CN1007285B - 紧固装置 - Google Patents

Abstract

一种抗振紧固装置包括一个由杆体(20)和一个可转动头部(21)组成的螺栓(1)，杆体(20)在靠近头部(21)处带有第一旋向螺纹，而在远离头部(21)处带有相反旋向螺纹。螺母(2)配合在第一旋向螺纹上，而带有第一和第二相互嵌入的凸轮面的环形垫圈(3和4)绕着杆体(20)来布置。在使用中，杆体(20)上的相反旋向螺纹部分拧在被紧固本体件(25)上，而垫圈凸轮面(5)在螺母(2)和被紧固本体件(25)之间被紧固在一起。第一个环形垫圈(3)固定在螺母(2)上，而第二个环形垫圈(4)经由被紧固中间件(26)紧固在被紧固本体件(25)上。当螺母(2)在受到搬动影响下向松开方向旋转时，凸轮面(5)起着增加杆体(20)中拉伸应力的作用。

Description

本发明涉及到紧固装置，尤其涉及一种包括螺杆柄部也带有螺纹的紧固器的紧固装置，该螺杆在使用时拧入被紧固本体件上的螺纹孔中。杆体可贯穿一些要用紧固器固定在被紧固本体件上的被紧固中间件。

众所周知，通常的螺纹紧固器，如螺栓、定位螺钉、有帽螺钉及其他类似的紧固器在紧紧地拧入被紧固本体件之后，当受到振动时总是趋于松脱的。

已经提出了许多克服这一问题的方法，但是本发明涉及到使用带有中间啮合斜面或凸轮的锁紧机构的紧固装置，这些互相啮合的斜面或凸轮位于紧固器头部或拧在紧固器上的螺母与被紧固本体件之间。在已知的装置中，锁紧机构可以由一对环形垫圈组成，每个环形垫圈在其一面有凸轮面，而在其反面有摩擦面。这样的一对垫圈以凸轮面对着凸轮面地使用在紧固器头或螺母与被紧固主体件之间。另一种替换方案是紧固器头或螺母可以带有一个凸轮面，直接与单个垫圈的凸轮面相配合。在所有这些情况下，凸轮的升度或节距是大于紧固器螺纹的升度或节距的。

在使用时，拧紧紧固器，靠近头部或螺母（如果有的话）的垫圈由于垫圈摩擦面与螺母或紧固器头的表面相接合而在该处变为固定的。类似地，另一个垫圈也变成固定在被紧固本体件（或一个被紧固中间件，如果有的话）上。

当组件受到振动，螺母或紧固器头试图向松开方向转动时，在头部、螺母或固定在该处的垫圈上的凸轮面就被迫沿着固定在被紧固本体件（或被紧固中间件;如果有的话）上的凸轮面逐渐上升，因而增 加了夹紧负荷，从而防止紧固器进一步松动。

应用这种类型的锁紧机构的紧固装置早已为人们熟知了。例如这类机构已在1903年美国专利723590号和743822号中，以及新近在美国专利3263727号，3329190号和4134438号中;在西德专利684466号和2413760号和英国专利907826号中介绍了。

但是，所有这些已知的机构都有两个主要的缺点，这些缺点防碍它们用在那些因紧固装置在使用中发生故障的可能性而实行严格的安全规程的地方，和紧固装置需要拆卸和再次使用的地方。

首先，当紧固器上紧时，要使摩擦面或垫圈表面擦过那些要使垫圈固定在其上的表面。这一擦伤对两个相配合零件都会造成相当大的损伤，这会造成两者之中任何一个过早失灵，而且两个零件间最后得到的啮紧会降低。这些问题由于紧固器的重复上紧和拆开而加重。其次，在拧松紧固器的过程中，会造成凸轮面彼此相压。虽然在上述的机构中，凸轮的最大“上升高度”已被限制，以便当拧松紧固器时不致引起相连的紧固器的杆体受到的拉伸超过其弹性极限之外，但在实际中还未证明这点是有效的。已经发现在很多应用中，存在着紧固器杆体受拉伸而超过其屈服点的严重危险。并且在另一些应用中，当力图松开紧固器时，紧固器和凸轮面会造成无法修复的损伤。

