CN1095945C - 自锁预载控制螺母 - Google Patents

Abstract

一种自锁内螺纹螺母有一个三角形状的锁紧部分，该部分有环形间隔的凸起。凸起形成适于被三角形驱动器啮合的表面，驱动器紧固螺母到螺栓上达到一预定轴向载荷。在预定载荷凸起在螺母上被向内塑性变形以便驱动器在螺母上自由旋转。当凸起向内变形时，变形材料紧密接触螺栓，因而旋转地在螺栓上锁住螺母。

Description

自锁预载控制螺母

技术领域

本发明涉及具有预定轴向载荷的自锁紧固件。

背景技术：

螺纹紧固件由内螺纹件或螺母和外螺纹件或螺栓组成。螺母有拧在螺栓的外螺纹上的内螺纹。螺母或螺栓的表面被成形以便容纳扳手或其他紧固机构。转动扳手传递扭力到紧固件形成一个联接，在此紧固件紧紧地保持一个或多个工件在一起。用于螺栓的另一个名称是螺纹销，而且螺母有时候称作套管。

许多使用紧固件的环境要求紧固件有极高的完整性和强度。在车辆和桥梁中使用是这种环境的例子。紧固件不仅经常要沿着它的纵轴线，而且也要沿着轴线的径向承受载荷。更具体地说，当紧固件连接两个或多个工件在一起并且工件在它们的平面内被不同的载荷加载时，一个工件趋于在另一个工件上滑动贯穿这两个被加载的工件的紧固件在它们抵抗这种类型的载荷过程处于剪切状态。

紧固件必须经常对能引起疲劳断裂情况下的循环应力环境作出良好的反应其上具有足够的轴向载荷的紧固件趋向于抵抗疲劳断裂和剪切断裂。通过夹紧在工件一侧上的螺栓头和工件另一侧上的螺母之间的工件产生轴向载荷。

因为足够的轴向载荷帮助紧固件抵抗破裂，期望知道紧固件施加于一个结构的夹紧或轴向载荷。轴向载荷与螺母的抵抗力相联系进一步紧固到螺栓上并且抵靠着工件。当轴向力增加时，进一步紧固的抵抗力增加，并且转动螺母所需的扭力增加。这已被使用在紧固件上去产生一个预定的轴向载荷。

一个紧固件所期望的特性是在使用中它不离开。存在多种保持螺母和螺栓在一起的装置一个装置是使螺母的螺纹变形以便抵靠着螺栓的螺纹承受径向压缩。在该锁紧中对于无螺纹部分的抵抗力是纯摩擦。螺纹先于施工现场在加工厂被共同变形，但在现场变形也已被实施。这种公知类型的螺纹锁紧是常用的扭矩螺纹锁紧。

Edgar Stencel的美国专利4,260,005所公开的内容在此作参考被完全涉及，其公开了一个使用外圆凸去接受一个三角形驱动器的自锁螺母，该驱动器有一个矩形或三角形的套在共同作用的螺栓或销上紧固螺母。螺母最好带有一个螺栓，该螺栓在螺纹上有轴向沿伸的沟槽。

一旦一个预定的轴向载荷存在所制造的连接上，圆凸塑性变形并且驱动器不在转动螺母。圆凸的变形径向向内地移动所设置的材料进入共同作用的螺栓的沟槽内产生一个螺纹锁紧。螺纹锁紧导致材料变形进入和横跨螺栓沟槽。在螺母的圆凸的变形材料是在螺栓的沟槽内之后，一个机械或干涉的螺纹锁紧存在。圆凸变形是建立通过驱动装置施加扭矩的作用。

所期望的是用较大的紧固件获得较高的轴向载荷用于在载重汽车、公共汽车、有轨电车，摩天楼、桥梁和其它工业应用中。期望在损坏之前在圆凸上提供较高的扭转抵抗力。此外，所期望的是当在一小尺寸基础上保持特别的极限耐力对改变形状和保持螺母制造容易。

