CN102597545A - 自锁定螺母 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自锁定螺母(1)，包括设置有V形或U形纵向狭槽(7)和锋利边缘的上螺纹轴环(3)，所述纵向狭槽在轴环本身中限定由金属丝(5a)制成的外部螺旋弹簧(5)的一个或多个匝压缩的多个圆弧区段(9)，其中所述轴环狭槽(7)的宽度不允许所述圆弧区段(9)被所述弹簧(5)压缩而相互接触。所述弹簧(5)的所述丝(5a)由沉淀硬化不锈钢制成，并且所述螺母具有彼此不同并且对于具有相同直径的螺母(1)来说通过改变所述弹簧的至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)获得的旋松制动转矩值。本发明还涉及一种制造根据本发明的螺母的方法。
Description
技术领域
本发明整体涉及自锁定螺母，其中设置一个或多个布置成防止螺母在使用过程中松动的元件。
更具体地，本发明涉及自锁定螺母，其中，柱形端部通过螺旋弹簧压缩，在这里优选参照这种螺母。
背景技术
已知很多种自锁定螺母。
例如，美国专利No.4893977公开了一种自锁定螺母，其中在柱形端部中设置V形或U形狭槽，该狭槽被布置成通过径向作用的外部螺旋弹簧弹性地压缩。
同样，美国专利No.5160227中公开了一种上述种类的自锁定螺母，其中为了改善其抗腐蚀性能和使其能够在250度以上的温度下使用，设想由弹簧不锈钢(例如AISI(美国钢铁协会)302钢)制成螺旋弹簧。
本申请人意识到，总体上，由于技术和市场的发展，越来越需要特别是具有针对螺钉的多个旋紧/旋松循环(例如30个循环)来说是恒定的但根据应用种类而不同的松动制动力矩(旋松制动转矩)的螺母。
实际上，已知螺母的尺寸被设置成确保，例如根据技术规格或制造标准，松动制动力矩值超过预定最小值。
然而，已知螺母的尺寸没有设置成确保性能稳定性和根据预定方式不同的松动制动力矩值，使得它们不仅确保预定最小值以上的最小值，而且确保不超过预定最大值的最大值。
这种情况的共同问题在于，在存在不同需要时，不能向螺母购买者保证螺母的松动制动力矩值不超过预定最大值并且通常处于与购买者的实际需要对应的预定范围内。
例如，对于使用固定到金属主体的螺钉或双头螺栓且双头螺栓的制动转矩必须超过螺母的制动转矩的应用中，螺母的松动制动力矩必须不超过可能会造成双头螺栓从主体旋松的值。
这种情况例如在将进气歧管或排气歧管紧固到内燃机上时会出现。
同种现象会出现在具有低振动的固定或缓慢运动部件的装置中，其中需要具有低的松动制动力矩值的螺母。在这种应用中，松动制动力矩值高的螺母不仅是没用的，而且它们会由于过度的刚性而对正在使用的螺钉或者对装置本身造成损害。
相反，对于具有高速运动和强烈振动部件的装置的应用来说，同样非常需要松动制动力矩值超过预定最小值的螺母，否则会出现螺母松动的风险，可能会损害装置和/或可能会伤害装置的使用者。
对具有特别高的松动制动力矩值的螺母的需求同样存在，例如在通过插入电绝缘材料紧固部件时，当然电绝缘材料必须不被太高的锁定转矩损害。
本申请人因此意识到，随着自锁定螺母的应用的发展，不仅对于性能稳定性，而且对于针对此性能的预定最小和最大限制的需求变得越来越明显。
特别是，本申请人已经意识到，由于技术和市场需求的发展，确保松动制动力矩值高于预定最小值不再足够，而是必须提供这样的螺母，其具有的松动制动力矩值彼此不同并且包括在预定的最小值和最大值之间或者处于预定的范围内。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自锁定螺母，其既能保持已知螺母的结构，又能够以可控的方式获得彼此不同的旋松制动转矩，由此可实现以下优点：
-可以根据实际应用需求选择螺母；
-所述螺母没有松动制动力矩值太高或太低的风险；
-所述螺母确保，在预定范围内，对于多个旋紧/旋松循环(例如至少30个循环)来说基本恒定的旋紧/旋松制动转矩。
所述目的通过要求保护的自锁定螺母和相关制造方法来实现。
权利要求是在这里提供的关于本发明的技术教导的一体部分。