按照本发明，提供了一个紧固装置，这一紧固装置包括了由杆体和可转动的头部组成的紧固器。杆体在靠近头部处带有第一旋向螺纹而在远离头部处带有一个相反旋向的螺纹。螺母以螺纹配合到第一旋向螺纹上，而第一个和第二个相互啮合凸轮面绕着杆体沿圆周布置，并安排成，当工作时，杆体以相反旋向螺纹部分拧在被紧固本体件上而凸轮面在螺母和被紧固本体件之间被压紧在一起，第一个凸轮面是 固定在螺母上的，而第二个凸轮面则被固定在被紧固本体件上，而当螺母向松开方向旋转时，凸轮面配合着增加杆体内的拉伸应力。

在实施例中，相互啮合凸轮面的每一面可由一组环形斜面凸台来组成，所说的这些凸台组安排成这样，在工作时，当向松开方向旋转螺母时，会使第一组的凸台压在第二组凸台上，因而强迫这些凸台组分开。

在另外的实施例中，第一个凸轮面或斜面凸台组可以在螺母上加工成形或在一个环形垫圈的一边加工成形，而它的另一边则加工成啮紧螺母的摩擦面。第二个凸轮面或斜面凸台组可以在被紧固本体件上构成、在位于螺母和被紧固本体件之间的中间件上构成或在第二个垫圈的一面构成，而垫圈的另一面则构成一个摩擦面。

为了松开按本发明所提出的紧固装置，螺母应相对于被紧固本体件保持不动，而按照既可使螺杆从本体件中抽出又可使螺母抬起而远离本体件的方向转动紧固器头。因此，凸轮面或斜面凸台在没有彼此相压的情况下可分开。因而不存在紧固器杆体超应力的危险，或凸轮面或斜面凸台在拆卸过程中受到损伤的危险。

上紧程序和松开程序正好相反：锁紧螺母相对于被紧固本体件保持不动，而转动可拧动头部以将紧固器拧入被紧固本体件中。因此由于凸轮面或斜面凸台彼此啮合，就不存在凸轮面或任何中间垫圈彼此擦伤的可能。

在另外的实施例中，紧固器杆体上带有第一旋向螺纹处的直径比带有相反旋向螺纹处的直径大。这一实施例的优点是：在该实施例中，可转动的头部比紧固器杆体的任何其他部分具有更大的直径，这就使第一旋向螺母上易于安装，以免除螺母在安装时在相反旋向螺纹上卡 住的可能性。

在使用中，已发现：当本发明的实施例安装在适当的被紧固本体件上受到振动时，螺母有向松开的方向转动一个短距离的趋向，并且当振动停止时，不再退回。这个作用是要实际上增加杆体内的拉伸应力，增加紧固装置所施加的锁紧力并增加由螺母上的螺纹和被紧固本体件内的螺纹施加在杆体上的拉紧力。这样就防止了紧固器的任何松动。

本发明对于被紧固本体件上的螺孔是一盲孔，或仅能从杆体进入边够得着的那些场合特别有用。因此，按照本发明的第二个样式，将依照发明第一样式的装置用在把被紧固中间件紧固到这一类被紧固本体件上的方法中。

这一方法的一个例子是车轮固定到车轮轮毂上。由于轮子螺母或螺栓的松开造成的轮子损伤和轮子双头螺栓和轮毂的损坏是重型车辆司机经常遇到的严重问题。关于这一问题的详细讨论在由Graham    Montgomery    1984年所编的“运输工程师手册”的159～165页上可以查到。因此在本发明的第二样式的一个实施例中车轮轮毂、刹车闸轮或类似的零件连接到被紧固本体件上，而被紧固本体件是车轮。