此外，期望当三角形驱动器使圆凸变形时，圆凸不折皱而阻止围绕圆凸的破裂。在圆凸的两侧壁厚的突然减少能产生折皱并且折皱能产生围绕圆凸的破裂。

这样，增加了通过紧固件施加的轴向载荷，消除了在螺母上的破裂，制造简单，增加了形状的适应性，并且螺母的尺寸可期望宽的使用在被使用的紧固件上且改善了紧固件的功能。

发明内容：因此，在本发明的实践中提供了一个新的和有用的螺母包括一个带有螺纹内表面的体。该体有一个锁紧部分围绕至少螺纹内表面的一部分。该锁紧部分有较小的壁厚和毗邻于较小壁厚的较大的壁厚，并且在两个不同厚度之间有逐渐变化的厚度。这阻止了在厚度上剧烈的变化。较大的壁厚形成了适于被驱动器啮合的紧固表面。随着紧固螺母到螺栓，当预定的轴向载荷被达到时，驱动器使大的壁厚变形并入螺母的体。在大的壁厚被变形后，驱动器在螺母上自由旋转以便螺母不被进一步紧固。

在本发明的较佳实施例中锁紧部分是三角形的且紧固表面适于啮合三角形驱动器。一个间隙槽放入筒体的锁紧部分和保留部分之间以阻止来自沿着它的长度非均匀变形的较大的壁厚。在该实施例中锁紧部分位于螺母的一端而适于啮合常规扳手的第二紧固表面位于另一端。

在本发明的实践中还提供了一个新的和新颖的自锁紧固件装置，包括一个螺栓和一个螺母。螺栓有一个外螺纹表面和在一端用于啮合扳手工具的装置。螺母体有一个螺纹内表面限定了用于螺旋容纳螺栓的孔。螺母体也有一个筒体部分，其带有围绕螺纹内表面至少一部分的锁紧部分。锁紧部分有一个较小的壁厚和一个毗邻的较大的壁厚，它们之间有逐渐变化的厚度。较大的壁厚形成了适于啮合驱动器的表面并且当螺母抵靠着工件紧固到螺栓上时径向向内变形达到一个预定的轴向载荷。当螺母变形时，较大壁厚基本并入螺母体消除了紧固表面，因而螺母在螺栓上的最终紧固和在螺栓上的紧密接触去锁住紧固装置。

在一个较佳实施例中，螺栓包括一组轴向沿伸横跨螺栓外螺纹表面的环形相隔的沟槽。当螺母变形时，来自螺母的材料被强迫进入沟槽产生干涉锁紧。

在本发明的实践中还进一步提出一个新的和有用的自锁紧固件和驱动器的结合包括一个螺栓、螺母和驱动器。该螺栓在一端是外螺纹且有和扳手工具啮合的装置。一组沟槽模跨螺栓的螺纹部分在轴向沿伸。螺母有螺纹孔用于在对置于螺纹孔的外锁紧部分啮合螺栓的螺纹部分。螺紧部分有三角形状包括三个凸起和凸起之间的壁部分。驱动器被定尺寸以便容纳锁紧部分并且留下一个在三角形驱动器内表面和锁紧部分外表面之间的一个释放间隙。驱动器啮合锁紧部分以便在螺栓上紧固螺母。在一个较佳实施例中，驱动器包括一个三角形状。

本发明的这些和其他优点从下面的详细描述和伴随的附图中将显现，其中贯穿几个视图类似的指示类似的另件。

附图说明：图1是根据本发明的螺母放大的透视图；

图2是图1螺母的放大的俯视图；

图3是沿图1中3-3线所示螺母的锁紧部分的放大的横断面图；

图4是图1螺母带有安置在螺母之上的驱动器的放大的顶部局部视图，示出了释放间隙；

图5是在螺母已被驱动器紧固到螺栓上之后图1螺母的俯视图；

图6是紧固到工件上的螺母和螺栓的侧视图。

具体实施方式：

图1和2表示了一个自锁螺母。螺母体包括一个有锁紧部分24的一个圆筒22。锁紧部分最好位于远离被螺母啮合的工件的一端。一个常规的六角形扳手部分26在螺母的另一端靠近圆筒22设置。一个圆柱形孔28从中央穿过螺母，限定孔的螺母的内表面30是螺纹的，内螺纹适合容纳有头34和螺纹部分36的螺栓32，螺纹部分36有在轴向方向横跨螺纹延伸的沟槽38(图6)。头带有容纳扳手的装置，或者紧固件可以有用于Allen扳手的一个六角形套，或可以有一个phillips螺纹驱动器套。而且套可以是象螺纹一样的在同一端。当螺母抵靠着工件例如一对板紧固到螺栓时(图6)，在螺栓头和螺母之间施加的轴向载荷增加到一预定负荷。当预定负荷被达到时，锁紧部分变形进入沟槽，在螺栓上旋转地锁住螺母。锁紧部分的压偏阻止了螺母进一步紧固到螺栓上。