根据本发明的优选实施方式的特征，自锁定螺母包括设置有适当形状的纵向狭槽的上螺纹轴环以及外部螺旋弹簧，纵向狭槽在轴环本身中限定多个成形为圆周弧的区段，外部螺旋弹簧设置成压缩所述区段，所述弹簧由沉淀硬化不锈钢制成并被成形为使得所述螺母产生彼此不同并且对于具有相同直径的螺母来说通过适当地修改所述弹簧的至少一个尺寸参数获得的旋松制动转矩。
根据本发明的另一特征，弹簧被构造成使得螺母产生多个部分重叠的旋松制动转矩，其布置成覆盖相应不同范围的旋松制动转矩。
根据本发明的又一特征，申请人已确认三个部分重叠范围的旋松制动转矩，以覆盖利用现有技术的螺母不可能获得的极广范围的旋松制动转矩性能以及因此相应广泛范围的应用。
附图说明
通过参照附图以非限制性例子给出的优选实施方式的以下描述，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加清楚，附图中由相同或类似附图标记表示的元件对应于具有相同或类似功能和结构的部件，其中：
图1A是具有螺旋弹簧的一种示例性自锁定螺母的立体图；
图1B表示可用在图1A所示的自锁定螺母上的弹簧；
图2至图4表示通过改变与弹簧相关的尺寸参数，随着旋紧/旋松循环数增加而在螺母M10的样本上测量的以牛顿/米(Nm)表示的制动力矩值；
图5至图7表示通过改变与螺母M20中的弹簧相关的尺寸参数，随着旋紧/旋松循环数增加而在螺母样本上测量的以牛顿/米(Nm)表示的制动力矩值；
图8至图10表示分别针对不同的螺母M10、M12、M20，在螺母样本上测量的以牛顿/米(Nm)表示的制动力矩值的对比曲线L、M、H，其中每副图涉及具有相同直径的螺母和具有不同尺寸参数的弹簧；以及
图11和12显示通过分别在螺母M10和M20中使用弹簧不锈钢(AISI 302)制成的弹簧，随着旋紧/旋松循环数量增加而在螺母样本上测量的以牛顿/米(Nm)表示的制动力矩值。
具体实施方式
参照图1A，根据本发明的优选实施方式制成的螺母1被布置成旋紧在螺纹杆上，该螺纹杆在图中未显示，位于螺母的内侧并布置成用于例如紧固装置的一次性部件。
螺母具有常规的结构，包括轴环3，螺旋弹簧5缠绕在轴环3上并在轴环3上施加径向压缩，并且通过轴环在螺母旋紧到的螺纹杆上施加径向压缩。
螺母1的结构包括设置在轴环3本身中的多个狭槽7，狭槽优选为U形。
当然，在其他实施方式中，狭槽可以是V形或者具有尖角的U形。
狭槽7在轴环3上限定多个成形为圆周弧并具有外部上肋11的区段9。
在优选实施方式中，凹座13设置在螺母1的结构的上表面中。所述座容纳螺旋弹簧5的给定数量、甚至是非整数匝6(图1A和1B)，以环绕轴环3并径向压缩区段9，区段9又向螺母旋紧到的螺纹杆施加给定的压力或力。
弹簧5优选由丝5a制成，丝5a具有随螺母尺寸变化而变化的直径Φj，并且根据优选实施方式其具有对于相同螺母尺寸或直径来说多样化的内径Φd，以允许以预定方式使松动制动力矩或转矩的最小和最大值多样化，如接下来详细描述的那样。
在使用中，弹簧优选安装在相对于紧固部分(例如一次性部分)的相对位置，使得其通常受到比紧固部分受到的低的温度，如对于本领域技术人员清楚的那样。
在优选实施方式中，弹簧5由沉淀硬化不锈钢(PH钢)制成，其中存在高温下可溶的硬化化合物或元素，例如铝或铝化合物。
更优选地，弹簧由半奥氏体PH钢制成，例如17-7PH钢，也称为AISI 631钢。
申请人首先意识到，例如通过利用PH-17-7钢的弹簧进行测试，通过使用沉淀硬化不锈钢制成的螺母甚至在例如至少30次循环的重复旋紧/旋松循环后具有带高度恒定特性的松动制动力矩。
更特别地，申请人已经意识到，制动力矩特性随着旋紧/旋松循环重复的恒定性不仅出现在在环境温度下(例如温度范围在-50度至100度)使用的情况，而且出现在在高温下(例如温度范围在300度至400度)使用的情况。
总之，申请人已经注意到，随着旋紧/旋松循环重复，在范围为-50度至400度的温度时制动力矩特性具有高度恒定性，使得根据本发明的螺母尤其适用于需要其可靠重复使用的情况。
申请人还意识到，特性的恒定性也在修改弹簧5的一个或多个尺寸参数同时保持螺母直径不变时得以保持。
