螺母外螺纹II；尾段变形部设有凹槽组合，凹槽组合包括上凹槽与下凹槽，该上凹槽与下凹槽的开槽方向均垂直于螺栓的轴向；整个上凹槽沿主螺母尾段变形部的圆周进行分布，其包括直线段凹槽、球形凹槽以及弧形凹槽，其中球形凹槽设于整个上凹槽的凹槽两端，弧形凹槽设于两个球形凹槽之间，弧形凹槽可设置为一个或两个，球形凹槽与弧形凹槽之间通过直线段凹槽连接，当弧形凹槽设置为两个时，弧形凹槽与弧形凹槽之间也通过直线段凹槽连接；整个下凹槽沿主螺母尾段变形部的圆周进行分布，其包括直线段凹槽和半球形凹槽，其中半球形凹槽设于整个下凹槽的凹槽两端，两个半球形凹槽之间通过直线段凹槽连接。

进一步，锁紧螺母的内螺纹II的具体结构为，内螺纹II是螺纹副牙型角变形螺纹，其牙底处设有楔形斜面，该楔形斜面的角度优选为30度；当锁紧螺母与主螺母间相互拧紧时，主螺母外螺纹II的牙尖能够紧紧地顶在锁紧螺母的内螺纹II的楔形斜面上，从而产生较大锁紧力。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线成60度角，而不是像普通螺纹的30度角，因此锁紧螺母的变形内螺纹II法向压力远远大于扣紧压力，所产生的防松摩擦力也就大大增加。同时，主螺母外螺纹II的螺纹牙顶在与锁紧螺母的变形内螺纹II咬合时，使载荷均匀地分布在接触的螺旋线全长上，避免了普通螺纹咬合时80％以上的总载荷集中作用在第一和第二牙的螺纹面上，因此使得变形螺纹联结副不仅克服了普通标准联结副在振动环境下易于自松的缺点，而且还可延长使用寿命。

进一步，上凹槽的直线段凹槽、球形凹槽以及弧形凹槽设于同一个平面上，下凹槽的直线段凹槽和半球形凹槽设于同一个平面上；较佳地，当上凹槽的弧形凹槽为两个时，下凹槽的两个半球形凹槽的位置优选分别设置在上凹槽的两个弧形凹槽的正下方。

进一步，主螺母的上凹槽和下凹槽呈中心对称布置，上凹槽和下凹槽的槽深(即整个凹槽在主螺母尾段变形部上的总周长)均大于主螺母尾段变形部内孔的半径，具体的槽深度优选设置为主螺母尾段变形部内孔半径加上1.5mm至2.5mm。

进一步，上凹槽和下凹槽开槽在主螺母内螺纹I的螺纹大径处。

进一步，下凹槽设于尾段变形部的靠近中段螺纹连接部的根处。

进一步，上凹槽的弧形凹槽的弧形顶点方向为远离下凹槽的方向，下凹槽的半球形凹槽的凸起方向为靠近上凹槽的方向。

进一步，锁紧螺母压紧面的通孔的孔径不小于主螺母的通孔的孔径，以便螺栓能从该通孔中穿过。

进一步，螺栓、锁紧螺母由OCr18Ni9，A2-70级(304)奥氏不锈钢体材料制成，主螺母由Cr17Ni14Mo2，A4-80级(316)奥氏不锈钢体材料制成。

本发明的工作原理是，将锁紧螺母套设于主螺母后，通过旋紧锁紧螺母，使得锁紧螺母的压紧面紧贴并挤压主螺母的尾段变形部，使得尾段变形部向主螺母前段头部的方向使力；由于尾段变形部设有凹槽组，在锁紧螺母的压紧面的作用下，主螺母尾段变形部的凹槽发生形变，该变形凹槽处的内螺纹能够紧紧咬合住螺栓的螺纹，从而达到将螺栓螺母紧固的效果。由于上下凹槽设有直线段凹槽、球形凹槽/半球形凹槽以及弧形凹槽，从而产生了结构性的弹性变形模量，最终达到可重复使用的目的。其中，直线段凹槽的设置能够保证开槽的位置在螺纹的大径上；球形凹槽/半球形凹槽的设置能够保证在机械运动时，弹性变形模量控制在正常的往复运动且不会产生变形和失去弹性；又由于螺纹有倾斜角，未设置弧形凹槽就会容易破坏螺纹的牙型角，弧形凹槽的设置可以保证凹槽组合的开槽位置在螺纹的大径上。

在优选方案下，由于锁紧螺母的内螺纹II是变形细牙螺纹，锁紧螺母套设在主螺母的外螺纹II上时，变形细牙螺纹能够抱紧主螺母外螺纹II，使得锁紧螺母的压紧面能够牢固地被固定，从而实现锁紧螺母能够长久轴向压制住主螺母，在锁紧主螺母的同时也达到了自锁的目的，更一步优化了螺母的防松功能。

