CN105114437A - 一种自锁螺栓 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自锁螺栓，包括螺栓本体，螺栓本体包括螺杆，所述螺杆开设有轴向孔和径向孔，轴向孔与螺杆同轴，径向孔与轴向孔相通且其中放有锁止球，锁止球向外防脱位于对应径向孔中，且具有锁止位和解锁位，所述轴向孔内导向装配有用于切换锁止球的锁止位和解锁位的芯轴，芯轴和螺栓本体之间设有弹簧和用于对芯轴限位以使锁止球停留在锁止位的限位结构，在初始状态下锁止球处于锁止位，当按压芯轴的一端使锁止球退回螺杆内时锁止球处于解锁位，当松开芯轴时弹簧驱动芯轴轴向移动使锁止球凸出螺杆表面，锁止球处于锁止位。本发明解决现有技术中螺栓在振动情况下容易松动脱落的技术问题。

Description

一种自锁螺栓

技术领域

本发明涉及一种自锁螺栓，属于紧固件技术领域。

背景技术

飞机发动机与机身的连接通常采用螺栓进行联接，主要是维修时便于拆装和更换，同时也必须满足在较大的振动工作环境下，螺栓不会从螺栓穿孔中脱落，因此需要对螺栓锁紧防松。在一对螺纹联接副中，螺栓不具备自锁功能，为了防止螺栓在振动情况下松动脱落，通常采用以下两种方法：（1）在螺栓的端部连接自锁螺母；（2）在螺栓的端部连接普通螺母，在螺栓的螺杆端部增加开口销；前者虽然能够达到较好的锁紧作用，但是增加拆卸的难度，在后期维修过程中需要对锁紧螺母进行拆装，导致锁紧螺母的锁紧功能受到破坏，进而造成防松能力降低甚至造成锁紧螺母失效，安全隐患较大；后者虽然能够起到一定的防松作用，但是，由于开口销松脱的可能性较大，一旦在飞机飞行过程中开口销脱落，容易造成飞行事故，安全隐患大。

由于飞机在飞行时，发动机与机身联接部位的联接螺栓承受剪切力较大，随着飞机飞行速度的增加，联接螺栓承受的剪切力也会不断的增大，甚至飞机在加速飞行时联接螺栓承受的剪切力会成倍增加；因此，飞机发动机与机身联接的螺栓需要满足足够的抗剪切能力。现有技术中，为了满足联接螺栓的抗剪切能力，设计人员通常采用加大联接螺栓螺杆部分的直径来加大联接螺栓的抗剪切能力，增大螺杆部分的直径就需要相应的增大螺栓穿孔的直径，所以开设在飞机机身和发动机上的螺栓穿孔的直径也需要增大，进而影响飞机机身和发动机自身的结构强度；所以，为了解决螺栓在振动情况下易脱落的问题的同时，技术人员还应该考虑螺栓的抗剪强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自锁能力的自锁螺栓，用以解决现有技术中螺栓在振动情况下容易松动脱落的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

自锁螺栓，包括螺栓本体，螺栓本体包括螺杆，所述螺杆开设有轴向孔和径向孔，轴向孔与螺杆同轴，径向孔与轴向孔相通且其中放有锁止球，锁止球向外防脱位于对应径向孔中且具有锁止位和解锁位，所述轴向孔内导向装配有用于切换锁止球的锁止位和解锁位的芯轴，芯轴和螺栓本体之间设有弹簧和用于对芯轴限位以使锁止球停留在锁止位的限位结构，在初始状态下锁止球处于锁止位，当按压芯轴的一端使锁止球退回螺杆内时锁止球处于解锁位，当松开芯轴时，弹簧驱动芯轴沿轴向移动使锁止球凸出螺杆表面。

所述芯轴包括抗剪段，抗剪段的外表面开设有用于供锁止球进入以使锁止球退回螺杆内的让位槽，当锁止球处于解锁位时所述让位槽与径向孔沿螺杆轴向错开，所述抗剪段的直径与轴向孔的直径相等。