此外，参见图3，较佳的锁紧部分24有一组环形间隔凸起40，其由一组壁42连接。在所示的较佳实施例中，有三个相等的间隔凸起。凸起有较大的壁厚，其比相邻的较小壁厚大。虽然凸起和壁有不同壁厚，薄壁在厚度上朝着凸起逐渐增加，厚凸起在厚度上朝着壁逐渐减小。因此，在壁和凸起之间的中间部分，一般用43指示，这样中间部分是平滑的，没有角，凹槽或其他凹陷区域并且在厚度上没有剧烈的变化。

在所示的较佳实施例中，有三个形成在三角形锁紧部分的三个凸起和三个壁。这样锁紧部分的槽切部分(图3)是三角形的，该三角形一般是带有弧形边的三角形。该三角形状形成了一个适于被一个接近的驱动器44啮合的紧固或扳手表面。为了用驱动器啮合螺母的目的，每个凸起有一个斜面46，该斜面提供一个有角度的表面用于驱动器滑到其上。

此外，每个壁有线45所示的曲率半径，并且每个凸起也有线47所示的曲率半径。壁的曲率半径和凸起的曲率半径互相成切线地相交，以便如所述的凸起和壁之间的相交部分43是平滑的且没有角或凹陷区域。通过选择壁半径的尺寸，当阻止螺母陷入驱动器时，所期望的产生锁住的最小壁厚被获得。

图4所示的驱动器是三角形的并且在形状上是这样接近螺母的锁紧部分。此外，驱动器被定尺寸和选择壁半径以便在驱动器的内壁和锁紧部分的外壁之间有释放间隙48。当驱动器壁的中间点和锁紧部分的薄壁部分对齐时释放间隙被最好地看见。在锁紧部分变形过程中，锁紧部分的薄壁部分趋于向外变形释放间隙提供一个间隔在其中螺母的薄壁部分能不接触驱动器地朝外变形，这样变形的薄壁部分不干涉驱动器从螺母的移动。为了增加驱动器内壁和锁紧部分外壁之间的间隔，可改变驱动器的形状，例如可以使用常规的六角形驱动器。参考图5和6用所公开的螺母和螺栓完成一个连接，螺栓插入一对工件54、56的孔50、52，并且随着常规的扳手端朝着螺栓的头和工件，如图6所示，螺母被拧到螺栓上。三角形驱动器被放在螺母上并且用于紧固螺母和螺栓头之间的工件。当达到预定的轴向载荷时，凸起损坏。当它们损坏时，驱动器使凸起塑性变形，强迫组成凸起的材料在螺母上向内且将凸起结合到馈紧部分中，以便凸起与锁紧部分的保留部分几乎是不可区分的。这样驱动器使载荷部分24的外周从图2所示的三角形变形到图5所示的通常的环形。如所述的，螺栓最好有一组沟槽38轴向延伸横跨螺栓的螺纹，在其内材料被变形。进入沟槽的变形材料产生干涉锁紧。

螺母体的筒体也包括一个环形间隔槽58，该间隔槽包括一个有足够深度的环形槽去轴向分开锁紧部分且因此凸起来自筒体的腰部。这样，凸起由螺母材料轴向分开，该材料阻止凸起免于沿着平行于螺母纵轴线60沿伸的它们的长度均匀地损坏。间隔槽的直径比薄壁部分的直径大。

现在三角形驱动器在螺母上自由旋转，且因此，驱动器不能进一步紧固螺母。通过相对于螺栓的旋转，材料被强迫向内紧密接触螺栓的螺纹且进入锁住螺母的沟槽。薄壁部分向外膨胀进入释放间隙而不同驱动器紧密接触，这样驱动器容易从螺母移去。因为凸起在预定载荷损坏，凸起决定了施加于由螺母产生的连接的轴向载荷。载荷通过抵抗锁紧部分变形而被确定。调节载荷值的一个方便的办法是调节凸起的尺寸和凸起之间壁的长度。此外，沿着螺母纵轴线60的凸起的长度能被增加，因此增加了由紧固件施加的轴向载荷。