在已知的应用中间垫圈提供摩擦面的机构中，所说的表面通常至少由一个楔形的齿构成，齿在工作时在配合面上造成一个条状楔形槽。一般来说，锯齿和由它形成的槽是从垫圈相配合的杆体紧固器沿径向向外伸展的。

当由锯齿形成一个槽时，在构成配合表面的材料内部引起应力集中，不论这配合表面是在螺母上、在被紧固中间件上或在被紧固本体 件上，在该材料中会产生从槽伸展出来的应力断裂。在极端情况下，这类断裂能造成材料失效。

这项发明的另一个样式的目的正是提供一个具有摩擦表面的垫圈，它显著地减小或消除了引起这一应力断裂的危险。

按照本发明的另一样式，提供了一个具有在其第一边形成凸台面而在其第二边形成摩擦面的环形垫圈，摩擦面的特征是：摩擦面由齿形件组成，齿形件实际是由平坦的表面上隆起，呈非直线形边缘的峰脊状。峰脊最好做成封闭形曲线。在一实施例中，垫圈的第二面被加工成多个环丘状的齿形件以构成摩擦面。

本发明的这种另外样式的优点在于，当使用中卡紧在一起时，垫圈摩擦面上的齿状物啮进它们配合的表面形成不带直线边缘的刻痕。这样，在由垫圈配合的材料内最后形成的应力不是单一方向的，因而减小了从刻痕扩展应力断裂的可能。

很清楚，按本发明这种另一种样式的垫圈，可以应用到按本发明的第一种样式的装置中而有相当大的优越性。

现在，以不限于仅有例子的方式，参考以下的图对本发明所有样式的具体实施例进行介绍。

图1是本发明的第一个实施例的局部剖面视图。

图2是通过第一个组件实施例的垫圈组合件的剖面。

图3是由图2中示出的组合件的垫圈的平面视图。

图4是图3中示出的垫圈的侧视图。

图5是另一替换方案垫圈的剖面图。

图6是环丘齿形件的局部半剖视图。

图7是另一替换方案的环丘齿形件的局部半剖视图。

图8是垫圈的底视图。

图9表示本发明的另一种实施例。

图10是本发明的第三种实施例。

图11示出了本发明的第四种实施例。

图1中说明的紧固装置由螺栓1形式的螺纹紧固器和六角螺母2以及一对基本上一样的锁紧垫圈3和4所组成。

锁紧垫圈3和4详细地示于图2、3和4中了。垫圈3和4中的每一个都具有凸轮表面5和摩擦面6。

摩擦面6由具有一组环丘状齿形件8的、基本是平坦的环形表面7组成。每一环丘齿形件8的剖面呈三角形（见图6），具有环状齿顶16，而齿顶16是位于平行于表面7的平面中的。在示于图7的一个可替换实施例中，齿顶16相对于表面7是倾斜的。

每个垫圈3和4的凸轮表面5是由交替的圆周形的一系列浅凹坑9和互补的凸块10所构成的。垫圈3的凹坑9是可由垫圈4的凸块10啮合的，而垫圈3的凸块10是可与垫圈4的凹坑9相啮合的（见图2）。每一个凹坑在其一端由从平面基底12的一端逐步向上的台肩11和在其另一端由平面基底12的另一端向上倾斜的凸轮表面13所确定。而每个凸块在其一端由在平顶14一端截止的倾斜凸轮表面13和在其另一端由从平顶14的另一端延伸向下的台肩11所确定。

图5中说明的垫圈表明每一垫圈3和4的凸轮表面5和另一种替换方案。在这替换结构中，交替的凹坑9和凸块10已被环形的锯齿凸轮组15所代替，它的每一个凸轮具有一个倾斜的凸轮面13′，垫圈3和4的每一个垫圈的内、外环形边缘分别具有内、外倾斜的环 形倒角面17和18。两个倒角面都从摩擦表面6伸到凸轮表面5。

