CN103216512B - 一种防松螺母 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防松螺母，是用于与金属板相连接的防松动螺母，包括具有内螺纹的螺母本体，其中，所述螺母本体的顶端沿螺纹孔的周围设有环锥形凸台，所述环锥形凸台沿螺纹孔轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍，所述螺母本体的底端沿螺纹孔的周围设有多个凸焊台，用于与金属板相焊接，所述多个凸焊台之间等距离的分布于螺纹孔的一同心圆上，所述凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离不小于所述环锥形凸台的最大半径，且不大于所述环锥形凸台最大半径的2倍。本发明的防松螺母使得金属板与螺母、螺栓在振动过程中始终保持螺纹的有效摩擦力，达到防松目的。

Description

一种防松螺母

技术领域

本发明涉及机械装备领域的紧固部件，尤其涉及一种用于与金属板相连接的防松螺母。

背景技术

各种机器及部件在连接装配中离不开紧固件。紧固件可以将两个或多个不同的部件紧密连接起来，给机械工业带来了方便，在各个领域的应用极其广泛，但是，它有一个不可忽视的弱点，即在剧烈震动中会自行松脱，致使相连接的部件解体脱落，甚至酿成重大事故。

为解决紧固件的松脱问题，从螺纹紧固件诞生之日起，世界上许多国家的科学家和工程师做了大量的试验和研究，比如目前比较常用的防松脱方法包括:1、摩擦防松，如图1所示，在在螺母底部和被连接件的支撑片之间放置弹簧垫圈，螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧,从而起到了防松作用，这种防松方法结构简单，使用方便；2、机械防松，如图2所示，六角开槽螺母拧紧后，将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧，这种防松方法可适用于较大冲击、振动的高速机械中运动部件的联接；3、永久防松，如图3所示，将螺母拧紧之后，在螺母上表面与螺柱结合的部位，进行冲点或点焊固定，达到防松目的；4、化学防松，即在螺母和螺柱的螺纹缝隙之间或支撑面进行涂胶，达到防松目的。上述方法针对不同的应用场合，一定程度提高了防松效果，但对于例如与金属板(如汽车车身金属板)相连接的应用领域，上述防松脱方法效果不佳。虽然对于金属板的连接，有采用把焊接螺母先与金属板进行焊接，然后再与螺栓紧固的做法，但这仍未有效解决螺母与螺栓之间的松脱问题。

所以，特别对于金属板上通过螺母与螺栓/螺柱相配合的应用场合，动态载荷情况下时，防松问题更加突出和存在解决的必要。

发明内容

本发明的发明人经过实践研究发现，在实际工况中，外载荷有振动、变化或材料高温蠕变等因素，会造成摩擦力减少，直至螺纹中的正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。特别在与金属板相接的场合(如汽车车身金属薄板)，因金属板的动态载荷振动更加复杂多变，在实践中，即使是将金属板与螺母的一端进行简单的焊接并对螺母的另一端采用已有技术的锁紧结构设计，也并不能有效解决防松问题。必须考虑多方因素，使得金属板与螺母、螺栓在振动过程中始终保持螺纹的有效摩擦力，达到防松目的。

所以，为解决动态载荷情况下与金属板连接的紧固件存在松脱的问题，本发明提供了一种防松螺母，是用于与金属板相连接的防松动螺母，包括具有内螺纹的螺母本体，其中，所述螺母本体的顶端沿螺纹孔的周围设有环锥形凸台，所述环锥形凸台沿螺纹孔轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍，所述螺母本体的底端沿螺纹孔的周围设有多个凸焊台，所述多个凸焊台之间等距离的分布于螺纹孔的一同心圆上，所述凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离不小于所述环锥形凸台的最大半径，且不大于所述环锥形凸台最大半径的2倍；上述螺母本体为等边六角形，所述等边六角形的外接圆的半径小于所述凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离，且大于所述环锥形凸台的最大半径。

与现有技术相比，本发明的防松螺母，通过对环锥形凸台高度的特定设计(螺纹螺距的0.8-4倍)、凸焊台的位置分布设计、以及凸焊台与环锥形凸台的特定位置关系设计(凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离不小于所述环锥形凸台的最大半径，且不大于所述环锥形凸台最大半径的2倍)的设计，在上述的综合条件下，整体发挥协同配合作用，凸焊台与金属板焊接，会对环锥形凸台形成均匀稳定受力，加上对环锥形凸台轴向特定的0.8-4倍螺距的长度所施加的预紧力，该预紧力会使环锥形凸台沿螺纹孔轴向挤压，使得环锥形凸台产生弹性微变形，可以在金属板的动态载荷中，使得螺纹连接在承受工作载荷之前预先承受的预紧力而产生摩擦力矩作用，能有效地防止螺旋副产生相对运动，以承受横向载荷，从而使被联接件接合面具有足够的紧密性。此外，本发明的发明人还发现，这种设计同时可防止作业人员在紧固螺母时，因预紧力过大，使螺栓在偶然过载的情况下产生松动甚至拉断的后果。

