CN108412884A - 一种轻型摇摆自锁螺母连接件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻型摇摆自锁螺母连接件及其制造方法，包括有轻型自锁螺母和弧形垫圈，所述轻型自锁螺母包括有螺母圆弧面及螺母圆弧端面；所述弧形垫圈包括有垫圈圆弧面及垫圈内圆柱面；其中螺母圆弧面与垫圈圆弧面的圆弧尺寸相匹配，所述螺母圆弧端面与垫圈内圆柱面的尺寸相匹配，通过螺母圆弧面沿与垫圈圆弧面移动配合接触，实现轻型自锁螺母与弧形垫圈相连接。采用本发明所述方法制造的连接件，其结构设计具有重量最小化，又可控制锁紧力矩，装配时可自动定位，安全可靠性高，机械性能稳定，维护方便。特别适用于对锁紧力矩要求严格，总体装配要求体积小、重量轻，安装表面不平整，装配时安装螺栓干涉的场合的装配连接。
Description
技术领域
本发明涉及的是紧固连接技术领域，具体地说是一种轻型摇摆自锁螺母连接件及其制造方法。
背景技术
目前，在飞行器、潜水器零件设计中，多功能性，体积小、重量轻、强度高可靠的高端紧固件，技术要求高、结构复杂、工艺难度大、价格昂贵。随着现代科技的发展，特别是冶金技术的飞速发展。原材料的性能在大大提高，尤其是原材料合金元素含量的精细化、多元化，有害物质的有效控制，原材料强度、塑性增强以及特殊性能等得到有效控制，可以获得理想的特殊性能的材料。目前，机械产品的设计都趋于智能化设计，功能化设计及质量最小化设计。在飞行器上的重量最小化，一直以来就是一个最大困扰因素，而重量是最重要和关键的一个参数，因此，在保证达到使用性能的基础上，采用密度小的轻型材料，减小产品的有效体积几乎是现在解决其困扰的唯一途径。由于在航空航天器、潜水器上，产品超重都是绝对不允许的。为了解决上述技术问题，采用本发明的结构形式，使轻型摇摆自锁螺母的设计重量最小化，即可将重量减少为原来的15%左右，则对航空航天器、潜水器的载重能力将是重大的贡献。为此，本发明所提供一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其锁紧力矩可靠性、可控性能大大增加的同时，重量将减少为原来的15%左右，本发明自动调节安装角度、防止干涉同时还可控锁紧力矩和减轻重量的效果，其前景极佳，具有推广价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，提供一种轻型摇摆自锁螺母连接件，利用现代高科技材料、先进的加工工艺，以及全新的设计理念，解决困扰飞行器设计的最大难题之一，减轻重量。同时通过自动调节安装角度，可有效防止干涉同时还可控锁紧力矩和减轻重量的效果，以便解决机械连接领域的可靠性问题，采用本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件的结构方式，可使设计重量最小化，又能获得理想的自动调节安装角度、防止干涉同时还可控锁紧力矩，使用维护十分方便，具体地说是一种轻型摇摆自锁螺母连接件及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种轻型摇摆自锁螺母连接件，包括有轻型自锁螺母和弧形垫圈，所述轻型自锁螺母包括有内螺纹倒角Ⅰ、螺母端面Ⅰ、收口外圆柱面、螺母大端面、螺母圆弧面、螺母圆弧端面、内螺纹倒角Ⅱ、内螺纹和扳拧六角面；所述弧形垫圈包括有垫圈圆弧面、垫圈上表面、垫圈外圆柱面、支撑面和垫圈内圆柱面；其中所述螺母圆弧面与垫圈圆弧面的圆弧尺寸相匹配，所述螺母圆弧端面与垫圈内圆柱面的尺寸相匹配，通过所述螺母圆弧面沿与垫圈圆弧面移动配合接触，实现所述轻型自锁螺母与弧形垫圈相连接。
进一步地，本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，其中所述螺母圆弧面与垫圈圆弧面之间配合后的接触面积不小于所述螺母圆弧面的百分之八十。
