CN105593538B - 锁定螺母 - Google Patents

Abstract

提供了一种螺母紧固件，用于将螺母锁定以防止螺母无意间发生松动。该螺母紧固件对于将车轮锁紧到车轴上而言是特别有用的。该螺母紧固件包括螺母、轴衬和保持环。通过推动轴承接合表面或者使棘齿跨在彼此之上将螺母解锁。当轴衬被释放时，轴衬锁抵螺母以抑制螺母的旋转。

Description

锁定螺母

本申请要求于2013年7月26日提交的美国临时申请No.61/858,847的优先权，通过引证将该申请结合于本文中。

技术领域

本发明总体涉及内螺纹螺母，并且更特别地涉及能够锁定以防止螺母松动的螺母。

背景技术

螺母已知为用于将多个不同类型的部分紧固在一起的通用部件。根本上，螺母通常包括内螺纹，内螺纹设计成与轴上的对应外螺纹接合。螺母进一步包括扳拧支承表面，用于使用工具使螺母旋转。相应地，通过旋转螺母、或者旋转轴并防止螺母旋转，可使螺母在轴上锁紧或松动。螺母也通常设置有压力表面，以对装置施加纵向力。

常规螺母的一个问题在于它们可能在使用过程中无意间发生松动。这通常在螺母所连接的装置经历振动(在装置使用过程中)时出现。振动会出于多种原因发生，并且通常不能为装置的设计者、制造者或操作者所控制。例如，振动可能由于装置工作所需内力而产生(诸如内燃引擎或电机)，或者可能由于装置使用过程中的外力而产生(诸如汽车在其行驶在路面上时上下跳动)。通过导致螺母与轴之间螺纹接合的张力的起伏变动，振动可导致螺母不由自主发生松动。由于螺母锁紧比松动需要更大的转矩，因而在存在足够振动的时候螺母会通过不由自主发生松动而寻求较低张力状态，以允许螺母克服可能存在的对松动的抗性。

已设计各种系统来防止螺母在初始锁之后发生松动。解决该问题的通常方式是增加螺母在发生松动之前必须克服的摩擦。增加摩擦的一种最简单的方式是对螺母设置大的压力面，该大的压力面接触装置并且对装置施加纵向力。通过增大压力面的尺寸，增加了螺母与装置之间的摩擦；并且由于螺母必须克服该摩擦以发生松动因为螺母对松动的抗性更大。甚至可通过在压力面上设置突起而进一步增加摩擦，当螺母锁紧时，这些突起深入到装置中。减少螺母松动的另一种方式是在螺母的压力面与装置之间添加可膨胀垫圈。可膨胀垫圈吸收紧固接合张力的一些起伏变化，使得螺母上的张力更均匀。因此，螺母在某种程度上与振动隔离并且不经历其通常会经历的张力的全部起伏变化。减少螺母松动的另一种方式是螺母与轴的螺纹之间施加由另一材料制成的粘合剂。依据所使用的材料类型，结果可以是将螺母与轴实质胶合在一起，从而防止相对移动，或者增加螺母必须克服以发生松动的摩擦。

对于螺母松动的多种解决方案的一个问题是，如果发生足够的振动从而克服增加的松动抗性，则螺母仍能够发生松动。换言之，多种方法依赖于增加松动的抗性，而不是提供正锁定(positive locking)特征。多种解决方案的另一问题在于它们也增加锁紧螺母所需的转矩的量。这在其中在紧固件上需要精确的转矩量以实现装置上的特定纵向力的应用中是特别有问题的。多种解决方案在这种类型的应用中是不理想的，因为由垫圈、粘合剂或其他摩擦加强特征导致的增加的转矩是不可预期的，并且使得难以实现所需的精确纵向力。

对于螺母而言，一种特别有要求的应用是将车辆的轮毂附接至车轴的车轴螺母。首先，车轴螺母是车辆中关乎安全性的关键部件，因为如果车轴螺母发生松动，则轮毂将首先开始无规律摇摆并且使得难以控制车辆，并且如果车轴螺母完全松动，则轮毂将从车辆脱落，使得控制更加成问题。另一种关于车轴螺母的考虑是由螺母对装置施加的纵向力通常用于使车辆轴承预加载。施加给车轮轴承的预加载需要处于小的容差内，以确保轴承正确旋转并且不会过早磨损。结果，施加给车轴螺母的转矩必须可靠地转变成纵向力，而不会存在其他摩擦加强设计的不可预期性。另一考虑是，转矩的极限量被施加给车轴螺母，因为单个螺母通常用于将车轮紧固至车辆。因此，车轴螺母必须稳固，并且任何锁定特征也必须足够稳固。在其他轮毂应用中，轴承可能要求特定端部间隙而非预加载。尽管该应用不要求预加载轴承通常需要的较高转矩设定，然而对于端部间隙的精确设定和保留而言，车轴螺母仍然是关键的因素。

因此，发明人相信提供一种改进的锁定螺母是理想的。

发明内容

描述了一种用于将螺母锁定的螺母紧固件。该螺母紧固件设置有保持环、轴衬、弹簧以及螺母。保持环旋转地固定至螺纹轴。轴衬旋转地固定至保持环。当弹簧将轴衬偏压为远离保持环时，螺母旋转地固定至轴衬。当轴衬朝向保持环被推动以压缩弹簧时，螺母变得解锁并且可相对于轴衬、保持环和螺纹轴旋转。以下在详细说明中描述其他细节和优点。