为更进一步解决松脱问题，上述的螺母本体的底端还可以沿螺纹孔径向向外延伸有凸缘，所述凸焊台设于凸缘上。

为更进一步解决松脱问题，上述凸焊台可以为山脊形，所述山脊形凸焊台包括两个斜面，所述两个斜面之间的夹角为80-100度，优选为85-95度。

为更进一步解决松脱问题，上述凸焊台之间的高度差≤0.15mm。

为更进一步解决松脱问题，上述凸焊台的高度可以为0.8-1.5mm，更优选为0.9-1.3mm。

为更进一步解决松脱问题，上述环锥形凸台可以为内表面围成的孔为径向收口形，其最小内径小于螺母本体的螺纹中径。

为更进一步解决松脱问题，上述环锥形凸台可以为侧面开设有多个通槽。

为更进一步解决松脱问题，上述环锥形凸台可以为内表面开设有环形凹槽，所述环形凹槽内嵌设有耐高温软性垫圈，所述耐高温软性垫圈的内径小于所述螺母本体的螺纹中径，所述耐高温软性垫圈的温度耐受范围为-50℃-200℃。

为更进一步解决松脱问题，上述凸缘可以为圆形，凸焊台为三个。

为更进一步解决松脱问题，所述凸焊台为三个，凸焊台等距离分布在所述等边六角形的三个角上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为现有技术第一种防松方式的示意图。

图2为现有技术第二种防松方式的示意图。

图3为现有技术第三种防松方式的示意图。

图4为本发明第一种实施方式的防松螺母示意图。

图5为图5中A部分的局部放大示意图。

图6为本发明第二种实施方式的防松螺母示意图。

图7为本发明第三种实施方式的防松螺母示意图。

图8为本发明第四种实施方式的防松螺母示意图。

图9为本发明第五种实施方式的防松螺母示意图。

图10为本发明第一种实施方式的防松螺母的变形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一种实施方式：

图4-图5示意了本发明第一种实施方式的防松螺母。本实施方式的防松螺母可以根据其目的和大小而选择使用多种可焊性材质，优选为含碳量≤0.25﹪，具有可焊性的钢。本实施方式的螺母包括螺母本体2，螺母本体2上具有螺纹孔5，螺纹孔5具有内螺纹，螺纹孔5的孔径尺寸范围及螺纹规格没有特别限定，可以为本领域常规尺寸，例如可采用M8、M10、M12或M14(8mm、10mm、12mm或14mm)的孔径。螺母本体2的顶端沿螺纹孔5的周围设有环锥形凸台1，环锥形凸台1可与螺母本体2的材质相同，并成一体结构。

环锥形凸台1沿螺纹孔5轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍。因螺纹连接在承受工作载荷之前预先受到一个预紧力，该预紧力会使环锥形凸台1沿螺纹孔轴向挤压，使得环锥形凸台1产生弹性微变形，使接合面产生较大摩擦力，以承受横向载荷。综上，本实施方式环锥形凸台1沿螺纹孔5轴向的长度为内螺纹螺距的0.8-4倍，更优选为1-2倍。

螺母本体2的底端沿螺纹孔5径向延伸有凸缘3，凸缘3上设有多个凸焊台4，凸缘3及凸焊台4可与螺母本体2的材质相同，并成一体结构。虽然本实施方式凸焊台4的为3个，但凸焊台4的个数没有特别限定，与凸焊台4的形状、体积及螺母的大小有关系，可以为2个、3个或4个以上。本实施方式中，三个凸焊台4之间等距离的分布于螺纹孔5的一同心圆上，即三个凸焊台4作为顶点构成围绕螺纹孔5的等边三角形边形，该等边三角形的外接圆与螺纹孔5构成同心圆。凸焊台4与环锥形凸台1之间的具体位置关系有特殊限定和要求，即凸焊台4至其所在的同心圆圆心的距离不小于环锥形凸台1最大半径(如图4所示，即环锥形凸台端面的外圆半径)，且不大于环锥形凸台1最大半径的2倍；更优选为凸焊台4至其所在的同心圆圆心的距离不小于环锥形凸台1最大半径(如图4所示，即环锥形凸台端面的外圆半径)的1.3倍，且不大于环锥形凸台1最大半径的1.7倍，在这种设计下，会体现更优的防松效果。