所述芯轴为阶梯轴，轴向孔为阶梯孔，所述限位结构包括位于螺栓本体内的台阶和位于芯轴上用于与台阶挡止配合的轴肩。

所述轴向孔内嵌有限位块，所述弹簧的两端分别与芯轴和限位块挡止配合。

所述限位块为空心圆柱结构，芯轴包括供弹簧导向套设的导向段，所述限位块的内径等于导向段的外径。

螺杆端部具有螺帽，螺帽上开设有供工具插入的工具槽，芯轴可供按压的一端位于工具槽中以使工具能够在插入工具槽中的同时按压所述芯轴，使锁止球处于解锁位。

所述让位槽为沿芯轴周向延伸的环槽。

本发明的有益技术效果为：本发明在螺杆开设有轴向孔和径向孔，在径向孔中放入锁止球，锁止球具有锁止状态和解锁状态，轴向孔内导向装配有能够切换锁止球的锁止位和解锁位的芯轴，芯轴与螺栓本体之间设有弹簧，在初始状态下锁止球处于锁止位，锁止球凸出螺杆外表面，达到锁止的目的，使用时，锁止球能够防止螺杆从固定件的螺栓穿孔中脱落；当按压芯轴的一端，芯轴沿轴向移动，使锁止球退回螺杆内，锁止球解除锁止作用，此时锁止球处于解锁位。本发明可通过操作芯轴来控制锁止球处于锁止位或者解锁位，在初始状态下，锁止球处于锁止位，在安装和拆卸过程中，使锁止球处于解锁状态，便于螺栓安装和拆卸，自锁螺栓在工作状态下，锁止球处于锁止状态，达到自锁目的。

芯轴包括抗剪段，为了保证抗剪段的抗剪强度，本发明在抗剪段开设有让位槽，为锁止球提供能够进入的空间，这样可以令抗剪段的直径与轴向孔的直径相等，抗剪段穿装在螺杆本体内，抗剪段与螺栓本体之间不存在间隔，可以在不改变螺杆直径的情况下满足螺栓对抗剪强度的需求。

抗剪段的与按压段相背的一端连接有弹簧，当松开芯轴后，在弹簧的驱动下芯轴复位，锁止球能够从让位槽中脱离出来，且在弹簧的作用下锁止球能够停留在锁止位。

附图说明

图1是本发明自锁螺栓的实施例1的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明自锁螺栓的实施例1中螺栓本体的结构示意图；

图4是本发明自锁螺栓的实施例1中芯轴的结构示意图；

图5是本发明自锁螺栓的实施例1中限位块的结构示意图；

图6是本发明的自锁螺栓在安装过程中的示意图；

图7是本发明锁止球处于锁止状态下的结构示意图；

图8是本发明在销孔中穿装开口销的结构示意图；

图9是本发明使用状态下的结构示意图；

图中：1、螺杆，2、芯轴，3、锁止球，4、弹簧，5、限位块，6、螺帽，7、让位槽，8、销孔，9、工具槽，10、开口销，11、开槽六角螺母，12、改锥，13、台阶，21、按压段，22、抗剪段，23、导向段，24、轴肩，101、轴向孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的描述。

本发明自锁螺栓的实施例1，如图1-5所示，该自锁螺栓包括轴线沿左右方向延伸的螺栓本体，螺栓本体包括螺杆1和螺帽6，螺帽6位于螺杆1的左端，螺杆1开设有轴向孔101和径向孔，轴向孔与螺杆1同轴设置，径向孔与轴向孔101相通，轴向孔内导向装配有芯轴2，径向孔中放有锁止球3，在安装时，先将芯轴2穿装在轴向孔内，再将锁止球3从径向孔的外孔口放入，然后对径向孔的外孔口进行收压，锁止球3被限制在径向孔内，防止锁止球从径向孔的外孔口落出。螺栓本体与芯轴2之间设有弹簧4和对芯轴限位的限位结构，本实施例中，芯轴2为阶梯轴，轴向孔101为阶梯孔，所述限位结构包括位于螺栓本体内的台阶13和位于芯轴2上的用于与台阶13挡止配合的轴肩24；芯轴2在安装时由轴向孔的的右端穿入，并且将弹簧4由右端套设在芯轴2上，轴向孔101于芯轴2的右侧嵌有限位块5，限位块5将芯轴2和弹簧4挡在轴向孔内，在初始状态下，弹簧4处于压缩状态，弹簧4顶压装配在芯轴2与限位块5之间，台阶13与轴肩24在弹簧4的作用下挡止配合。轴向孔101贯穿螺帽6，芯轴2的左端伸出轴向孔101的左端孔口，当按压芯轴2的左端时，芯轴2向右移动，当松开芯轴时，在弹簧4的作用下芯轴复位。