本发明可包括成各种组合的以下方面中的任一者，并且还可包括以下在书面说明或在附图中描述的任何其他方面。

附图说明

通过阅读以下结合附图的说明，将更加充分理解本发明，附图中：

图1为螺母紧固件的顶视平面图；

图2为处于锁定位置的螺母紧固件的侧部横截面图；

图3为处于解锁位置的螺母紧固件的侧部横截面图；

图4为螺母的底视平面图；

图5为轴衬的底视平面图；

图6为保持环的顶视平面图；

图7为波形弹簧的侧部透视图；

图8为保持环的另一实施例的顶视平面图；

图9为螺母紧固件的另一实施例的侧部横截面图；

图10为螺母的另一实施例的顶视平面图；

图11为螺母紧固件的另一实施例的顶视平面图；

图12为图11的螺母紧固件的侧部横截面图；

图13为螺母紧固件的另一实施例的顶部透视图；

图14为图13的螺母紧固件的侧部横截面图；

图15为轴衬的另一实施例的透视图；

图16为螺母的另一实施例的透视图；

图17为保持环的另一实施例的透视图；

图18A-图18D为螺母紧固件的另一实施例的透视图；

图19A-图19D为螺母紧固件的视图，示出了自由旋动(spin)区域的自由位置；

图20A-图20B为螺母紧固件的视图，示出了其中棘齿至少部分接合的中间位置；

图21A-图21C为螺母紧固件的视图，示出了其中即使与转矩支承表面完全接合的最终位置；

图22为螺母上的棘齿的放大图；

图23为轴衬上的棘齿的放大图；

图24A-图24D为螺母的透视图；

图25A-图25D为轴衬的透视图；

图26A-图26D为保持环的透视图；

图27A-图27B为第一弹簧的视图；以及

图28A-图28B为第二弹簧的视图。

具体实施方式

参照附图，示出了螺母紧固件10。螺母紧固件10可包括保持环20，轴衬50，螺母70以及弹簧90、92。图6和图8单独示出了保持环20，并且图2-图3示出了其横截面。保持环20包括压力表面22，该压力表面设计成接触螺母紧固件10所连接的装置并且可将纵向力从螺母紧固件10施加给该装置。保持环20还可包括内突片24或第一旋转保持构件24，该第一旋转保持构件设计成与螺纹轴中的槽孔接合，以防止保持环20与轴之间的旋转。保持环20靠近压力表面22的内径26提供用于螺纹轴和用于螺母70的保持构件78的间隙。可在靠近内径26处设置第一纵向保持表面28或构件28。第一纵向保持表面28可以成角度，使得其面向压力表面22。第一转矩支承表面30可设置成靠近第一纵向保持表面28。第一转矩支承表面30可以成角度，使得其背离压力表面22。保持环20的外径32可略微大于轴衬50的外径，使得保持环20的外径32为螺母紧固件10的最大直径。外径32还可设置有相对平坦侧部34，这些平坦侧部间隔开与轴衬50的外径近似相同的宽度。相对平坦侧部34可用于通过工具来保持保持环20，以防止保持环20的旋转。保持环20还设置有三个突片或第二旋转保持构件36，这些第二旋转保持构件以远离紧固件10轴线的方式延伸，并且围绕保持环20的外周缘等距间隔开。如图6和图8所示，平坦侧部34可定向成远离外部突片36，以便降低螺母紧固件10的轮廓。保持环20还可设置有围绕保持环20外周缘的第一滑动表面38，该第一滑动表面相对于保持环20的外径32而言向内。可在保持环20的与压力表面22相对的侧部上设置第四止动表面40。如所示出的，在图6中，保持环20可设置有三个弹簧室42，这些弹簧室围绕保持环20等距间隔开。每个弹簧室42的底表面44可为第一弹簧抵接表面44。优选地，每个弹簧室42位于一个外部突片36处，使得突片36的外表面卷绕在弹簧室42上。如图8所示，保持环20可以可替换地在第四止动表面40中设置有沟槽46，使得沟槽46的底部48可为第一弹簧抵接表面48，该第一弹簧抵接表面为围绕紧固件10轴线的环的形式。

图5单独示出了轴衬50，并且图2-图3示出了其横截面。轴衬50优选地为由板形成的冲压件，使得轴衬50的厚度整体上大体均匀。轴衬50设置有布置在轴衬50的相对侧上的第一止动表面52和第三止动表面54。轴衬50还可设置有当螺母紧固件10组装好时从扳拧支承表面74向外延伸的接合表面56。优选地，接合表面56和第一止动表面52彼此平齐。轴衬50还可设置有第二弹簧抵接表面54，该第二弹簧抵接表面可为与第三止动表面54相同的表面。轴衬50的外周缘可设置有接收保持环突片36的三个第一凹部58或第三旋转保持构件58。可通过将轴衬50的部分60弯曲来形成第一凹部58，使得弯曲部分60的外径沿着螺母紧固件10纵向延伸。搬去部分60的内表面62可提供第二滑动表面62，该第二滑动表面沿着保持环20引导轴衬50。轴衬50的内周缘可设置有多个第二凹部64或第四旋转保持构件64。轴衬50的内周缘66可形成第三滑动表面66，该第三滑动表面沿着螺母70的第四滑动表面84滑动。

图4单独示出了螺母70，并且图2-图3示出了其横截面。螺母70包括设计成与轴的外螺纹接合的内螺纹72。螺母70还包括设计成通过工具接合以使螺母70旋转的扳拧支承表面74。可在扳拧支承表面74的底部设置第二止动表面76。螺母70可设置有展开部分(flaredportion)78或第二纵向保持构件78。尽管展开部分78可以各种方式形成和成形，然而形成展开部分78的一种理想的方式是初始时使展开部分78形成为螺母70的平直延伸部。在组装时，平直延伸部可穿过保持环20插入，并且平直延伸部可模锻为形成展开部分78。螺母70还可设置有第二转矩支承表面80，该第二转矩支承表面对应于保持环20的第一转矩支承表面30。在外周缘周围，螺母70可设置有三个突片82或第五旋转保持构件82，该第五旋转保持构件从紧固件10的轴线向外延伸。突片82可以从第四滑动表面84向外并且远离第二止动表面76而朝向保持环20的压力表面22的方式延伸。突片80仅仅沿着第四滑动表面84的一部分延伸，使得轴衬50可与突片82脱离接合，如下文进一步描述的。

