CN102066778A - 自锁螺母 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自锁螺母(1)，其包括上螺纹套管(3)，所述上螺纹套管设有成V或U形且具有锐边的纵向槽(7)，所述纵向槽在套管中限定多个圆弧段(9)，圆弧段由外部螺旋弹簧(5)压缩，套管槽的宽度设置成使由弹簧压缩的圆弧段(9)不相互接触。自锁螺母的弹簧由沉积硬化不锈钢制成，其即便在反复的旋紧/旋松循环中也表现出制动转矩特征的高恒定性。本发明还涉及一种用于制造螺母的方法。
Description
技术领域
本发明整体上涉及一种柱状端部由螺旋弹簧压缩的自锁螺母。
背景技术
已知不同类型的自锁螺母。例如，专利US 4893977公开了一种自锁螺母，其中，在柱状端部中设有“V”或“U”形槽，所述槽被设置用于由径向操作的外部螺旋弹簧弹性地压缩。
专利US 5160227公开了一种上述类型的自锁螺母，其中，为了提高耐蚀强度性能并且能在高于250℃的温度下使用，提供了由例如所谓的AISI(美国钢铁学会)302钢的不锈弹簧钢制成的螺旋弹簧。
大体上，申请人注意到，由于不同装置在活动件的速度增大、活动件的振动加强以及操作温度升高方面的技术发展，愈发需要在环境温度和高温下均能使用的特别是在拆卸时具有高制动转矩(旋松制动转矩)的螺母。
具有例如由AISI 302钢的不锈弹簧钢制成的弹簧的已知螺母，虽然如图1和2(对应于在例如-50℃到100℃的环境温度下使用)和图3和4(对应于在例如300℃到400℃的高温下使用)所示在其第一次旋松时具有很大的制动转矩，但在旋紧/旋松循环数增多时以牛每米(Nm)为单位的制动转矩的特征或度量逐渐减小，使得它们基本上无法被很可靠地重复利用。
在图1和2中，分别示出了在环境温度下两种螺母样品M12和M16在旋紧/旋松循环数为35次的测试中测量的装配和拆卸制动转矩(旋紧转矩)值。
在图3和4中，分别示出了在高温下两种螺母样品M12和M16在旋紧/旋松循环数为35次的测试中测量的装配和拆卸制动转矩(旋紧转矩)值。
从图中的值可以清楚地看出，已知螺母无法满足保持螺母性能恒定且制动转矩大的要求，特别是在下述技术情况下，即，螺母必须能在所谓耐磨零件的零件上安全地重复使用，该零件在具有该零件的装置的使用寿命中需要多次更换。
这种使用的例子可以是用于车辆的耐磨零件，其中，在被损耗的零件每次更换之后，新安装的零件保持高的操作可靠性。
当然，这个问题存在于在环境温度(图1和2)和高温(图3和4)下使用的情况中。
申请人充分注意到，由于技术发展，在当前实践中，已知螺母在被施用时、特别是用于紧固耐磨零件时涉及这样的问题，即，被损耗的零件的更换也必要地与螺母的更换相联系，以避免螺母本身性能下降的风险。
因此，就存在这样的技术问题，即，由于螺母的更换涉及高维修费和材料成本，因此避免例如在对耐磨零件进行维修操作之后更换螺母。最后一个问题是市场对能源开采受限方面的敏感性提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种螺母，该螺母在保留已知螺母结构的同时，利用有限材料成本获得以下优点：
在环境温度和升高的温度、例如至少超过300℃均能操作；
确保在任何情况下旋松制动转矩比已知螺母高大约2倍；
确保在多次旋紧/旋松循环、例如至少30次旋紧/旋松循环中旋紧和旋松制动转矩基本不变。
上述目的通过请求保护的改进的自锁螺母及相应的制造过程得以实现。
权利要求书是本发明教导的一部分。
根据优选实施方式，自锁螺母包括上螺纹套管，该上螺纹套管具有成V或U形且具有锐边的纵向槽，纵向槽在套管中限定多个圆弧段，由沉积硬化不锈钢制成的一外部螺旋弹簧设置成压缩所述段。
根据本发明的螺母的其它特征，弹簧由半奥氏体型沉积硬化不锈钢制成。
附图说明