这种现象的检测使得能够通过优选地修改弹簧的尺寸参数同时保持螺母直径不变来进行实验测试，并获得具有彼此不同且处于预定最小值和最大值之间的旋松制动转矩的螺母。
在保持螺母直径不变的同时可以修改的尺寸参数有：
-弹簧5的内径Φd；
-丝5a的直径Φj；
-匝6的数量(甚至是非整数)。
在优选实施方式中，已经选择弹簧5的内径Φd作为要修改的尺寸参数，因为其修改被认为较少地影响螺母1的轴环3的可能尺寸修改(加长或缩短)。因此，以下优选参照弹簧5的内径Φd作为要修改的尺寸参数。
在对不同直径的螺母进行实验测试时，其最小值为第五次旋松操作时的制动转矩最小值的转矩被认为是参考旋松制动转矩，如标准ISO 2320规定的。
具有这种平均转矩的螺母被认为是具有标准特性的螺母(标准螺母或标准或中等转矩螺母)，所使用的弹簧5的尺寸参数被认为是参考参数(图3和6)。
考虑到标准螺母作为参考，弹簧5的直径Φd被修改。
作为进行的实验测试的结果，申请人已经意识到，通过增加弹簧5的内径(“直径”)Φd并保持相同弹簧的其他尺寸参数不变，可以获得比标准螺母低得多的中等、最小和最大旋松制动转矩值，同时针对重复旋紧/旋松循环，例如30次循环保留特性的恒定性(图2和图5)。在这种情况中，具有这种特性的螺母在这里被定义为低转矩螺母。
申请人还意识到，通过减小弹簧5的直径Φd并且保持相同弹簧的其他尺寸参数不变，可以获得比标准螺母高得多的中等、最小和最大旋松制动转矩值，同时在重复旋紧/旋松循环，例如30次循环上保留特性的恒定性(图4和图7)。在这种情况中，具有这种特性的螺母在这里被定义为高转矩螺母。
总之，申请人已经意识到，通过针对每种预定尺寸的螺母适当地改变直径Φd，可以获得制动转矩的多个部分重叠的值，或者值范围，但如随后的表1所示的，最小、中等和最大值不同，此表1通过对种类8中的螺母的测试并通过只考虑三个值范围获得。
表1
| 螺母直径 | 低转矩 | 中等转矩 | 高转矩 |
| M08 | 0.3-1.0 | 0.6-2.0 | 1.0-3.0 |
| M10 | 0.5-1.7 | 1.0-2.8 | 2.0-4.0 |
| M12 | 1.0-2.5 | 1.6-4.0 | 3.0-5.0 |
| M14 | 1.2-3.0 | 2.3-7.0 | 3.5-8.0 |
| M16 | 1.5-4.0 | 3.0-8.0 | 4.5-10.0 |
| M20 | 3.0-8.0 | 5.3-11.0 | 7.0-14.0 |
| M22 | 3.5-9.0 | 6.5-13.0 | 8.5-17.0 |
| M24 | 4.0-10.0 | 8.0-15.0 | 10.0-20.0 |
| M27 | 5.0-12.0 | 10.0-18.0 | 12.0-25.0 |
特别是，在所述例子中，弹簧5的尺寸参数的变型意在获得以下效果：
-与低转矩螺母相关的制动转矩的最大值在任何情况下高于标准转矩螺母的制动转矩的最小值；
-与标准转矩或中等转矩螺母相关的制动转矩的最大值在任何情况下高于高转矩螺母的制动转矩的最小值；容易理解，这与高转矩螺母的制动转矩的最小值低于标准转矩螺母的制动转矩的最大值对应。
因此，对于每个预定尺寸的螺母，获得通过使用现有技术螺母不可能获得的极广范围的旋松制动转矩性能覆盖和由此同样广范围的应用覆盖。
而且，获得的结果不会修改对于重复旋紧/旋松循环的性能恒定性。
优选地，如随后的表2指出和图8、9和10针对种类8螺母所示的，对于每个预定尺寸的螺母来说，通过低、中等和高转矩螺母获得的宽覆盖范围还使得：
-低转矩螺母的旋松制动转矩的平均值的范围在标准转矩螺母的旋松制动转矩的大约45％至55％；
-标准转矩螺母的旋松制动转矩的平均值的范围在高转矩螺母的旋松制动转矩的大约75％至85％。
表2
| 螺母直径 | 低转矩 | 中等转矩 | 高转矩 |
| M08 | 0.6 | 1.3 | 1.5 |
| M10 | 1.1 | 2.0 | 2.6 |
| M12 | 1.6 | 3.0 | 3.5 |
| M14 | 1.8 | 4.0 | 5.0 |
| M16 | 2.7 | 5.1 | 6.0 |