弹簧90、92可为图2-图3所示的卷簧90，或者可为图7所示的圆形或波形弹簧92。如果使用卷簧90，则优选的是在保持环20中设置弹簧室42，如图2-图3以及图6所示。另一方面，如果使用圆形弹簧92，则优选的是保持环20中的沟槽46，如图8所示。

在图9所示的螺母紧固件100的另一实施例中，第二纵向保持构件106可为机加工在螺母102上的基珠106。保持环108可设置有比螺母基珠106直径更小的内径110。为了组装螺母紧固件100的该布置，螺母基珠106可压入保持环108的内径110，直到螺母基珠106进入内径110并且由直径大于螺母基珠106的底切沟槽112接收为止。为了辅助组装，保持环108的内径110以及螺母基珠106可设置有斜面(chamfer)。同样如示出的，第一和第二转矩支承表面114、104可为平坦的并且与轴线正交而非成角度。尽管图9未示出，上述轴衬50和波形弹簧92也可适于螺母紧固件100的该特定布置。

转到图10-图12，示出了螺母紧固件120的另一实施例。图10单独示出了螺母122，并且图11-图12示出了其组装在螺母紧固件120中。如所示出的，扳拧支承表面124中的一个或多个可包括凹入区域126，该凹入区域126暴露出螺母突片128的面向扳拧支承表面74、126的端部130。如果期望的话，突片128可延伸穿过凹入区域126并且经过第二止动表面76。突片128的端部130也可与螺母122的顶表面132以及扳拧支承表面74、126平齐。如图11所示，螺母紧固件120的该布置的一个优点在于，螺母突片128从螺母紧固件120的顶部可视。定位在凹入区域126内的第二轴衬凹部64也从螺母紧固件120的顶部可视。结果，操作者可在视觉上验证当锁紧螺母紧固件120时螺母突片128稳定地锁定在第二轴衬凹部64中。

如图12所示，轴衬50整体上可具有均匀的厚度，并且可通过将板进行冲压(stamp)而形成。轴衬50可具有弯曲部分60，该弯曲部分远离第一顶表面52并朝向保持环134纵向延伸。如所示出的，弯曲部分60的内表面可完全包围保持环134的整个外周缘136。保持环134还可以不存在任何部分从轴衬50的弯曲部分60的内表面62向外延伸的方式形成。结果，螺母紧固件120的该布置提供具有小周缘形状的紧凑轮廓。保持环134的厚度也可最小化，因为轴衬50的纵向行进不受到保持环134任何部分的抑制。

因此，现在清楚了螺母紧固件10、100、120是如何起作用的。螺母紧固件10、100、120初始时布置在螺纹轴端部之上，使得保持环20、108、134的内部突片24接合在轴的槽孔内。这防止保持环20、108、134相对于轴发生旋转。螺母70、102、122通过螺母70、102、122的展开部分78或机加工基珠106而永久固定至保持环20、108、134，所述展开部分或机加工基珠与保持环20、108、134的第一纵向保持表面28、112接合并且防止螺母70、102、122与保持环20、108、134分离。类似地，轴衬50和弹簧90、92截留在螺母70、102、122与保持环20、108、134之间，使得整个螺母组件10、100、120以整体式螺母组件10、100、120的方式永久附接在一起。为了解锁螺母70、102、122，必须朝向压力表面22推动轴衬50的接合表面56。当推动接合表面56时，轴衬50的第二弹簧抵接表面54使弹簧90、92压缩紧靠保持环20、108、134的第一弹簧抵接表面44、48。这允许轴衬50沿着保持环20、108、134的第一滑动表面38和轴衬50的第二滑动表面62和/或轴衬50的第三滑动表面66和螺母70、102、122的第四滑动表面84朝向保持环20、108、134滑动。一旦轴衬50滑动到远得足以使轴衬50的第二凹部64与螺母70、102、122的突片82、128脱离接合，则螺母70、102、122变得解锁并且可相对于螺纹轴、保持环20、108、134和轴衬50旋转。由于轴衬50的第三止动表面54和保持环20、108、134的第四止动表面40，轴衬50的纵向行进被限制在脱离接合的方向。然而，螺母突片82、128和第二轴衬凹部64可在第三和第四止动表面54、40接触之前脱离接合。在接合方向上，轴衬50的纵向行进受到轴衬50的第一止动表面52和螺母70、102、122的第二止动表面76的限制。

当接合表面56与轴衬50的第一止动表面52平齐时，可通过用于接合扳拧支承表面74、124的工具的端部而轻易推动接合表面56。因此例如，当使用转矩室时，可简单地通过将转矩室滑动到扳拧支承表面74、124上并且将转矩室推动紧靠接合表面56来解锁螺母组件10、100、120。然后可转动转矩工具使螺母70、102、122旋转。来自螺母70、102、122旋转的转矩从螺母70、102、122的第二转矩支承表面80、104传递至保持环20、108、134的第一转矩支承表面30、114。由于保持环20、108、134不会相对于螺纹轴旋转，因而来自螺母70、102、122的转矩转变成纵向力。该纵向力然后通过压力表面22施加给装置。