锁止球3具有锁止位和解锁位，芯轴2和螺杆内壁之间具有供锁止球进入的空间，本实施例中，芯轴2的外表面设有供锁止球进入的让位槽7，让位槽7为沿芯轴2周向延伸的环槽。在初始状态下，让位槽7与径向孔沿螺杆轴向错开，锁止球3凸出螺杆外表面，在螺杆的外表面形成球面凸起，此时，锁止球处于锁止位。通过移动芯轴2可以切换锁止球的锁止位和解锁位，当按压芯轴2左端时，芯轴向右移动，让位槽7移动至与径向孔对应的位置处，锁止球3能够进入到让位槽7中，使得锁止球退回到螺杆内，解除锁止作用，此时，锁止球处于解锁位，当松开芯轴时，芯轴2在弹簧4的作用下复位，锁止球能够从让位槽中脱离。为了能够使锁止球顺利从让位槽中脱离，本实施例中，让位槽7的侧壁由槽底至槽口逐渐向外倾斜设置，让位槽7的侧壁能够引导锁止球3进入让位槽和从让位槽中脱离。

本实施例中，芯轴2包括按压段21、抗剪段22和导向段23，抗剪段23位于按压段和导向段之间，让位槽7开设有抗剪段22靠近导向段23的位置处，这样，可使抗剪段22的直径等于轴向孔101的直径，抗剪段22外表面与轴向孔101内壁之间不会存在间隔空间，保证整个自锁螺栓的抗剪强度，在不改变螺杆半径的基础上满足对自锁螺栓抗剪强度的需求。导向段23能够为弹簧4导向，防止弹簧变形时偏离轴线；螺帽6顶部开设有一字型的工具槽9，轴向孔101的左端孔口位于工具槽9的槽底，按压段21的左端伸入到工具槽9中，当在工具槽中插入工具时，能够同时按压芯轴，使锁止球能够进入到让位槽中，这样，在安装螺栓时，操作人员可将工具插入到工具槽中按压芯轴，方便操作。为了保证让位槽与径向孔之间的相对位置，在安装芯轴时，需要注意区分芯轴两端，按压段21的直径小于导向段23的直径，轴向孔101的左端孔口的直径等于按压段21的直径，避免芯轴安装方向错误。限位块5为空心圆柱结构，限位块5的内径等于导向段22的外径，当按压芯轴2左端，芯轴向右压缩弹簧，导向段22伸入到限位块5中。螺杆1和限位块5对应开设有销孔8，当限位块嵌入轴向孔时，需要注意螺杆1和限位块5上的销孔相对应，使用时，在销孔中穿装开口销，当芯轴2向右移动时，芯轴2的右端与开口销挡止配合，能够限制芯轴向右移动，防止芯轴2意外向右移动造成锁止球意外解锁的情况，进而达到双重防松的目的。在其他实施例中，可不开设销孔。

本实施例中，螺栓本体材料采用沉淀在硬化不锈钢0Cr13Ni8Mo2Al加工而成，强度高，耐腐蚀，芯轴材料采用沉淀硬化不锈钢0Cr13Ni8Mo2Al加工而成，在其他实施例中也可以采用0Cr17Ni4Cu4Nb加工制成，强度高、耐腐蚀，达到抗剪切作用。锁止球采用耐腐蚀、高硬度、高耐磨不锈钢9Cr18Mo加工而成，弹簧4采用0Cr17Ni7Al材料加工而成，耐腐蚀、弹性好，在其他实施例中弹簧也可采用1Cr18Ni9材料加工制成。限位块采用不锈钢0Cr18Ni9加工而成，耐腐蚀，在其他实施例中，限位块也可以采用1Cr18Ni9材料制成。

本发明在使用时，如图6-9所示，固定件A和固定件B上对应设有轴线沿左右方向延伸的螺栓穿孔，在初始状态下，锁止球3处于锁止状态，锁止球3凸出螺杆2外部，在螺栓本体的螺杆1从固定件A的左侧穿入螺栓穿孔时，锁止球3与螺栓穿孔的左孔沿挡止配合，为了能够使螺杆1穿入螺栓穿孔中，借助改锥12按压芯轴2的左端，使芯轴2上的让位槽移动至与径向孔对应的位置处，锁止球3能够进入到让位槽中，锁止球3退回螺杆内，锁止球3解除与螺栓穿孔的左孔沿的挡止配合，螺杆1能够顺利穿入螺栓穿孔中；当螺栓穿入螺栓穿孔后，利用改锥12，在螺杆1上拧装开槽六角螺母11，安装完成后，停止按压芯轴2，芯轴2在弹簧4的作用下向左移动，锁止球3从让位槽中脱离，芯轴2顶起锁止球3，锁止球3处于锁止位。设固定件A与固定件B厚度之和为L，锁止球3与螺帽6之间的距离不小于L，当螺杆1穿入固定件A和固定件B中后，锁止球3与固定件B的螺栓穿孔的右孔沿挡止配合，防止螺栓本体从螺栓穿孔中脱出，进而达到自锁防脱落的目的。在销孔中穿装开口销10，能够实现三重防松作用，进一步防止螺栓本体从螺栓穿孔中脱落。在其他实施例中，开槽六角螺母可替换为自锁螺母，此时能够实现四重防松作用。