进一步地，本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，其中所述轻型自锁螺母还包括有减轻槽，所述减轻槽位于所述收口外圆柱面外侧，并沿所述螺母大端面向螺母圆弧面方向设置。
进一步地，本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，其中所述减轻槽由减轻槽侧面和减轻槽底面构成的一个环形槽，其中所述减轻槽侧面位于所述螺母大端面一侧的内部，所述减轻槽底面位于所述螺母圆弧面一侧的内部。
进一步地，本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，其中所述减轻槽的横截面为圆形、矩形、三角形或楔形中任意一种。
进一步地，本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，其中所述内螺纹为英制螺纹。
本发明还公开上述轻型摇摆自锁螺母连接件的制造方法，所述制造方法主要包括如下方法步骤：
(1)制造轻型自锁螺母：采用棒材在高温下模压或锻压成轻型自锁螺母坯件，并将该坯件急速冷却后经机械精加工成型，最后通过压力加工收口后可获得所述轻型自锁螺母成品；
(2)制造弧形垫圈：采用棒材在高温下模压或锻压成弧形垫圈坯件，并将该坯件急速冷却后经机械精加工成型，最后通过压力加工收口后可获得所述弧形垫圈成品。
进一步地，所述坯件采用冷拉六角棒材或采用通过热处理强化后的合金钢材质、马氏体不锈钢材料，经过压力加工后使之不产生断裂，并形成流线状排列，使晶粒流线均匀完整，经机械加工成型，最后经过压力加工产生冷作硬化后，即可获得所述坯件。
进一步地，在所述加工收口前，将经过精加工后的成型产品进行强度及塑性力学性能处理，采用热处理至900±100MPa后，最后按常规方法再进行压力加工收口处理。
采用本发明所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件及其制造方法，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明在不降低其结构强度和抗疲劳强的基础上，应用通过热处理强化的合金钢材质、马氏体不锈钢或者是冷拉六角棒材作为原料，直接经机械加工成型，减少了工装模具的设计制造费用，经济效益好，这是本发明的关键之一；采用先进的材料的强度和塑性极好，其经压力加工后不断裂形呈流线状排列，即晶粒流线均匀完整高度取向的冷拉六角棒材经机械加工成型，材料经过压力加工产生冷作硬化后大大增强其抗拉强度和疲劳强度，其压力加工收口的新型收口方式，无需专用设备，这是本发明的关键之二；应用新工艺，在压力加工收口后进行热处理的新工艺的运用，不但可以使收口成型变得容易而且更方便控制锁紧力矩，这是本发明的关键之三；对连接件的重量进行控制，通过设置的减轻槽，可改变减轻槽侧面、减轻槽底面的尺寸，从而方便控制产品的重量，达到重量最轻的效果，这是本发明的关键之四；通过轻型自锁螺母与弧形垫圈之间的圆弧配合，在装配过程中轻型自锁螺母可自动调整装配位置，保证装配无干涉想象，这是本发明的关键之五。采用本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，不仅使轻型摇摆自锁螺母的结构设计重量最小化，又可控制锁紧力矩，装配时可自动定位，具有安全可靠性高，机械性能稳定，维护方便等优点，特别适用于对锁紧力矩要求严格，总体装配要求体积小、重量轻，安装表面不平整，装配时安装螺栓干涉的场合进行装配连接。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明轻型自锁螺母的结构示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明弧形垫圈的结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为本发明轻型摇摆自锁螺母连接件的应用实例图。