当螺母紧固件10、100、120已锁紧至期望的转矩水平，则从扳拧支承表面74、124移除转矩工具。如果使用转矩工具的端部来推动轴衬50的接合表面56，则转矩工具的移除还释放轴衬50。这允许弹簧90、92将轴衬50朝向螺母70、102、122偏压，直到轴衬50的第一止动表面52接触螺母70、102、122的第二止动表面76为止。结果，第二轴衬凹部64接收螺母70、102、122的突片82、128。这形成正锁定，防止螺母70、102、122发生松动，因为：螺母突片82、128在第二轴衬凹部64中的接合防止螺母70、102、122与轴衬50之间的相对旋转；并且轴衬凹部58与保持环突片36之间的接合防止轴衬50在保持环20、108、134中的相对旋转；并且保持环内部突片24与轴槽孔之间的接合防止保持环20、108、134与螺纹轴之间的相对滑动。在螺母紧固件10、100、120的优选实施例中，轴衬50可设置有36个锁定凹部64，并且每个锁定凹部64可代表螺母70、102、122与螺纹轴之间螺纹行进的0.002”。该布置对于轴承需要特定端部间隙(0.001”-0.005”)的轮毂应用而言可以是特别有用的，因为通过以特定数量的锁定位置64调节螺母70、102、122而可实质上满足所需端部间隙。

螺母紧固件10、100、120的一些优点现在也是显而易见的。螺母紧固件10、100、120提供螺纹轴与螺母70、102、122之间的正锁定。因此，即使当螺母紧固件10、100、120在使用中经受振动时，螺母紧固件也不会无意间发生松动，因为螺母紧固件10、100、120并不仅仅依赖于增加对松动的抗性，而是相反稳定地锁定螺母70、102、122以防止松动。螺母紧固件10、100、120还可设计成稳固的，使得锁定特征不会轻易损坏或被克服。因此，螺母紧固件10、100、120在诸如其中对螺母施加极限转矩的车轴螺母的应用中是特别有用的。螺母紧固件10、100、120还在不会引起将螺母70、102、122锁紧所需转矩的情况下实现这些优点，这使得更加容易对装置施加精确纵向力，诸如当螺母70、102、122用于对车轮轴承进行预加载时。螺母紧固件10、100、120还在对车轮轴承设定精确端部间隙以及其他应用中是有用的。保持环20、108、134和螺母70、102、122的第一和第二支承表面30、80、104、114之间的摩擦表面还可优化成降低在螺母70、102、122的锁紧过程中发生的摩擦。

转到图13-图17，示出了螺母紧固件140的另一实施例。本领域普通技术人员应当认识到，螺母紧固件140的多个特征与上文已描述的特征等同。因此，无需为了理解图13-图17所示螺母紧固件140而重复叙述上文提供的整个说明。如图13和图14所示，螺母紧固件140包括轴衬150、螺母170、保持环200和弹簧230。螺母170可通过热锻造制成，并且轴衬150和保持环200可通过冲压制成。然而，也可使用其他制造工艺。

如图15所示，轴衬150包括第一止动表面152、第三止动表面154、接合表面156、第一凹部158或第三旋转保持构件158、弯曲部分160、第二滑动表面162、第一棘齿164或第四旋转保持国建164、第三滑动表面166、锁定表面168以及倾斜表面169。

如图16所示，螺母170包括内螺纹172、扳拧支承表面174、第二止动表面176、基珠178或第二纵向保持构件178、第二转矩支承表面180、第二棘齿182或第五旋转保持构件182、第四滑动表面184、凹入扳拧支承表面186、凹入区域188、突片端部190、顶表面192、锁定表面194、倾斜表面195以及突片196。

如图17所示，保持环200包括压力面202、内部突片204、内径206、底切208或第一纵向保持表面208、第一转矩支承表面210、外径212或第一滑动表面212、突片214或第二旋转保持构件214、第四止动表面216、沟槽218、以及沟槽218底部220或第一弹簧抵接表面220。

尽管螺母紧固件140类似于上述螺母紧固件10、100、120，然而螺母紧固件140包括可以提供额外优点的一些区别特征。例如，螺母170和轴衬150通过螺母170和轴衬150上的棘齿182、164锁定在一起。每个螺母棘齿182面向下方并且具有锁定表面194和倾斜表面195。每个轴衬棘齿164面向上方并且具有对应的锁定表面168和倾斜表面169。结果，当螺母170锁紧时，无需单独推动轴衬150来解锁螺母紧固件140。相反，当螺母170沿着锁紧方向旋转并且迫使轴衬150紧靠弹簧230时，螺母棘齿182和轴衬棘齿164的倾斜表面195、169紧靠彼此滑动。这对于操作者而言可更加直观，并且在操作者无意间尝试锁紧螺母170而并未有效推抵轴衬150的情况下可防止对螺母紧固件140的损害。然而，在螺母170锁紧之后，螺母棘齿182和轴衬棘齿164的锁定表面194、168将彼此接合并防止螺母170沿着松动方向旋转。因此，为了使螺母170松动，必须独立推动轴衬150抵靠弹簧230，以便释放棘齿182、164。

如图16所示，螺母170上的至少一个棘齿182可位于突片196的延伸穿过凹入区域188的端部上，使得突片196的端部190可与螺母170的顶表面192平齐。这可位操作者提供螺母170与轴衬150之间锁定接合的视觉指示。

如图13、14和17所示，保持环200可制作成使得外径212适配在轴衬150的弯曲部分160内。因此，保持环200的外径212充当第一滑动表面212并且沿着轴衬150的第二滑动表面162滑动。保持环200的突片214可从外径212向外延伸并且可适配在轴衬150的第一凹部158内。因此，保持环200不存在从轴衬150向外延伸的部分，并且保持环在螺母紧固件140的锁紧和松动过程中大体是不可视的。类似于图8所示保持环20，保持环200可具有用于弹簧230的沟槽218，该弹簧围绕螺母紧固件140周缘延伸。然而，为了减小螺母紧固件140的直径，可在保持环200与轴衬150之间使用卷簧230。