通过采用上述技术方案，本发明能够实现如下的技术效果：

1.可靠的抗震防松性能：本发明能够实现双重锁紧，即一方面通过主螺母上下凹槽对螺栓的大径螺纹进行锁紧，另一方面锁紧螺母的变形螺纹对主螺母进行锁紧，使得主螺母在实现锁紧螺栓时达到自锁，更好地实现了抗震防松的性能。

2.根据本发明的原理可知，本发明可在不破坏螺纹副结构的情况下对螺栓进行锁紧，因此可显著地提高螺母及螺栓的使用寿命。

3.可重复使用：主螺母的凹槽组起到了弹性变形的作用，因此本发明可以实现重复使用。

4.无需任何辅助锁紧元件，如弹簧垫圈、止动垫片等。本紧固装置不需要外界的任何辅助元件可以达到完全自锁的目的，即主螺母锁紧螺栓，锁紧螺母锁紧主螺母，达到完全自锁的效果。

5.方便装卸：本发明属自由旋转型，在最终拧紧时才需施加力矩。

6.本发明属于统配型的紧固装置，规格型号采用标准尺寸，与标准外螺纹相匹配。

7.本发明不受温度剧烈变化的影响，可广泛应用于要求自锁功能的零部件上，如高速铁路、航天、船舶、汽车等要求高的自锁零件上，根据实际需要设置尺寸规格即可。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中主螺母结构示意图。

图3是图2中I部分局部放大图。

图4是图2中J部分局部放大图。

图5是本发明实施例中锁紧螺母结构示意图。

图6是本发明实施例中锁紧螺母细牙螺纹结构示意图。

图中标记代表：1.螺栓；2.主螺母；3.锁紧螺母；4.垫圈；11.螺栓外螺纹I；21.前段头部；22.中段螺纹连接部；23.尾段变形部；24.主螺母内螺纹I；25.主螺母外螺纹II；31.锁紧螺母内螺纹II；32.锁紧螺母压紧面；231.上凹槽；232.下凹槽；2311.直线段凹槽；2312.球形凹槽；2313.弧形凹槽；2321.直线段凹槽；2322.半球形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明较佳实施例的结构如图1所示。本实施例的轴向压紧式防松紧固装置包括螺栓1、主螺母2、锁紧螺母3；其中，主螺母2的内圈设置有内螺纹I24，该内螺纹I24与螺栓1的外螺纹I11相配套，主螺母2通过螺纹套设于螺栓1上；主螺母2的外圈设置有外螺纹II25，锁紧螺母3的内圈设置有内螺纹II31，主螺母外螺纹II25与锁紧螺母内螺纹II31相配套，锁紧螺母3通过螺纹套设于主螺母2上。本实施例还增设了垫圈4，设于主螺母2与螺栓头之间。

主螺母结构如图2所示。主螺母2由前段头部21、中段螺纹连接部22及尾段变形部23组成；主螺母2的前段头部21为标准的正六方；中段螺纹连接部22的外表面设有主螺母外螺纹II25；尾段变形部23设有凹槽组合，凹槽组合具体包括一个上凹槽231与一个下凹槽232，该两凹槽呈中心对称布置且互相平行，两凹槽的开槽方向均垂直于螺栓1的轴向，开槽位置均在主螺母内螺纹I24的螺纹大径处；基于防松效果考虑，上凹槽和下凹槽的槽深设置为主螺母尾段变形部23内孔半径加上1.5至2.5mm；下凹槽232设于尾段变形部23上的靠近中段螺纹连接部22的交界位置。

凹槽组合的具体结构参见图3、图4。上凹槽231的两端为球形凹槽2312，球形凹槽2312之间设有两个弧形凹槽2313，球形凹槽2312与弧形凹槽2313、两个弧形凹槽2313之间分别通过直线段凹槽2311连接，弧形凹槽2313的弧形顶点朝向远离下凹槽232的方向；下凹槽232的两端为半球形凹槽2322，两半球形凹槽2322之间通过直线段凹槽2321连接，半球形凹槽2322的凸起朝向靠近上凹槽231的方向。

锁紧螺母3的结构如图5所示。锁紧螺母3的内圈设有内螺纹II31，该内螺纹II31与主螺母的外螺纹II25相配套；该锁紧螺母的外部为标准六方；锁紧螺母31内螺纹II采用变形细牙螺纹；锁紧螺母3的尾端端面上设有压紧面32，该压紧面32垂直于螺栓1轴向，并且压紧面32中心设有通孔，该通孔的孔径应不小于主螺母2的通孔的孔径。当锁紧螺母3套设于主螺母2上时，锁紧螺母3的压紧面32与主螺母2的尾段变形部23相贴合。

