CN107202061A - 一种防松螺栓装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防松螺栓装置，涉及机械技术领域，包括一螺栓、或以及一螺母、或以及一固定卡，其特征在于还包括一防松套，具有与螺栓头部或螺母在a等分圆周方位啮合嵌套的第一侧，以及与螺杆、或固定卡、或被紧固件在b等分圆周方位啮合嵌套的第二侧，a与b是互质数，第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以ab的乘积，紧固螺栓或以及螺母，同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，可实现螺栓永不松动，在检修时却可以简便拧开。在现有设备上不需更换原有普通螺栓和保持紧固力矩的情况下加装防松装置就能确保螺栓永不松动，免除设备重装的繁琐及降低成本。

Description

一种防松螺栓装置

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种螺栓、螺母和螺丝等紧固件的防松螺栓装置。

背景技术

螺栓、螺丝是应用极为广泛的一类机械零件，能把各零部件连接成为实现各种功能的机器设备。然而，当螺栓所在的设备受到各种运行工况的影响，部分螺栓发生松动，甚至脱落，从而引发设备故障甚至现场事故。在电力系统输变电设备、铁路及机车、航空航天等重要设备，尤其是关键部位的螺栓发生松动时损失往往达到数十万甚至数以千万元以上。实现螺栓的安全可靠连接具有非常重大的经济价值和社会意义。

经检索，在中国申请涉及螺栓的专利就超过一万项。螺栓防松问题正受到广泛的关注，有众多公司和技术人员在开展防止螺栓松动的技术研究。虽然众多涉及螺栓的技术革新在一定程度上提升了螺栓的防松性能，但是现有的解决方案上还存在经济性、实用性等不足之处。

较多的防松解决方案是试图提升螺栓及螺母的摩擦力，降低松动的几率，如利用弹簧垫圈、垫片、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母等。摩擦防松简便，但不可靠。摩擦力等于摩擦系数乘以压力。一类防松技术方案是提高接触面的摩擦系数，如改变接触面的粗糙程度，直至把其中一个接触面设计成齿状；或者在接触面使用摩擦系数较大的材料，如高分子材料，尼龙等。这类防松技术方案在一些技术领域一定程度降低螺栓松动的几率，但未能做到确保不会松动。一类防松技术方案是增加接触面的压力，而压力来源于材料的应力，基本上螺栓在拧紧时压力会增大，但是当压力过大时，材料会发生塑性变形而丧失应力，俗称滑牙；在运行工况下，热时效和振动时效以及材料老化也会降低材料的应力，从而使得防松效果下降。采用依赖于摩擦力防松的技术方案，被紧固设备激烈振动、受压受拉等在被紧固设备受到垂直于螺栓轴心方向的作用力大于螺栓施加的紧固力时，螺栓松动的几率大大增加。

一类较为可靠的方法是机械防松，如利用开口销、止动垫片、带翅垫片等。机械防松可以获得足够抵抗螺栓松动的作用力，良好的机械构造可以实现确保螺栓避免进一步松动趋势。当前机械防松的不足之处在于螺栓紧固的方位受限，通常只能在圆周360°二分之一至十二分之一的方位。即使使用了十二分圆周的技术方案，相邻两个止动方位相差30°角，导致螺栓往往未能拧紧到额定紧固力矩，或者超过紧固力矩，在许多场合，这是不允许的。

例如高压架空输电线路上的导线引流板连接螺栓，要几十年日晒雨淋，风吹摆动和振动，运行工况非常恶劣，螺栓时有发生松动。如果螺栓发生松动，导致两块搭接的引流板接触不良，存在较大接触电阻，在通过大电流时发热量大，导致线夹发热，出现重大甚至紧急缺陷，可能导致断线事故，引发大面积停电事故。为了避免大面积停电事故的发生，电力运行单位需花费大量人力物力运行维护，包括定期停电紧固螺栓，周期人工巡线甚至直升飞机巡线开展红外线检测以及时发现线夹螺栓松动隐患。一些依靠提升摩擦力防松的技术声称可以比现有的热镀锌螺母加弹簧垫圈的连接副更能防止松动，但由于其不能杜绝松动，只要还存在千分之一乃至万分之一的几率出现螺栓松动，定期紧固和周期检测还是需要的。而且，其采用的结构、材料及表面防腐不能满足户外几十年日晒雨淋，也导致不能大面积推广应用。一些采用机械方法防松的技术，可靠性虽然更高，但是不能满足刚刚好在螺栓紧固至额定力矩时加以止动。如果螺栓紧固力矩不足，则两块搭接的引流板就不能紧密接触，存在较大接触电阻。同样的，螺栓拧紧至额定力矩时，螺母或螺栓头部所处的方位并非刚好处于相差30°角止动方位时，难以安装。