如图14和图15所示，轴衬150的棘齿164的底侧165可充当用于弹簧230的相对侧。轴衬150的第三止动表面154可独立于棘齿164的底侧165并且可从该底侧径向向外定位。轴衬150的接合表面156也可为从棘齿164径向向外定位的平坦环。

现在显而易见的是，螺母紧固件140以与上述螺母紧固件10、100、120类似的方式起作用，并且具有类似的优点。然而，上文描述的且在图中示出的不同之处可提供相比于先前描述的螺母紧固件10、100、120而言理想的改进。

转到图18A-28B，示出了螺母紧固件300的另一实施例。本领域普通技术人员应当认识到螺母紧固件300的一些单个特征类似于已在上文描述的特征。因此，无需为了理解图18A-图28B所示螺母紧固件300而重复叙述上文提供的整个说明。尽管螺母紧固件300的基本操作以与上述螺母紧固件类似的方式起作用，然而螺母紧固件300提供可能理想的额外优点。如图18A-图18D所示，螺母紧固件300可包括螺母310(图24A-图24D)、轴衬340(图25A-图25D)、保持环370(图26A-图26D)、第一弹簧396(图27A-图27B)以及第二弹簧398(图28A-图28B)。螺母310和保持环370可通过热锻造制成，并且轴衬340可通过冲压制成。然而，也可使用其他制造工艺。

如图24A-图24D所示，螺母310可包括内螺纹312、扳拧支承表面314、基珠316或第二纵向保持构件316、第二转矩支承表面318、第二棘齿320或第五旋转保持构件320、第一倾斜表面322、第二倾斜表面324、以及底部328或第四弹簧抵接表面328。

如图25A-图25D所示，轴衬340可包括第一棘齿342或第四旋转保持构件342、第一倾斜表面344、第二倾斜表面346、棘齿342的底侧348或第二弹簧抵接表面348、接合表面350、第一凹部352或第三旋转保持构件352、肋354或第四纵向保持构件354、弯曲部分356、弯曲部分356的内表面358或第二滑动表面358以及内径360。

如图26A-图26D所示，保持环370可包括压力表面372、内部突片374或第一旋转保持构件374、内径376、底切沟槽378或第一纵向保持表面或构件378、第一转矩支承表面380、外周缘382或第一滑动表面382、突片384或第二旋转保持构件384、突片384底侧386或第三纵向保持构件386、顶表面388或第一弹簧抵接表面388以及内部凸耳(ledge)390或第三弹簧抵接表面390。

如图19A-图19D所示，螺母紧固件300的一个特征是螺母310在螺母310初始时螺纹连接到轴上的过程中能够相对于轴衬340自由旋动，使得螺母紧固件300更易于安装。在图19A-图19D中，螺母紧固件300示出为处于在螺纹连接到轴上之前的其初始位置中。如所示出的，当螺母310的基珠316与保持环370的底切378接合并且轴衬340的肋354与保持环370的突片384的底侧386接合时，轴衬340和螺母310的第一和第二棘齿342、320彼此脱离接合。为了提供初始自由旋动阶段，棘齿320、342与保持构件316、378、354、386之间的间隔330、362的尺寸已调整为提供其中棘齿320、342彼此脱离接合的初始位置。具体而言，螺母棘齿320与螺母基珠316之间的间隔330相对于轴衬棘齿342与轴衬肋354之间的间隔362是受控的，使得当螺母310和轴衬340处于它们最上部位置时，棘齿320、342彼此脱离接合。结果，该设计要求两个不同的止动件来限制螺母310和轴衬340的纵向移动。第一止动件(即基珠316和底切378)限制螺母310与保持环370之间的移动，并且防止螺母310和保持环370彼此脱离接合。第二止动件(即肋354和突片384的底侧386)限制轴衬340与博迟缓370之间的移动，并且防止轴衬340与保持环370彼此脱离接合。因此，通过控制这些止动件相对于棘齿320、342的定位，可提供其中棘齿320、342彼此不接合的自由旋动区域。

在图19D中，螺母紧固件300示出为具有可替换的第四纵向保持构件354。不同于其中轴衬340的底部边缘向内弯曲的图19C的肋354，图19D的轴衬340具有槽孔355，并且槽孔355的底部边缘向内弯曲。槽孔355的与突片384的底侧386接触的底部边缘表面优选垂直于螺母紧固件300的轴线。突片384的底侧386也可垂直于螺母紧固件300的轴线。该构造可理想地用于提供轴衬340与保持环370之间的更为连续的止动位置。如图19D所示，螺母310可在螺母310底部328与基珠316之间具有导向表面368。导向表面368具有的直径略微小于第二弹簧398的内径。因此，弹簧398容纳在导向表面368周围，并且导向表面368帮助将弹簧398保持就位。

图20A-图20B示出了螺母紧固件300处于其正螺纹连接到轴上时的中间位置。随着螺母310锁紧到轴上，保持环370的压力面372将最终接触诸如轴承或壳体的装置，并且开始对装置施加力。由于保持环370不再能随着螺母310锁紧而纵向移动，因而螺母310将开始朝向保持环370纵向移动。这导致螺母310的基珠316移动远离保持环370的底切378。结果，螺母310和轴衬340的棘齿320、342将彼此牵引并且开始彼此接合。随着棘齿320.342彼此接合并且螺母310进一步锁紧，螺母棘齿320跨在轴衬棘齿342之上并且推动轴衬340朝向保持环370。这使得轴衬340的肋354移动远离保持环370的突片384的底侧386。