| M20 | 3.7 | 7.5 | 10.0 |
| M22 | 5.0 | 11.0 | 13.0 |
| M24 | 7.0 | 12.0 | 15.6 |
| M27 | 8.5 | 13.1 | 17.4 |
特别是，表1和表2中报告的制动转矩值优选通过以下获得：
-通过使用例如相对于用于尺寸低于M20的螺母的标准转矩弹簧的直径增加大约8％至10％且对于尺寸大于或等于M20的螺母增加大约2％至4％的直径作为低转矩弹簧5的内径Φd；
-通过使用例如相对于标准转矩弹簧的直径减小大约2％至4％的直径作为高转矩弹簧5的内径Φd。
总之，申请人已经意识到，为了获得高转矩螺母，相对于标准转矩螺母的弹簧直径减小弹簧直径Φd基本恒定的百分比值通常就足够，在具有充分大的直径的螺母的情况下，为了获得低转矩螺母，可以适用类似的规则，即通过相对于标准转矩螺母的弹簧直径增加弹簧直径Φd。
当然，在其他实施方式中，特别是在希望获得高转矩螺母时，除了减小弹簧5的内径Φd外，还增加丝5a的直径Φj可能是方便的。
申请人还惊讶地意识到，对于相同尺寸参数的标准转矩弹簧，通过用例如AISI 302钢的弹簧不锈钢代替制成弹簧的材料，例如沉淀硬化不锈钢AISI 631钢，可以获得基本相同的旋松制动转矩值，具有相同的特性恒定性，如同表1和2针对低转矩螺母给出的。
总之，申请人已经意识到，为了获得具有高恒定性特性的低转矩螺母，选择例如AISI 302钢的弹簧不锈钢作为制成弹簧的材料的替代，同时保持与针对标准转矩螺母的弹簧设想的基本等同的尺寸参数就已足够。
这里的术语“基本等同的”意在表示具有处于在这里考虑的技术领域中的通常公差范围内的相同值的尺寸参数。
例如为了清楚起见，随着如描述的那样改变直径Φd所测量的螺母M10的样本的制动力矩特性显示在图2、3和4中，旋松制动力矩的平均值的对比曲线显示在图8中。
例如为了清楚起见，随着如描述的那样改变直径Φd所测量的螺母M20的样本的制动力矩特性显示在图5、6和7中，旋松制动力矩的平均值的对比曲线显示在图10中。
图9中显示了针对螺母M12，旋松制动力矩的平均值的对比曲线。
通过使用沉淀硬化不锈钢(例如AISI 631钢)制成的弹簧在环境温度下对种类8螺母进行结果在图2-图10中报告的实验测试。
还对种类10螺母和不锈钢螺母进行了实验测试，具有基本等同的结果。
这些测试的结果没有报告，因为它们相对于针对更加常用的种类8螺母所获得的结果没有显著区别。
在所有情况下，在重复旋紧/旋松循环(35次循环)中进行测量。
最后，图11和12中显示了通过使用例如AISI 302钢的弹簧不锈钢制成的与用于标准转矩螺母和由AISI 631钢制成的弹簧具有基本相同的尺寸参数的弹簧在环境温度下确定的种类8螺母M10和M20的样本的制动力矩特性。
由于本发明，不仅可以在工作寿命期间需要多次替换的部件上很多次且没有风险地使用根据本发明的螺母，而且可从不同直径的螺母中选择对于相同部件的紧固需求来说最合适的旋松制动转矩的特性范围。
有利地，针对相同形状选择具有不同特性的螺母的可能性允许螺母的使用者根据希望的特定应用以最大灵活性管理它们。
本说明书利用图1A中所示的自锁定螺母为参照，但如本领域技术人员容易理解的，对于具有带轴向效应的金属插入件的自制动螺母和带螺纹上的锥形部分的校正变形的截锥螺母，通过适当地修改金属插入件的尺寸参数或者锥形部分的校正变形，也可以预期获得范围广泛的旋松制动转矩。
当然，可以在不脱离权利要求中限定的本发明的范围的情况下，在尺寸、形状、部件方面以及在所示结构和操作方式的细节方面对上述描述进行明显的改变和/或修改。
Claims (10)
1.一种自锁定螺母(1)，包括设置有V形或U形的纵向狭槽(7)和锋利边缘的上螺纹轴环(3)，所述纵向狭槽在轴环中限定由金属丝(5a)制成的外部螺旋弹簧(5)的一个或多个匝(6)压缩的多个圆弧区段(9)，所述狭槽的宽度不允许所述圆弧区段(9)相互接触，其特征在于，所述弹簧(5)的所述丝(5a)由沉淀硬化不锈钢制成，并且所述螺母具有彼此不同并且对于具有相同直径的螺母(1)来说通过修改所述弹簧的至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)获得的旋松制动转矩值。