又例如高压架空输电线路上的导线和地线上的防振锤，安装在振动最剧烈的位置，容易发生松动而移位，使得防振锤失去防振效果，不及时恢复安装会导致导线和地线断线，后果严重。而高空作业定期维护和故障检修的成本很高。

类似的情况还存在于铁路轨道及机车、汽车、风力发电塔等设备，为了降低螺栓松动带来的风险损失，需要投入大量人力物力开展运行维护。航空航天设备，一旦在发射过程的剧烈振动中松脱，后果严重，关键是我们不能提供后期的紧固维护了，对螺栓的可靠性要求是确保不松动。

现有技术在实现对螺栓永久防松的方法有采用厌氧胶粘接剂，在需要设备打开检修时会很困难。

不管新设计的一些防松螺栓性能如何优越，可以在新设备上得到应用，但是对于世界上巨量的在运行设备，螺栓防松问题依然存在。而更换螺栓往往涉及解体设备重装，工艺复杂，中断设备运行时间长，成本远远高于螺栓本身。

能否设计一种刚好在拧紧至额定力矩的方位确保不会松动的螺栓，在现有设备上不需更换原有普通螺栓能否防止螺栓松动，以免除设备重装的繁琐及成本？尽管当前螺栓防松的技术手段众多，对于现有技术，依然是一个多年未解的重大又普遍的技术难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种防松螺栓装置，在螺栓刚好拧紧至额定力矩的方位进行机械固定，确保永不松动，在检修时却可以简便拧开；在现有设备上不需更换原有普通螺栓和保持紧固力矩的情况下加装防松装置就能确保螺栓永不松动，免除设备重装的繁琐及降低成本，在检修时能够再次简便拧开。

为了实现上述目的，本发明一种防松螺栓装置，包括一螺栓、或以及一螺母、或以及一固定卡，其特征在于还包括一防松套，防松套具有与螺栓头部或螺母在a等分圆周方位啮合嵌套的第一侧，以及与螺杆、或固定卡、或被紧固件在b等分圆周方位啮合嵌套的第二侧，a与b是互质数，第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以ab的乘积，紧固螺栓或以及螺母，同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，可阻止螺栓松动。

上述的防松套，第一侧包括六角形孔套，或是十二角形孔套，套住六角螺栓头部或六角螺母。

上述的防松套，第一侧包括等分圆周的a个环状内齿，对应啮合嵌套螺栓头部或螺母法兰的1至a个外齿。

上述的防松套，第二侧套住螺杆尾端，是正b角形孔套，对应的螺杆尾端是正b柱体。

上述的防松套，第二侧包括等分圆周的b个环状内齿，对应啮合嵌套螺杆尾端的1至b个环状外齿。

上述的防松套，第二侧包括等分圆周的b个环状外齿，与固定卡的环状内齿啮合。

上述的固定卡与被紧固件通过凹凸形状啮合固定。

上述的固定卡同时卡住一个螺栓的螺头和螺母，或者同时卡住两个以上的螺栓。

上述的固定卡与螺杆的凹槽通过凹凸形状啮合固定。

上述的防松套在安装到位后与螺杆、固定卡或被紧固件之间有棘爪固定。

本发明可以实现的有益效果：1、巧妙的利用了防松套这个中间环节两个侧面呈互质数的啮合，在啮合齿数最少的情况下就实现了最多可能的啮合方位。如第一侧12等分圆周，第二侧13等分圆周，可以组合出156等分圆周，只要2.3°的啮合空隙自由角度就能实现螺栓在任意方位进行机械式固定了。现有技术即使12等分圆周啮合固定螺栓，也需要每间隔30°的方位才能进行固定，导致螺栓难以刚好紧固至额定力矩进行机械式固定。2、既可以确保螺栓永不松动，又可以在检修时简便拧开。3、在现有设备上不需更换原有普通螺栓和保持紧固力矩的情况下加装防松装置就能确保螺栓永不松动，免除设备重装的繁琐及成本，在检修时能够再次简便拧开。4、在实现确保螺栓永不松动的技术支持下，将实现螺栓连接的免维护可靠运行，既可避免因螺栓松动引起的事故损失，又可以节省大量运维成本。

附图说明

图1为本发明的一种防松螺栓装置的结构示意图；

图2为本发明的一种防松螺栓装置应用于线夹的结构示意图；

图3为本发明的螺杆开槽型防松螺栓装置的结构示意图；

图4为本发明的垫圈固定型防松螺栓装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本实施例的一种防松螺栓装置的结构示意图，包括一螺栓2 、一固定卡3，其特征在于还包括一防松套1，防松套1的第一侧十二角形孔洞4，与螺栓2头部在12等分圆周方位啮合嵌套，以及第二侧环状外齿5，与固定卡3的环状内齿6在11等分圆周方位啮合嵌套。12与11是互质数，乘积是132。第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以132，即2.7°，紧固螺栓2，可以实现同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，阻止螺栓2松动。