如图21A-图21C所示，当螺母310完全锁紧时，螺母310和轴衬340的棘齿320、342将彼此完全接合。这使螺母紧固件300锁定，使得棘齿320、342抵抗螺母310的松动。如所示出的，当保持环370和螺母310的第一和第二转矩支承表面380、318彼此接合时，棘齿320、342完全接合。优选地，自由旋动范围相对小，并且当螺母310在轴上进行1.5个旋转或更少之后，棘齿320、342开始彼此接合。棘齿320、342的初始和完全接合之间的中间范围可大于自由旋动范围，并且优选为螺母310在轴上的大约一个至大约三个旋转。

如图19A-图21C以及图27A-图28B所示，螺母紧固件300还可设置有两个独立弹簧396、398。第一弹簧396可定位在保持环370的顶表面388与棘齿342的底侧348之间。因此，第一弹簧396将保持环370和轴衬340偏压为彼此远离，直到轴衬340的肋354与保持环370的突片384的底侧386之间的接触阻止进一步的行进为止。第二弹簧398可定位在保持环370的内部凸耳390与螺母310的底部328之间。因此，第二弹簧398将保持环370和螺母310偏压为彼此远离，直到螺母310的基珠316与保持环370的底切378阻止进一步的行进为止。第二弹簧398的一个优点在于，当螺母310处于螺母310初始螺纹连接到轴上的自由旋动范围中时，第二弹簧398将迫使螺母310远离保持环370(并且远离轴衬340，因为轴衬340保持于保持环370)。这允许螺母310真正自由旋动，因为由于第二弹簧398的偏压而避免了棘齿320、342之间无意间的接触。尽管不同类型的弹簧是可能的，然而对于第一和第二弹簧396、398而言，围绕紧固件300的轴线延伸的圆形、波形弹簧396、398是优选的，以提供平衡的弹簧力和紧凑的设计。如示出了第一弹簧396的图27A-图27B所示，弹簧396、398可在端部之间具有间隙；或者如示出了第二弹簧398的图28A-图28B所示，弹簧396、398可具有重叠的端部或者可为连续的环。如上文阐述的，当螺母310锁紧到轴上时，螺母310朝向轴衬340移动，这压缩第二弹簧398。由于第二弹簧398设计成有利于螺母310的自由旋动范围并且不旨在控制棘齿320、342之间的张力，因而优选的是第二弹簧398的偏压力尽可能小。例如，在附图所示实施例中，第二弹簧398的偏压抵抗第一弹簧396的偏压，使得第一弹簧396的偏压迫使棘齿320、342接合，而第二弹簧398迫使棘齿320、342彼此离开。因此，第二弹簧398可影响棘齿320、342的张力，然而优选的是第二弹簧398对棘齿320、342张力的影响最小。因此，第一弹簧396的偏压优选大于第二弹簧398的偏压，并且更优选为第二弹簧398偏压的至少两倍或四倍。

如图22-图23所示，螺母紧固件300还可设置有棘齿320、342，这些棘齿抵抗螺母310与轴衬340之间的相对旋转。如图22所示，螺母310上的棘齿320可包括面向锁紧方向的第一倾斜表面322以及面向松动方向的第二倾斜表面324。类似地，轴衬340可包括面向锁紧方向的第一倾斜表面344以及面向松动方向的第二倾斜表面346。优选地，棘齿320、342成行为允许棘齿320、342沿着锁紧方向跨在彼此之上，并且按压轴衬340朝向保持环370，以允许螺母310相对于轴衬340和保持混370旋转。棘齿320、342还可成形为允许棘齿320、342沿着松动方向跨在彼此之上并且按压轴衬340朝向保持环370，以允许螺母相对于轴衬340和保持环370旋转。可能理想的是，螺母棘齿320和轴衬棘齿342的形状总体彼此匹配，使得当棘齿320、342完全接合时，螺母棘齿320容纳在轴衬棘齿342内。

优选地，相比于沿着锁紧方向，使棘齿320、342沿着松动方向跨在彼此之上所需的转矩更高。这可通过在面向松动方向的第二倾斜表面324、346上提供比面向锁紧方向的第一倾斜表面322、344更陡的倾斜来实现。换言之，螺母棘齿320或轴衬棘齿342的形状是非对称的。因此，螺母310将在锁紧方向上具有较小的旋转抗性，而在松动方向上具有较大的旋转抗性。例如，可能特别有用的是，使棘齿320、342沿着锁紧方向跨在彼此之上所需的转矩足够高以至于需要扳手来使螺母310旋转。尽管沿着锁紧方向的转矩可设定为较低以允许手动锁紧，然而将转矩设定为较高以至于需要扳手可避免螺母310在安装过程中无意间的移动，这可防止对敏感设定(例如轴轮中的轴承端部间隙)的调整不当。例如，在棘齿320、342将跨在彼此之上以允许螺母310旋转之前，沿着锁紧方向的至少大约10英尺磅的转矩可能是理想的。另一方面，可能优选的是，相比于沿着锁紧方向，使棘齿320、342沿着松动方向跨在彼此之上所需的转矩实质上更大，以防止螺母310在使用过程中由于振动等而松动。例如，可能理想的是，使棘齿320、342跨在彼此之上的松动转矩为锁紧转矩的至少三倍。因此，松动转矩(不包括螺纹接合转矩)可为至少大约40英尺磅。然而，优选的是，使螺母310松动所需的总体松动转矩(包括螺纹转矩和棘齿转矩)小于将会对轴槽孔、内部突片374或螺母紧固件300的其他部分造成损害的转矩。例如，优选的是，使棘齿320、342跨在彼此之上的松动转矩(不包括螺纹转矩)小于大约100英尺磅。因此，不同于螺母在不释放锁定机构的情况下松动时会对轴造成损坏或损害的一些螺母紧固件，带有棘齿320、342的螺母紧固件300可使用扳手来松动而无需有效推动轴衬340，同时避免对轴和螺母紧固件300造成损害。