外环倒角面18使垫圈易于辨认，并便于由工业机器人准确地定位。内环倒角表面17防止垫圈内边缘啮在紧固器上，并减少在该点断裂的可能性。

再回来参考图1，螺栓1具有一个从通常的六角头21延伸下来的圆柱形杆体20，杆体20在靠近头部21处具有较大直径部分22，而在远离头部21处具有较小直径部分23。较大直径部分22带右旋螺纹，而较小直径部分23带左旋螺纹。所说的杆体部分22和23的尺寸大小应是这样来确定：螺母2可以无障碍地滑过杆体部分23并以螺纹配合在杆体部分22上。

倾斜凸轮表面13，或在图3的可替换实施例中的13′的升度或节距是大于杆体20上大直径部分22上的升度或节距的。

在使用中，螺母2配合在较大直径杆体部分22上，而较小直径杆体部分23是拧在被紧固本体件25上的螺纹盲孔24中的。在另一种可替换的被紧固本体件（图中未画出）上螺纹孔不是盲孔，而是完全穿透被紧固本体件的。锁紧垫圈3和4以及被紧固中间件26是配合在介于螺母2和被紧固本体件25之间的一段杆体上的，安排成当头部21反时针拧入，而螺母相对于本体件25和中间件26保持不动，就使小直径杆体部分23更深地拧进孔24中，并使螺母2沿杆体22旋进而远离头部21，最后的效果就是被紧固中间件26和锁紧垫圈3和4就被压紧在螺母2和被紧固本体件25之间，而环丘齿形件8就嵌入螺母2和被紧固中间件26，在那样的嵌入过程中，环丘齿形件8是不会擦伤螺母2或被紧固中间件26的。

当如上说明上紧的组件受到振动时，在杆体20中拉伸应力起作 用，强迫螺母2向松开的方向上沿杆体20大直径部分22的螺纹面上升，垫圈3随螺母2转动，而垫圈3的倾斜凸轮面13或13′就被迫沿垫圈4的倾斜凸轮表面13或13′上升，而垫圈4本身是固定在被紧固中间件26上的。由于凸轮表面13或13′的节距大于配合螺母2的螺纹的节距，两个垫圈在凸轮的作用下要以比螺母2沿其螺纹面上升的速率更大的速率被迫分离。这样由装置所施加的夹紧负荷就因而增加了，而这本身又使由螺母2和被紧固本体件25的螺纹施加在杆体1上的拉紧力增加，因而紧固器的进一步的松动就被制止了。

为了从这一夹紧位置松开螺栓1，头部21应相对于组合件的其余部分顺时针方向旋转，因而使被紧固中间件26和螺母2分开。这样图1中表明的结构可以在螺母2相对于本体件25或中间件26不旋转的情况下被松开，因此，在松开期间不需要锁紧垫圈3和4上的凸轮表面彼此相压。

在图9，10，和11上示出的实施例中和前面说明的组件相当的组件，在这些图中都给了同样的参考编号。图9中说明的实施例和在图1中的不同之处仅在于不用上面的锁紧垫圈，而凸轮面30直接加工在螺母2上。形成凸轮面30以便与剩下的垫圈4的凸轮表面5配合。

图10上说明的实施例与图1上的不同之处仅在于不用锁紧垫圈，而凸轮面30和31是直接加工在螺母2和被紧固中间件26上。凸轮表面30和31的形式与前面所介绍的锁紧垫圈3和4上所用的凸轮表面的一样。

在图11上说明的实施例与图1的不同之处在于杆体部分22和 23具有相同的直径，且六角头21选定的尺寸要让螺母被头部21穿过，因而进到与在杆体部分22上形成的螺纹相配合。因此，当在图11上的实施例使用时，螺栓1可以拧进被紧固本体件25，而垫圈3和4以及被紧固中间件26是在螺母2装到杆20上之前就一起安装到杆体20上的。