在上述的特定要求下，凸焊台4与金属板焊接，会对环锥形凸台1形成均匀稳定受力，再加上对环锥形凸台1轴向特定的0.8-4倍螺距的长度所承受的挤压力，可以较好的强化结合面的摩擦力。同时本发明的发明人研究发现，这种设计同时可防止作业人员在紧固螺母时，因预紧力过大，使螺栓在偶然过载的情况下产生松动甚至拉断的问题。上述对多个特征的限定，互相配合发挥积极作用，对形成稳定牢固的结合力做出重要的贡献。

凸缘3位于螺母本体2底端，并沿螺纹孔5向外径向延伸，所延伸出的凸缘形状没有特别限定，便于布局凸焊台4即可。其中圆形凸缘因其具有材质径向分布均匀，凸焊台4对其受力均等的优点，故优选延伸为圆形凸缘，圆形凸缘形状又可以为厚度均等的圆盘形状(如图4-图8所示)，也可以为厚度沿径向渐变的法兰形状(如图10所示)，其中法兰形状的螺母制作工艺性更佳。凸焊台4的形状没有特别要求，在满足焊接的要求下，可以自由的选用各种形状，如圆台形、长条形、山脊形等。在存在凸缘3的前提下，凸焊台4的形状优选为山脊形，山脊形具有良好的工艺性，及良好的与金属板的焊接性，山脊形凸焊台包括构成山脊的两个斜面，这两个斜面之间的夹角a(如图5所示)为80-100度，优选为85-95度。凸焊台的高度设置为0.8-1.5mm，更优选为0.9-1.3mm。凸焊台之间的高度差≤0.15mm。上述优选设计，可显著增强凸焊台与金属板的焊接性能，使得焊接更佳稳固，及螺母本体2和金属板(图中未示出)之间的结合更佳紧密，进而提高了螺母整体的锁紧效果。

螺母本体2形状可以圆形或正多边形等，本实施方式中螺母本体2的形状为等边六角形。等边六角形的外接圆的半径小于凸焊台4至其所在的同心圆圆心的距离，且大于环锥形凸台1的最大半径。这是对凸焊台4与环锥形凸台1之间的位置关系的一种最优设计。

第二种实施方式：

如图6所示，本实施方式的防松螺母与第一种实施方式所不同的地方在于，环锥形凸台1内表面围成的孔为非圆形径向收口，如本实施方式中为椭圆形径向收口，且该非圆形径向收口的最小内径(如图6所述，即环锥形凸台1端面的内椭圆的短轴长度)小于螺母本体2的螺纹中径。

与第一种实施方式同样，本实施方式包括螺母本体2，螺母本体2上具有螺纹孔5，螺纹孔5具有内螺纹，螺母本体2的顶端沿螺纹孔5的周围设有环锥形凸台1，环锥形凸台1沿螺纹孔5轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍，螺母本体2的底端沿螺纹孔5径向延伸有凸缘3，凸缘3上设有三个凸焊台4，三个凸焊台4之间等距离的分布于螺纹孔5的一同心圆上，凸焊台4至其所在的同心圆圆心的距离不小于环锥形凸台1最大半径(如图6所示，即环锥形凸台端面的外椭圆的半长轴长度)，且不大于环锥形凸台1最大半径的2倍。上述特征结合本实施方式的非圆收口设计，当螺母拧紧后，收口涨开，利用收口的回弹力使旋合螺纹间压紧，可以更进一步的强化锁紧效果。

第三种实施方式：

如图7所示，本实施方式的防松螺母与第一种实施方式所不同的地方在于，在环锥形凸台1的侧面开设有多个通槽6，通槽6将环锥形凸台1分割成多个侧壁7，多个侧壁7向螺纹孔方向内倾收紧，其合围成环锥形凸台1具有径向收口。通槽6的尺寸要求只要满足所分隔的多个侧壁7保持足够的弹性强度即可。

与第一种实施方式同样，本实施方式包括螺母本体2，螺母本体2上具有螺纹孔5，螺纹孔5具有内螺纹，螺母本体2的顶端沿螺纹孔5的周围设有环锥形凸台1，环锥形凸台1沿螺纹孔5轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍，螺母本体2的底端沿螺纹孔5径向延伸有凸缘3，凸缘3上设有三个凸焊台4，三个凸焊台4之间等距离的分布于螺纹孔5的一同心圆上，凸焊台4至其所在的同心圆圆心的距离不小于环锥形凸台1最大半径(如图7所示，即多个侧壁7合围成的环锥形凸台端面的外圆半径)，且不大于环锥形凸台1最大半径的2倍。上述特征结合本实施方式的开槽径向收口设计，当螺母拧紧后，收口涨开，利用收口的回弹力使旋合螺纹间压紧，可以更进一步的强化锁紧效果。