尽管可在使螺母310旋转之前不将轴衬340有效推动远离螺母310以使棘齿320、342脱离接合的情况下锁紧和松动螺母紧固件300，然而为此而在轴衬340上设置有接合表面350。如图18A和图18C所示，接合表面350可为轴衬340的顶表面，该顶表面从扳拧支承表面314径向向外延伸并且在棘齿320、342完全接合时搁置在扳拧支承表面314的底部。如所示出的，可能理想的是，接合表面350大体与轴衬340的棘齿342顶部平齐。因此，当使用接合表面350时，扳手(诸如套筒扳手)的端部可压靠接合表面350以纵向推抵轴衬340。这使弹簧396压缩，并且使得棘齿320、342彼此分离。结果，如果棘齿320、342完全脱离接合，则在锁紧和松动过程中棘齿320、342将不需要任何转矩来克服棘齿320、342；或者如果仅仅部分地脱离接合，则使它们跨在彼此之上所需的转矩小于如果接合表面350根本未被按压的情况。

螺母紧固件300的一个优点是螺母紧固件300的简洁外部设计及其小的外部轮廓。这部分地通过轴衬340的弯曲部分356实现，该弯曲部分卷绕在保持环370上并且包围保持环370的外周缘382。保持环370的突片384也可位于保持环370的外表面上。轴衬340的凹部352可位于弯曲部分356内部，以与保持环370的突片384接合。优选地，弯曲部分356的内表面包围保持环370的整个外周缘382，使得保持环370不具有从弯曲部分356的内表面延伸出去的部分。如图23和图25B所示，轴衬340还可由板冲压而成，使得轴衬340整体上(包括棘齿342)具有均匀的厚度。如图24B和24D所示，还可能理想的是，螺母棘齿320仅仅定位在扳拧支承表面314的转角之下，因为在这些转角之下具有可用于棘齿320的更大径向空间。优选地，螺母310具有至少两个齿320，使得如果一个齿320失效，则仍然具有一个齿320可用于锁定。可替换地，螺母310具有六个扳拧支承表面314，螺母310可具有六个棘齿320，其中每个转角之下具有一个齿320。

尽管已描述本发明的优选实施例，然而应当理解的是，本发明不因此而受限制，并且可在不背离本发明的情况下做出修改。本发明的范围由所附权利要求限定，并且本文旨在包含落在权利要求含义内的所有装置(无论是字面上或者是等同地)。此外，上文描述的优点并非必然是本发明仅有的优点，并且并非必然可预期所描述的优点将在本发明的每个实施例中实现。

Claims (19)

1.一种螺母紧固件，包括：

保持环，包括：第一旋转保持构件，所述第一旋转保持构件能与轴接合，从而防止所述保持环与所述轴之间的相对旋转；压力表面，适于对装置施加纵向力；第一纵向保持构件；第一转矩支承表面；第一弹簧抵接表面；以及第二旋转保持构件；

轴衬，包括：第三旋转保持构件，所述第三旋转保持构件与所述第二旋转保持构件接合，从而防止所述轴衬与所述保持环之间的相对旋转；第二弹簧抵接表面；以及第四旋转保持构件；

第一弹簧，设置在所述第一弹簧抵接表面与所述第二弹簧抵接表面之间，所述第一弹簧从而将所述轴衬偏压为远离所述保持环，并且通过压缩所述第一弹簧使得所述轴衬能够朝向所述保持环纵向移动；以及

螺母，包括：第二纵向保持构件，所述第二纵向保持构件与所述第一纵向保持构件接合，从而防止所述螺母与所述保持环彼此分离；第二转矩支承表面，所述第二转矩支承表面与所述第一转矩支承表面接合，从而将转矩从所述螺母转移至所述保持环；第五旋转保持构件，所述第五旋转保持构件能与所述第四旋转保持构件接合，从而在所述轴衬通过所述第一弹簧而被偏压为远离所述保持环时抵抗所述螺母与所述轴衬之间的相对旋转；内螺纹，所述内螺纹能与所述轴上的外螺纹接合；以及多个扳拧支承表面，所述多个扳拧支承表面能与工具接合以使所述螺母旋转；

其中施加给所述轴衬的力压缩所述第一弹簧并且使所述轴衬朝向所述保持环移动，所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件从而彼此脱离接合，以允许所述螺母与所述轴衬之间的相对旋转，

其中所述保持环包括第三纵向保持构件，并且所述轴衬包括第四纵向保持构件，所述第四纵向保持构件与所述第三纵向保持构件接合，从而防止所述轴衬与所述保持环彼此分离；所述螺母的所述第五旋转保持构件与所述第二纵向保持构件之间具有第一间隔，并且所述轴衬的所述第四旋转保持构件与所述第四纵向保持构件之间具有第二间隔，所述第二间隔的尺寸相对于所述第一间隔设定成使得，当所述第一纵向保持构件与所述第二纵向保持构件接合且所述第三纵向保持构件与所述第四纵向保持构件接合时，所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件彼此脱离接合，所述螺母从而在所述螺母初始螺纹连接到所述轴上的过程中相对于所述轴衬自由旋动，并且所述螺母在所述保持环对所述装置施加力时额外螺纹连接到所述轴上使得所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件彼此接合。

2.根据权利要求1所述的螺母紧固件，其中，所述保持环包括第三弹簧抵接表面，并且所述螺母包括第四弹簧抵接表面；所述螺母紧固件还包括设置在所述第三弹簧抵接表面与所述第四弹簧抵接表面之间的第二弹簧，所述第二弹簧从而将所述螺母偏压为远离所述保持环，并且通过压缩所述第二弹簧使所述螺母能够朝向所述保持环和所述轴衬纵向移动。