通过以下参照附图以非限制性例子的方式提供的有关优选实施方式的详细说明，本发明的这些和其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中，由相同或相似的附图标记表示的部件表明这些部件具有相同或相似的功能和结构，其中：
图1(现有技术)示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与两个已知类型的螺母样品M12在环境温度下使用的测试有关；
图2(现有技术)示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与两个已知类型的螺母样品M16在环境温度下使用的测试有关；
图3(现有技术)示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与两个已知类型的螺母样品M12在高温下使用的测试有关；
图4(现有技术)示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与两个已知类型的螺母样品M16在高温下使用的测试有关；
图5示出了根据本发明的螺母的立体图；
图6示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与根据本发明的两个螺母样品M12在环境温度下使用的测试有关；
图7示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与根据本发明的两个螺母样品M16在环境温度下使用的测试有关；
图8示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与根据本发明的两个螺母样品M 12在高温下使用的测试有关；以及
图9示出了在增加的旋紧/旋松循环数下测量的单位为牛每米(Nm)的制动转矩值；所述值与根据本发明的两个螺母样品M16在高温下使用的测试有关。
具体实施方式
参照图5，根据本发明的螺母1被设置用于旋紧在位于其内侧的螺纹杆(图中未示出)上，并且例如被设置用于紧固装置的耐磨零件。
螺母的结构类型已知并且包括套管3，套管3上缠绕有螺旋弹簧5，螺旋弹簧5在套管3上施加径向压力，并由此在位于螺母内侧的螺纹杆上施加径向压力。
螺母1的结构包括设置在套管3中的多个槽7，槽7优选地为“U”形。
明显地，在其它实施方式中，槽可以是带锐边的“V”或“U”形。
槽7在套管3上形成多个圆弧段9，圆弧段9具有小的外部上肋11。
在优选实施方式中，中空座13设置在螺母1结构的上表面上；该座用于容纳螺旋弹簧5，螺旋弹簧5缠绕在套管3周围并且被设置用于沿径向压迫段9，段9又向螺纹杆上施加一定压力或力，其中螺母1旋紧在螺纹杆上。
在使用中，弹簧优选地安装在与紧固有螺母的例如耐磨零件的零件相对的位置，这样，如本领域技术人员容易理解的，弹簧经受的温度通常比被紧固的零件达到的温度低。
根据旨在达到预定制动转矩值的尺寸参数对螺旋弹簧进行设计，并且依据螺母的尺寸用具有不同直径的金属丝来制造螺旋弹簧。
在优选实施方式中，弹簧5由沉淀硬化不锈钢(也被称为PH(沉淀硬化)钢)制成，在该沉淀硬化不锈钢中，提供有例如铝或铝化合物的在高温下可溶的硬化化合物或元素。
更优选地，弹簧由半奥氏体型PH钢，例如17-7PH钢，也被称为AISI 631钢制成。
优选地，弹簧5的制造过程是通过拉延和中间退火的一个或多个步骤来调整由PH钢制成的铸造轧制钢材的盘条或缄锭的尺寸，即，将其尺寸调整为用于弹簧的金属丝的直径。在该步骤中，获得由PH钢制成的具有预定尺寸的金属丝。
在该步骤的末期，根据设计参数将金属丝缠绕成预定尺寸直径并且切割得到数圈、例如2圈的长度，以便达到预定制动转矩值。
作为最后一个步骤，对这样成形的螺旋弹簧进行稳定化处理，优选为热式稳定化处理，并且将其安装到螺母结构上以得到根据本发明的螺母。