本发明中芯轴的主要目的一是提高空心螺栓本体的承剪能力，螺栓本体和芯轴两者一起达到承剪能力要求，二主要是增加螺栓的防松能力，芯轴、锁止球与弹簧一起作用起到防松的目的，即防止螺栓受强烈振动后脱落。当飞机在飞行的过程中普通实心螺栓与螺母配合受到振动时螺母容易脱扣，螺栓就会脱落，导致事故的发生，但本结构的螺栓在螺母脱扣后，螺栓不会脱落，从而保证飞机安全。

在本实施例中，当螺杆穿入穿孔中后，锁止球与固定件B的右孔沿挡止配合，在其他实施例中，当螺杆穿入固定件A和固定件B中后，锁止球与固定件B之间存在间隙，可在螺帽与固定件A之间增加垫片进行调整。

在本发明的其他实施例中，可不设置让位槽，在芯轴上设置凸起，此时，芯轴的直径小于轴向孔的直径，芯轴与螺栓本体之间具有供锁止球进入的空间，当凸起位于与径向孔相对应的位置处时，凸起将锁止球顶起，锁止球处于锁止位；当移动芯轴，使凸起与径向孔错开，锁止球进入到螺栓本体与芯轴之间的空间内，锁止球退回到螺杆内，锁止球处于解锁位。

在其他实施例中，可不设置限位块，可在轴向孔内固定安装锥形弹簧，或者轴向孔可以为开口朝左的盲孔，弹簧位于轴向孔的孔底与芯轴之间，芯轴安装时由轴向孔的左端穿入轴向孔内，在轴向孔内安装空心的嵌块对芯轴进行限位，同时保证能够按压芯轴的左端来切换锁止球的锁止位和解锁位。

Claims (7)

1.自锁螺栓，包括螺栓本体，螺栓本体包括螺杆，其特征在于：所述螺杆开设有轴向孔和径向孔，轴向孔与螺杆同轴，径向孔与轴向孔相通且其中放有锁止球，锁止球向外防脱位于对应径向孔中且具有锁止位和解锁位，所述轴向孔内导向装配有用于切换锁止球的锁止位和解锁位的芯轴，芯轴和螺栓本体之间设有弹簧和用于对芯轴限位以使锁止球停留在锁止位的限位结构，在初始状态下锁止球处于锁止位，当按压芯轴的一端使锁止球退回螺杆内时锁止球处于解锁位，当松开芯轴时，弹簧驱动芯轴沿轴向移动使锁止球凸出螺杆表面。

2.根据权利要求1所述的自锁螺栓，其特征在于：所述芯轴包括抗剪段，抗剪段的外表面开设有用于供锁止球进入以使锁止球退回螺杆内的让位槽，当锁止球处于解锁位时所述让位槽与径向孔沿螺杆轴向错开，所述抗剪段的直径与轴向孔的直径相等。

3.根据权利要求1所述的自锁螺栓，其特征在于：所述芯轴为阶梯轴，轴向孔为阶梯孔，所述限位结构包括位于螺栓本体内的台阶和位于芯轴上用于与台阶挡止配合的轴肩。

4.根据权利要求1所述的自锁螺栓，其特征在于：所述轴向孔内嵌有限位块，所述弹簧的两端分别与芯轴和限位块挡止配合。

5.根据权利要求4所述的自锁螺栓，其特征在于：所述限位块为空心圆柱结构，芯轴包括供弹簧导向套设的导向段，所述限位块的内径等于导向段的外径。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的自锁螺栓，其特征在于：螺杆端部具有螺帽，螺帽上开设有供工具插入的工具槽，芯轴可供按压的一端位于工具槽中以使工具能够在插入工具槽中的同时按压所述芯轴，使锁止球处于解锁位。

7.根据权利要求2-5任意一项所述的自锁螺栓，其特征在于：所述让位槽为沿芯轴周向延伸的环槽。