第四种实施方式：

如图8所示，本实施方式的防松螺母与第一种实施方式所不同的地方在于，环锥形凸台1的内表面开设有环形凹槽8，环形凹槽8内嵌设有耐高温软性垫圈9，耐高温软性垫圈9的内径小于螺母本体2的螺纹中径，耐高温软性垫圈的温度耐受范围为-50℃-200℃，可选用耐高温塑料或尼龙(例如尼龙6或尼龙66),本实施方式采用尼龙66(聚己二酰己二胺，工业简称PA66)作为耐高温软性垫圈9。本实施方式借助耐高温软性垫圈9受压所产生的弹性变形和弹性预紧力‘挤死’螺母与螺杆之间径向及侧向的间隙。换言之，凭借耐高温软性垫圈9变形后对螺牙间隙的充填和塞紧来抵制和预防螺母松动。软性材料的摩擦系数远大于金属的摩擦系数，因此这种弹性胀紧比单纯的刚性夹紧更能吸振消振解振，从而增强了自锁的可靠性。

第五种实施方式：

如图9所示，本实施方式的防松螺母包括等边六角形的螺母本体2，螺母本体2上具有螺纹孔5，螺纹孔5具有内螺纹，螺母本体2的顶端沿螺纹孔5的周围设有环锥形凸台1，环锥形凸台1沿螺纹孔5轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍，等边六角形螺母本体2的三个角上等距离的分布有三个凸焊台4，三个凸焊台4位于螺纹孔5的一同心圆上，凸焊台4至其所在的同心圆圆心的距离不小于环锥形凸台1最大半径(如图9所示，即环锥形凸台1端面的外圆半径)，且不大于环锥形凸台1最大半径的2倍。与第一种实施方式相比，所不同的地方在于，本实施方式的螺母本体2上没有设凸缘，凸焊台4是直接等距离的分布在六角螺母本体的三个角上。凸焊台4的形状适应性的改为三角台形状。这种结构不仅设计简单，可节约材料体积，同时也能达到较好的防松效果，满足实用要求。

此外，在本发明的描述中，需要理解的是，凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离应理解为凸焊台的台面中心点或中线至其所在的同心圆圆心的距离，具体到山脊形凸焊台，则为山脊顶点或山脊线至其所在的同心圆圆心的距离。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种防松螺母，是用于与金属板相连接的防松动螺母，包括具有内螺纹的螺母本体，其特征在于，所述螺母本体的顶端沿螺纹孔的周围设有环锥形凸台，所述环锥形凸台沿螺纹孔轴向的长度为所述内螺纹螺距的0.8-4倍，所述螺母本体的底端沿螺纹孔的周围设有多个凸焊台，用于与金属板相焊接，所述多个凸焊台之间等距离的分布于螺纹孔的一同心圆上，所述凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离不小于所述环锥形凸台的最大半径，且不大于所述环锥形凸台最大半径的2倍；所述螺母本体为等边六角形，所述等边六角形的外接圆的半径小于所述凸焊台至其所在的同心圆圆心的距离，且大于所述环锥形凸台的最大半径。

2.根据权利要求1所述的防松螺母，其特征在于，所述螺母本体的底端沿螺纹孔径向向外延伸有凸缘，所述凸焊台设于凸缘上。

3.根据权利要求2所述的防松螺母，其特征在于，所述凸缘为圆形，凸焊台为三个。

4.根据权利要求2所述的防松螺母，其特征在于，所述凸焊台为山脊形，所述山脊形凸焊台包括两个斜面，所述两个斜面之间的夹角为80-100度，所述凸焊台的高度为0.8-1.5mm。

5.根据权利要求4所述的防松螺母，其特征在于，凸焊台之间的高度差≤0.15mm。

6.根据权利要求1所述的防松螺母，其特征在于，所述凸焊台为三个，凸焊台等距离分布在所述等边六角形的三个角上。

7.根据权利要求1所述的防松螺母，其特征在于，所述环锥形凸台内表面围成的孔为径向收口形，其最小内径小于螺母本体的螺纹中径。

8.根据权利要求7所述的防松螺母，其特征在于，所述环锥形凸台的侧面开设有多个通槽。

9.根据权利要求1所述的防松螺母，其特征在于，所述环锥形凸台的内表面开设有环形凹槽，所述环形凹槽内嵌设有耐高温软性垫圈，所述耐高温软性垫圈的内径小于所述螺母本体的螺纹中径，所述耐高温软性垫圈的温度耐受范围为-50℃-200℃。