图中所示：1-摇摆轻型自锁螺母组件、2-安装基体、3-安装螺栓、4-轻型自锁螺母、5-弧形垫圈、6-内螺纹倒角Ⅰ、7-螺母端面Ⅰ、8-收口外圆柱面、9-螺母大端面、10-螺母圆弧面、11-螺母圆弧端面、12-内螺纹倒角Ⅱ、13-减轻槽、14-减轻槽侧面、15-减轻槽底面、16-内螺纹、17-扳拧六角面、18-垫圈圆弧面、19-垫圈上表面、20-垫圈外圆柱面、21-支撑面、22-垫圈内圆柱面。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件，包括有轻型自锁螺母4和弧形垫圈5，所述轻型自锁螺母4包括有内螺纹倒角Ⅰ6、螺母端面Ⅰ7、收口外圆柱面8、螺母大端面9、螺母圆弧面10、螺母圆弧端面11、内螺纹倒角Ⅱ12、内螺纹16和扳拧六角面17；所述弧形垫圈5包括有垫圈圆弧面18、垫圈上表面19、垫圈外圆柱面20、支撑面21和垫圈内圆柱面22；其中所述螺母圆弧面10与垫圈圆弧面18的圆弧尺寸相匹配，所述螺母圆弧端面11与垫圈内圆柱面22的尺寸相匹配，通过所述螺母圆弧面10沿与垫圈圆弧面18移动配合接触，实现所述轻型自锁螺母4与弧形垫圈5相连接。其中所述扳拧六角面17需要满足扳拧特性的要求即可。
进一步地，本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，其中所述螺母圆弧面10与垫圈圆弧面18之间配合后的接触面积不小于所述螺母圆弧面10的百分之八十。其中前述螺母圆弧面10圆弧尺寸，可以按实际装配过程中所使用的安装螺栓3的强度σb的120%为正压力单位，要求其抗压强度不小于1100MPa，通过换算其螺母圆弧面10的有效抗压面积，进而确定所述螺母圆弧面10圆弧尺寸R。另外，同时要求所述垫圈内圆柱面22尺寸大于实际装配过程中使用的安装螺栓3直径尺寸0.5～1mm即可。
进一步地，为了达到重量最轻的效果，其中所述轻型自锁螺母4还包括有减轻槽13，所述减轻槽13位于所述收口外圆柱面8外侧，并沿所述螺母大端面9向螺母圆弧面10方向设置。其中所述减轻槽13由减轻槽侧面14和减轻槽底面15构成的一个环形槽，其中所述减轻槽侧面14位于所述螺母大端面9一侧的内部，所述减轻槽底面15位于所述螺母圆弧面10一侧的内部。其中所述减轻槽13的横截面为圆形、矩形、三角形或楔形中任意一种。只要在保证扳拧外力的作用下，以及锁紧性能要求的前提下，所述减轻槽13的尺寸尽可能的大，这样可以达到重量最轻的效果。
进一步地，为了达到便于装配的目的，其中所述内螺纹16为英制螺纹。通过采用英制螺纹与实际装配过程中使用的安装螺栓3的螺纹相匹配连接。由于采用英制螺纹是因为在有效的旋合长度内英制螺纹的牙数较多，轻型自锁螺母收口后未经变形的完整牙型较多便于装配。
本发明还公开上述轻型摇摆自锁螺母连接件的制造方法，所述制造方法主要包括如下方法步骤：
(1)制造轻型自锁螺母：采用棒材在高温下模压或锻压成轻型自锁螺母坯件，并将该坯件急速冷却后经机械精加工成型，最后通过压力加工收口后可获得所述轻型自锁螺母成品；
(2)制造弧形垫圈：采用棒材在高温下模压或锻压成弧形垫圈坯件，并将该坯件急速冷却后经机械精加工成型，最后通过压力加工收口后可获得所述弧形垫圈成品。
进一步地，所述坯件采用冷拉六角棒材或采用通过热处理强化后的合金钢材质、马氏体不锈钢材料，经过压力加工后使之不产生断裂，并形成流线状排列，使晶粒流线均匀完整，经机械加工成型，最后经过压力加工产生冷作硬化后，即可获得所述坯件。
进一步地，为了达到可控锁紧力矩的控制，在所述加工收口前，将经过精加工后的成型产品进行强度及塑性力学性能处理，配合热处理，采用热处理至900±100MPa后，此时材料的强度、塑性对保证收口后的锁紧性能最佳，最后按常规方法再进行压力加工收口处理。