2.根据权利要求1所述的自锁定螺母(1)，其中所述至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)从包括以下项的组选择：
-所述弹簧(5)的内径(Φd)；
-所述丝(5a)的直径(Φj)；
-所述弹簧的匝数(6)。
3.根据权利要求1或2所述的自锁定螺母(1)，其中所述至少一个尺寸参数是弹簧(5)的内径(Φd)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自锁定螺母(1)，其中所述至少一个尺寸参数被选择以获得：
-第一制动转矩或标准或平均转矩，其具有作为最小值的在一旋松状态下的预定最小制动转矩值和一最大制动转矩值；
-处于比所述第一制动转矩低的范围内的第二制动转矩，所述第二制动转矩或低转矩具有比标准转矩的最小值高的最大制动转矩值，作为最大值；
-处于比所述第一制动转矩高的范围内的第三制动转矩，所述第三制动转矩或高转矩具有比所述标准转矩的最大制动转矩值低的最小制动转矩值，作为最小值。
5.根据权利要求4所述的自锁定螺母(1)，其中所述低转矩通过选择由具有与针对通过所述沉淀硬化不锈钢制成的弹簧获得所述标准转矩所选择的基本同等的尺寸参数的不锈弹簧钢制成的弹簧来获得，作为对于所述由沉淀硬化不锈钢制成的弹簧的代替。
6.根据权利要求5所述的自锁定螺母(1)，其中所述基本同等的尺寸参数由所述弹簧(5)的内径(Φd)构成。
7.一种用于实现自锁定螺母的方法，包括以下步骤：
-实现包括上螺纹轴环(3)的螺母结构(1)，所述上螺纹轴环设有V形或U形的纵向狭槽(7)和锋利边缘，所述纵向狭槽在所述轴环中限定由金属丝(5a)制成的外部螺旋弹簧(5)的一个或多个匝(6)压缩的多个圆弧区段(9)；
-利用沉淀硬化不锈钢形成所述丝(5a)；
-对于具有相同直径的螺母(1)，修改所述弹簧的至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)以获得具有不同旋松制动转矩值的螺母(1)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中对于具有相同直径的螺母(1)，修改所述弹簧的至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)的步骤包括修改从包括以下项的组选择的至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)的步骤：
-所述弹簧(5)的内径(Φd)；
-丝(5a)的直径(Φj)；
-所述弹簧的匝数(6)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，包括选择所述至少一个尺寸参数(Φd，Φj，6)的步骤以获得：
-第一制动转矩或标准或平均转矩，其具有作为最小值的在一旋松状态下的预定最小制动转矩值和一最大制动转矩值；
-处于比所述第一制动转矩低的范围内的第二制动转矩，所述第二制动转矩或低转矩具有比标准转矩的最小值高的最大制动转矩值，作为最大值；
-处于比所述第一制动转矩高的范围内的第三制动转矩，所述第三制动转矩或高转矩具有比所述标准转矩的最大制动转矩值低的最小制动转矩值，作为最小值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中提供选择由具有与针对通过所述沉淀硬化不锈钢制成的弹簧获得所述标准转矩所选择的基本同等的尺寸参数的不锈弹簧钢制成的弹簧作为对于所述由沉淀硬化不锈钢制成的弹簧的代替的步骤。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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Application publication date: 20120718 |