锁紧螺母31的变形细牙螺纹结构如图6所示。螺纹副牙型角变形螺纹(图6中的阴影部分)的牙底处设有角度为30度的楔形斜面，使得锁紧螺母3与主螺母2间相互拧紧时，主螺母外螺纹II25的牙尖能够紧紧地顶在锁紧螺母的内螺纹II31的楔形斜面上，从而产生一定的锁紧力，实现主螺母2自锁。

上述实施例所推荐的轴向压紧式防松紧固装置的规格尺寸可以按如下表1进行设置：(注：“L”为螺栓长度)

表1

根据表1的规格尺寸，相对应的安装过程使用紧固力矩为表2所示：

表2

表2给出的紧固力矩是考虑人为可控的力量，同时也是方便安装重复使用的重要依据。

为了更好地实施本实施例，优选对技术做如下要求：轴向压紧式防松紧固装置对零件产生夹紧力作用的螺母紧固后的松开力矩值应大于或等于其紧固力矩值；轴向压紧式防松紧固装置对紧固装置进行振动试验后，对零件产生夹紧力作用的螺母的紧固力矩值应大于或等于其振动试验前紧固力矩值的95﹪；轴向压紧式防松紧固装置不同防松方式规定的试验紧固力矩及润滑的条件下，对紧固装置进行振幅为0.1d、频率为10Hz、振动次数为1200次的横向振动试验后，螺栓残余轴力与初始轴力之比应大于或等于80﹪。

本发明不限于上述实施例，一切采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种轴向压紧式防松紧固装置，包括螺栓、主螺母、锁紧螺母，所述主螺母与螺栓、锁紧螺母与主螺母分别通过螺纹连接，其特征在于：

所述锁紧螺母的外部为标准六方，所述锁紧螺母的内圈设有内螺纹，所述内螺纹为变形细牙螺纹，所述锁紧螺母的尾端端面上设有压紧面，所述压紧面垂直于所述螺栓轴向，所述压紧面中心设有通孔；

所述主螺母由前段头部、中段螺纹连接部及尾段变形部组成，所述前段头部为标准六方；所述中段螺纹连接部设有主螺母外螺纹，所述主螺母外螺纹与所述锁紧螺母内圈的内螺纹相配套；所述尾段变形部设有凹槽组合，所述凹槽组合包括上凹槽与下凹槽，所述上凹槽与下凹槽的开槽方向均垂直于所述螺栓的轴向；所述上凹槽包括直线段凹槽、球形凹槽以及弧形凹槽，所述球形凹槽设于整个所述上凹槽的凹槽两端，所述弧形凹槽设于两个球形凹槽之间，所述球形凹槽与弧形凹槽之间通过所述直线段凹槽连接；所述下凹槽包括直线段凹槽和半球形凹槽，所述半球形凹槽设于整个所述下凹槽的凹槽两端，两个半球形凹槽之间通过所述直线段凹槽连接。

2.根据权利要求1所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述锁紧螺母的内螺纹是螺纹副牙型角变形螺纹，其牙底处设有楔形斜面。

3.根据权利要求2所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述楔形斜面的角度为30度。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述上凹槽的直线段凹槽、球形凹槽以及弧形凹槽设于同一个平面上，所述下凹槽的直线段凹槽和半球形凹槽设于同一个平面上；当所述上凹槽的弧形凹槽为两个时，该两个弧形凹槽之间通过所述上凹槽的所述直线段凹槽连接，所述下凹槽的两个半球形凹槽分别设置在所述上凹槽的两个弧形凹槽的正下方。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述主螺母的上凹槽和下凹槽呈中心对称布置，所述上凹槽和下凹槽的槽深均大于所述主螺母的尾段变形部内孔的半径。

6.根据权利要求5所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述上凹槽和下凹槽开槽在所述主螺母的内螺纹I的螺纹大径处。

7.根据权利要求6所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述下凹槽设于所述尾段变形部的靠近所述中段螺纹连接部的根处。

8.根据权利要求7所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述上凹槽的弧形凹槽的弧形顶点方向为远离所述下凹槽的方向，所述下凹槽的半球形凹槽的凸起方向为靠近所述上凹槽的方向。

9.根据权利要求8所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述锁紧螺母压紧面的通孔的孔径不小于所述主螺母的通孔的孔径。

10.根据权利要求8所述的轴向压紧式防松紧固装置，其特征在于：所述螺栓和所述锁紧螺母由OCr18Ni9，A2-70级304奥氏不锈钢体材料制成，所述主螺母由Cr17Ni 14Mo2，A4-80级316奥氏不锈钢体材料制成。