如图2所示，本实施例的一种防松螺栓装置应用于线夹的结构示意图，包括四个螺栓2 、四个螺母7，一固定卡3经四个防松套1套住四个螺母7，一固定卡8经四个防松套1套住四个螺栓2，固定卡3与固定卡8对接夹紧，包住线夹9。防松套1的第一侧六角形孔洞，与螺栓2头部和螺母7在6等分圆周方位啮合嵌套，以及第二侧环状外齿，与固定卡3和固定卡8的环状内齿在11等分圆周方位啮合嵌套。6与11是互质数，乘积是66。第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以66，即5.4°，紧固螺栓2及螺母7，可以实现同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，阻止螺栓2及螺母7松动。

如图3所示，本实施例的一种螺杆开槽型防松螺栓装置的结构示意图，包括一螺栓2 、一螺母7，其特征在于还包括一防松套1，防松套1的第一侧呈十二角形孔套，与螺母7在12等分圆周方位啮合嵌套，以及第二侧包括7个环状弹性内齿，与螺栓2的螺纹末端4条在7等分圆周方位开槽啮合嵌套。12与7是互质数，乘积是84。第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以84，即4.3°。紧固螺栓2，可以实现同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，其中防松套1的4个内齿插入螺栓2的开槽内，3个内齿弯曲成棘爪固定顶住螺纹，阻止螺栓2松动。

如图4所示，本实施例的一种垫圈固定型防松螺栓装置的结构示意图，包括一螺栓2 、一防松套1，防松套1的第一侧是十二角形孔洞4，与螺栓2的螺头在12等分圆周方位啮合嵌套，以及第二侧是13个环状外齿5，与垫圈3的侧向13个凸齿6在13等分圆周方位啮合嵌套，垫圈3还有4片侧向弯曲的凸齿与被紧固件啮合连接。12与13是互质数，乘积是156。第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以156，即2.3°。紧固螺栓2，可以实现同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，把垫圈3的其中至少一个侧向凸齿6向内弯曲，阻止防松套1松脱。防松套1与垫圈3一起阻止螺栓2松动。

上述具体实施案例主要是在于说明本专利的发明思想，对于在本发明思想的基础上进一步与其他元器件结合，或者加工及紧固配合等，不再进行详细说明，并不表示本发明的实施例不完全描述。基于本发明的主要技术特征还可以有更多实施例，包括对第一侧及第二侧采用各种现有公知技术进行啮合的技术方案，在此不一一列举，只要通过防松套第一侧与第二侧互质数的啮合方位组合实现螺栓在任意方位进行机械固定的技术方案也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防松螺栓装置，包括一螺栓、或以及一螺母、或以及一固定卡，其特征在于还包括一防松套，防松套具有与螺栓头部或螺母在a等分圆周方位啮合嵌套的第一侧，以及与螺杆、或固定卡、或被紧固件在b等分圆周方位啮合嵌套的第二侧，a与b是互质数，第一侧及第二侧的啮合空隙自由角度之和不小于360°除以ab的乘积，紧固螺栓或以及螺母，同时啮合嵌入防松套的第一侧及第二侧，阻止螺栓松动。

2.根据权利要求1所述的防松套，第一侧包括六角形孔套，或是十二角形孔套，套住六角螺栓头部或六角螺母。

3.根据权利要求1所述的防松套，第一侧包括等分圆周的a个环状内齿，对应啮合嵌套螺栓头部或螺母法兰的1至a个外齿。

4.根据权利要求1所述的防松套，第二侧套住螺杆尾端，是正b角形孔套，对应的螺杆尾端是正b柱体。

5.根据权利要求1所述的防松套，第二侧包括等分圆周的b个环状内齿，对应啮合嵌套螺杆尾端的1至b个环状外齿。

6.根据权利要求1所述的防松套，第二侧包括等分圆周的b个环状外齿，与固定卡的环状内齿啮合。

7.根据权利要求6所述的固定卡与被紧固件通过凹凸形状啮合固定。

8.根据权利要求6所述的固定卡同时卡住一个螺栓的螺头和螺母，或者同时卡住两个以上的螺栓。

9.根据权利要求6所述的固定卡与螺杆的凹槽通过凹凸形状啮合固定。

10.根据权利要求1所述的防松套在安装到位后与螺杆、固定卡或被紧固件之间有棘爪固定。