3.根据权利要求2所述的螺母紧固件，其中，所述第一弹簧和所述第二弹簧均为围绕所述紧固件的轴线设置的圆形弹簧。

4.根据权利要求2所述的螺母紧固件，其中，所述第一弹簧的偏压力大于所述第二弹簧的偏压力。

5.根据权利要求4所述的螺母紧固件，其中，所述第一弹簧的所述偏压力为所述第二弹簧的所述偏压力的至少两倍。

6.根据权利要求1所述的螺母紧固件，其中，所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件中的至少一者为具有第一倾斜表面和第二倾斜表面的棘齿，所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述第一倾斜表面的接合将所述轴衬朝向所述保持环偏压，以允许所述螺母与所述轴衬之间沿着锁紧方向的相对旋转；并且所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述第二倾斜表面的接合将所述轴衬朝向所述保持环偏压，以允许所述螺母与所述轴衬之间沿着松动方向的相对旋转；所述第二倾斜表面相比于所述第一倾斜表面具有更陡的倾斜度，使得所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件对沿着所述松动方向的相对旋转的抗性大于对沿着所述锁紧方向的相对旋转的抗性。

7.根据权利要求6所述的螺母紧固件，其中，当所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件完全接合时，所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述锁紧方向的抗性足够大以至于需要所述工具将所述螺母锁紧。

8.根据权利要求7所述的螺母紧固件，其中，所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述松动方向的抗性为沿着所述锁紧方向的所述抗性的至少三倍。

9.根据权利要求6所述的螺母紧固件，其中，所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件均包括棘齿，所述棘齿中的每个棘齿包括所述第一倾斜表面中的一个第一倾斜表面以及所述第二倾斜表面中的一个第二倾斜表面，其中所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件的两个所述第二倾斜表面相比所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件的两个所述第一倾斜表面具有更陡的倾斜度。

10.根据权利要求1所述的螺母紧固件，其中，所述轴衬包括朝向所述保持环纵向延伸的弯曲部分，所述弯曲部分的内表面包围所述保持环的外周缘，其中所述第三旋转保持构件沿着所述弯曲部分设置，并且所述保持环的所述第二旋转保持构件沿着所述保持环的外表面设置。

11.根据权利要求10所述的螺母紧固件，其中，所述弯曲部分的内表面包围所述保持环的整个所述外周缘，其中所述保持环不具有从所述弯曲部分的所述内表面延伸出去的部分。

12.根据权利要求1所述的螺母紧固件，其中，所述轴衬包括接合表面，在使所述螺母松动时由所述工具施加给所述接合表面的纵向力压缩所述第一弹簧以使所述轴衬朝向所述保持环移动，并且至少部分地使所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件脱离接合。

13.根据权利要求12所述的螺母紧固件，其中，所述接合表面与所述第四旋转保持构件的顶部大体齐平，当所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件完全接合时，所述接合表面设置为邻近所述扳拧支承表面的底端，所述接合表面从而能够在所述工具接合所述扳拧支承表面时由所述工具的端部接合以施加所述纵向力。

14.根据权利要求1所述的螺母紧固件，还包括至少两个所述第五旋转保持构件，所述第五旋转保持构件设置在相邻的所述扳拧支承表面之间的转角下方。

15.根据权利要求6所述的螺母紧固件，其中，所述轴衬为由板制成的冲压件，所述轴衬从而具有大体均匀的厚度。

16.根据权利要求14所述的螺母紧固件，其中，所述第四旋转保持构件和所述第五旋转保持构件中的至少一者为具有第一倾斜表面的棘齿，所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述第一倾斜表面的接合将所述轴衬朝向所述保持环偏压，以允许所述螺母与所述轴衬之间沿着锁紧方向的相对旋转。

17.根据权利要求15所述的螺母紧固件，其中，所述第一弹簧和所述第二弹簧均为围绕所述紧固件的轴线设置的圆形弹簧，并且所述第一弹簧的偏压力为所述第二弹簧的偏压力的至少四倍。

18.根据权利要求16所述的螺母紧固件，其中，所述保持环包括第三弹簧抵接表面，并且所述螺母包括第四弹簧抵接表面；并且所述螺母紧固件还包括设置在所述第三弹簧抵接表面与所述第四弹簧抵接表面之间的第二弹簧，所述第二弹簧从而将所述螺母偏压为远离所述保持环，并且通过压缩所述第二弹簧使所述螺母能够朝向所述保持环和所述轴衬纵向移动。

19.根据权利要求17所述的螺母紧固件，其中，所述第一弹簧和所述第二弹簧均为围绕所述紧固件的轴线设置的圆形弹簧；当所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件完全接合时，所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述锁紧方向的抗性足够大以至于需要所述工具将所述螺母锁紧，并且所述第四旋转保持构件与所述第五旋转保持构件之间沿着所述松动方向的抗性是沿着所述锁紧方向的所述抗性的至少三倍；所述轴衬为由板制成的冲压件，所述轴衬从而具有大体均匀的厚度；所述轴衬包括朝向所述保持环纵向延伸的弯曲部分，所述弯曲部分的内表面包围所述保持环的外周缘，其中所述第三旋转保持构件沿着所述弯曲部分设置，所述保持环的所述第二旋转保持构件沿着所述保持环的外表面设置，所述弯曲部分的内表面包围所述保持环的整个所述外周缘，其中所述保持环不具有从所述弯曲部分的所述内表面延伸出去的部分，并且所述第一旋转保持构件为能与所述轴中的槽孔接合的突片。