头部21可以是一个通常的六角头（如图所示），开了槽，以便用一个螺丝刀拧转，或做成凹座以接受六方孔螺丝头扳手（未在图中标明）拧动。

在图9、10和11中的实施例正是以如图1所示的和上面所说明的正好一样的方式来工作的。

很清楚，在一个可替换的实施例中，有可能杆体20的较大直径部分22带左旋螺纹，而较小直径部分23带右旋螺纹。在这种情况下为了上紧或松开上述紧固装置，螺栓必须拧动的方向是和上面说明的方向相反的，而且凸轮面也是相反的。

在图9、10、和11所说明的装置的任何一个的具体应用中，被紧固本体件25是车轮的轮毂，而被紧固中间件26是车轮。在这一应用中，多于1个的且常常是4个或更多的紧固装置用来固定单个轮子到轮毂上。

Claims (9)

1、一种用于把被紧固中间件(26)紧固到被紧固本体件(25)的紧固装置包括由螺纹杆体(20)和可转动的头部(21)组成的螺栓(1)，该螺纹杆体(20)有第一旋向螺纹，用螺纹与该第一旋向螺纹配合的螺母(2)和绕着杆体(20)和位于该螺母(2)和被紧固中间件之间的第一和第二凸轮面(5)，其特征在于该螺纹杆体具有与被紧固本体件上的螺纹相配的第二相反旋向螺纹，当使用时该杆体的第二相反旋向螺纹部分与被紧固体件(25)作螺纹配合，该凸轮面(5)在螺母(2)和被紧固件之间紧固在一起，该被紧固中间件(26)位于该凸轮面(5)和被紧固本体(25)之间，该第一凸轮面(5)可旋转地固定在螺母(2)上，该第二凸轮面可旋转地固定在被紧固件上，从松脱方向转动该螺母(2)产生该两凸轮面的配合作用，增加该杆体(20)的拉应力。

2、根据权利要求1的紧固装置，其特征为：每个凸轮面（5）由一列成环形的倾斜凸台组（13，13′）所组成，该二凸台组都安排成在使用时，当向松开方向转动螺母（2）时，使第一组的凸台（13，13′）压在第二组的凸台（13，13′）上，因而强迫这些凸台组分开。

3、根据权利要求1或权利要求2的紧固装置，其特征为：第一凸轮面（5）在第一个环形垫圈（3）的一边形成，垫圈的另一边提供抓紧螺母（2）的摩擦面（6），而第二个凸轮面（5）在第二环形垫圈（4）的一边形成，垫圈的另一边提供抓紧位于第二垫圈（4）和被紧固本体件（25）之间的被紧固中间件（26）的摩擦面。

4、根据权利要求1或2的紧固装置，其特征为：第一凸轮面（5）在螺母（2）上加工而成。

5、根据权利要求1或2的一种紧固装置，其特征为：第二凸轮面（5）在位于螺母（2）和被紧固本体件（25）之间的被紧固中间件（26）上加工而成。

6、根据权利要求1或2所述的一种紧固装置，其特征为：杆体（20）上带第一旋向螺纹部分（22）的直径比在杆件上带第二旋向螺纹部分（23）的直径大。

7、根据权利要求5所述的紧固装置，其特征在于包括一环形垫圈（3，4），在该环形垫圈的第一面上形成有一凸轮面（5）在第二面上有一从基本平坦的表面（7）高起的至少有一环丘状齿形件（8）组成的磨擦面（6）。

8、根据权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于该被紧固件是一个车轮和该被紧固本体件是车轮轮毂。

9、根据权利要求5所述的紧固装置，其特征在于包括一环形垫圈（3，4），在该环形垫圈的第一面上形成有一凸轮面（5），在第二面上有一从基本平坦的表面（7）高起的至少有一环丘状齿形件（8）组成的磨擦面（6），被紧固中间件是一个车轮和被紧固本体件是车轮轮毂。

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