如图7所示，在实际装配使用过程中，包括有安装基体2和安装螺栓3，其中所述轻型自锁螺母4和弧形垫圈5构成摇摆轻型自锁螺母组件1，先将安装螺栓3穿过安装基体2，则弧形垫圈5通过与轻型自锁螺母4螺纹连接完成装配，装配时，轻型自锁螺母4在安装螺栓3的拉力作用下，则螺母圆弧面10沿垫圈圆弧面18移动，从而达到自动调整装配位置。另外，在保证达到使用性能的基础上，通过改变减轻槽侧面14和减轻槽底面15的尺寸，可控制产品的重量。采用本发明所述的轻型摇摆自锁螺母连接件，不仅使轻型摇摆自锁螺母的结构设计重量最小化，又可控制锁紧力矩，装配时可自动定位，具有安全可靠性高，机械性能稳定，维护方便等优点。特别适用于对锁紧力矩要求严格，总体装配要求体积小、重量轻，安装表面不平整装配时安装螺栓干涉的场合进行装配连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其特征在于：包括有轻型自锁螺母(4)和弧形垫圈(5)，所述轻型自锁螺母(4)包括有内螺纹倒角Ⅰ(6)、螺母端面Ⅰ(7)、收口外圆柱面(8)、螺母大端面(9)、螺母圆弧面(10)、螺母圆弧端面(11)、内螺纹倒角Ⅱ(12)、内螺纹(16)和扳拧六角面(17)；所述弧形垫圈(5)包括有垫圈圆弧面(18)、垫圈上表面(19)、垫圈外圆柱面(20)、支撑面(21)和垫圈内圆柱面(22)；其中所述螺母圆弧面(10)与垫圈圆弧面(18)的圆弧尺寸相匹配，所述螺母圆弧端面(11)与垫圈内圆柱面(22)的尺寸相匹配，通过所述螺母圆弧面(10)沿与垫圈圆弧面(18)移动配合接触，实现所述轻型自锁螺母(4)与弧形垫圈(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其特征在于：所述螺母圆弧面(10)与垫圈圆弧面(18)之间配合后的接触面积不小于所述螺母圆弧面(10)的百分之八十。
3.根据权利要求1所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其特征在于：所述轻型自锁螺母(4)还包括有减轻槽(13)，所述减轻槽(13)位于所述收口外圆柱面(8)外侧，并沿所述螺母大端面(9)向螺母圆弧面(10)方向设置。
4.根据权利要求3所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其特征在于：所述减轻槽(13)由减轻槽侧面(14)和减轻槽底面(15)构成的一个环形槽，其中所述减轻槽侧面(14)位于所述螺母大端面(9)一侧的内部，所述减轻槽底面(15)位于所述螺母圆弧面(10)一侧的内部。
5.根据权利要求3所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其特征在于：所述减轻槽(13)的横截面为圆形、矩形、三角形或楔形中任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种轻型摇摆自锁螺母连接件，其特征在于：所述内螺纹(16)为英制螺纹。
7.一种用于制造如权利要求1～6中任意一项所述的轻型摇摆自锁螺母连接件的方法，其特征在于：所述制造方法主要包括如下方法步骤：
(1)制造轻型自锁螺母：采用棒材在高温下模压或锻压成轻型自锁螺母坯件，并将该坯件急速冷却后经机械精加工成型，最后通过压力加工收口后可获得所述轻型自锁螺母成品；
(2)制造弧形垫圈：采用棒材在高温下模压或锻压成弧形垫圈坯件，并将该坯件急速冷却后经机械精加工成型，最后通过压力加工收口后可获得所述弧形垫圈成品。
8.根据权利要求7所述的轻型摇摆自锁螺母连接件的制造方法，其特征在于：所述坯件采用冷拉六角棒材或采用通过热处理强化后的合金钢材质、马氏体不锈钢材料，经过压力加工后使之不产生断裂，并形成流线状排列，使晶粒流线均匀完整，经机械加工成型，最后经过压力加工产生冷作硬化后，即可获得所述坯件。
9.根据权利要求7所述的轻型摇摆自锁螺母连接件的制造方法，其特征在于：在所述加工收口前，将经过精加工后的成型产品进行强度及塑性力学性能处理，采用热处理至900±100MPa后，最后按常规方法再进行压力加工收口处理。
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