申请人用实验的方法例如通过对由17-7PH型钢制成的弹簧进行测试注意到，利用沉淀硬化不锈钢制成的螺母在拆卸时，甚至在反复的旋紧/旋松循环、例如至少30次循环中表现出高的制动转矩。
具体而言，申请人注意到在反复的旋紧/旋松循环中，制动转矩的特征在环境温度、例如在-50℃到100℃之间的温度和在升高的温度、例如在300℃到400℃之间的温度使用的情况下均保持恒定。
简言之，申请人注意到在反复的旋紧/旋松循环中，在-50℃到400℃之间的温度下制动转矩特征具有高恒定性，这使得根据本发明的螺母特别是在需要被可靠地重复使用的情况下有利。
作为例子并且为了清楚，图6、7、8和9中示出了具有与图1、2、3和4中根据现有技术的螺母之一的结构基本上相同的螺母样品的制动转矩特征。
以与对根据现有技术的螺母进行的测试(图1至4)等同的方式通过在环境温度下测试(图6、7)以及通过加热到大约300℃而使螺母最终受压(图8和9)的情况下测试来对根据本发明的螺母进行实验测试。
测试是针对螺母M12(图6和8)和M16(图7和9)进行的。
在所有情况下，测量了在反复的旋紧/旋松循环(35次循环)的值。
本领域技术人员容易理解，例如可以通过将图1、2、3和4中示出的与根据现有技术的螺母相关的值与图6、7、8和9中示出的与根据本发明的螺母相关的值进行比较而从上述值中推断出，在使用根据本发明的弹簧的情况下的制动转矩优于使用根据现有技术的螺母的情况下的制动转矩大约2倍，并且最重要的是在增加旋紧/旋松循环数时保持基本恒定。
因此，无论螺母是用在低温作业的零件上还是用在高温作业的零件上，通过本发明可以使用螺母若干次并且不存在需要将耐磨零件上的根据本发明的螺母在其使用寿命中更换多次的风险。
当然，可以对本发明在尺寸、形状和部件以及所描述的结构和操作方法的细节方面进行明显改变和/或变型，而不脱离由权利要求限定的本发明的范围。
Claims (7)
1.一种自锁螺母(1)，包括上螺纹套管(3)，所述上螺纹套管设有成V或U形且具有锐边的纵向槽(7)，所述纵向槽在所述套管中限定多个圆弧段(9)，所述圆弧段被外部螺旋弹簧(5)压迫，所述槽的宽度被设置成不使所述圆弧段(9)相互接触，其特征在于，
所述弹簧由沉淀硬化不锈钢制成。
2.根据权利要求1所述的自锁螺母(1)，其特征在于，所述弹簧作为所述钢的硬化元件包括铝或含铝的铝化合物。
3.根据权利要求1或2所述的自锁螺母(1)，其特征在于，所述弹簧由半奥氏体型沉淀硬化不锈钢制成。
4.一种制造自锁螺母的方法，包括以下步骤：
制造螺母结构(1)，该螺母结构包括上螺纹套管(3)，所述上螺纹套管设有成V或U形且具有锐边的纵向槽(7)，所述纵向槽在所述套管中限定多个圆弧段(9)，所述圆弧段设置成被外部螺旋弹簧(5)压迫；
用沉淀硬化不锈钢制造螺旋弹簧(5)；
将弹簧(5)安装在螺母结构(1)上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，制造所述螺旋弹簧的步骤包括以下步骤：
通过拉延和退火中的一个或多个步骤从由沉淀硬化不锈钢制成的轧制钢材的盘条或缄锭获得预定直径的金属丝；
将所述金属丝缠绕成预定直径；
根据预定长度切割缠绕的金属丝，以获得所述螺旋弹簧(5)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，制造所述螺旋弹簧的步骤还包括以下步骤：
对所述弹簧进行稳定化处理。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，制造所述螺旋弹簧的步骤还包括以下步骤：
对所述弹簧进行热式稳定化处理。
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