由于凸起和壁之间平滑的过渡，凸起带有很小的或没有折皱地向内变形进入螺母。这样在紧固过程没有破裂产生。凸起和壁的额外材料要求一个高扭矩去使凸起变形。这样由紧固件施加的轴向载荷超过先有技术获得的轴向载荷地被施加。此外，三角形的形状是简单的。它没有角或复杂的轮廓。因此，容易制造，且设计容易改变。

这样，公开的自锁螺母利用在一组凸起和一组壁之间的平滑过渡去阻止破裂，施加高的轴向载荷，且提供易于改变的简单的螺母设计当本发明的实例和应用已被描述时，很明显对于那些熟悉本技术领域的人来说许多改变可不脱离本发明概念。因此应明白，在附加的权利要求范围内，不需要特别描述，即可实现本发明。

Claims (24)

1.一种自锁螺母，它包括：

一个具有限定贯穿孔的螺纹内表面的螺母体；

该螺母体具有带有一个三角形锁紧部分的圆筒部分，锁紧部分围绕螺纹内表面的至少一部分；

三角形锁紧部分有较小的壁厚，毗邻的较大的壁厚，和在它们之间逐渐变化的厚度；和

较大壁厚形成适于啮合一个三角形驱动器的紧固表面，且当螺母被紧固到螺纹上时向内径向变形达到一预定轴向载荷，以便依据该变形、较大壁厚基本并入螺母体中消除紧固表面并最终紧固螺母。

2.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，所述锁紧部分的三角形基本上是一个带弓形边的三角形。

3.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，较小壁厚部分沿所述锁紧部分的纵向轴线不变。

4.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，较大壁厚适于塑性变形。

5.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，体还包括一个适合啮合一常规扳手的第二紧固表面。

6.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，体还包括一个从圆筒的保留部分轴向分开锁紧部分的间隔槽。

7.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，体还包括从圆筒的保留部分轴向分开较大壁厚的间隔槽。

8.根据权利要求1的自锁螺母，其特征是，体包括一个安置锁紧部分的端。

9.一个自锁螺母，它包括：

有一个限定贯穿其的孔的用于容纳螺栓的螺纹内表面的螺母体；

该螺母体有围绕螺纹内表面至少一部分的圆筒部分；

圆筒部分有一组周向间隔开的凸起形成一三角形，其由一组壁连接，凸起和壁之间有平滑过渡；和

当螺母被紧固在螺纹上时，凸起形成适于啮合一个三角形驱动器的紧固表面用于径向向内变形达到一预定轴向载荷。

10.根据权利要求9的自锁螺母，其特征是，所述锁紧部分的三角形基本上是一个带弓形边的三角形。

11.根据权利要求9的自锁螺母，其特征是，环形间隔凸起由壁在环形方向上连接。

12.根据权利要求9的自锁螺母，其特征是，凸起适于塑性变形。

13.一种自锁螺母，它包括：

一个螺母体，其有限定贯穿其的中央设置的孔用于容纳一螺栓的螺纹内表面；

该螺母体有一个带有围绕螺纹内表面至少一部分的三角形锁紧部分的圆筒部分；

该三角形锁紧部分有一组壁半径和一组凸起半径；

凸起半径形成适于啮合一约可互补的三角形驱动器的紧固表面；和

一组在凸起半径和壁半径之间的正切中间部分。

14.根据权利要求13的自锁螺母，其特征是，该螺母体还包括从圆筒的保留部分轴向分开凸起半径的间隔槽。

15.根据权利要求13的自锁螺母，其特征是，所述锁紧部分的三角形基本上是一个带弓形边的三角形。

16.一种自锁紧固件装置，它包括；

一个螺栓，其有外螺纹表面和在一端的用和扳手工具啮合的装置；

一个螺母体，其有限定贯穿其的孔的用于螺旋地容纳螺栓的螺纹内表面；

该螺母体有一个带有三角形锁紧部分的圆筒部分，该部分围绕螺纹内表面的至少一部分；

所述三角形锁紧部分有一个较小的壁厚，毗邻的较大的壁厚，和它们之间逐渐变化的厚度；和

较大壁厚形成适于啮合一个三角形驱动器的紧固表面并且当螺母抵靠着工件紧因到螺栓上时径向向内变形达到一预定轴向载荷，依此变形较大壁厚基本并入螺母体消除紧固表面，最终在螺栓上紧固螺母并且在螺栓上紧密接触而锁住紧固装置。

17.根据权利要求16的紧固装置，其特征是，螺栓包括一组在外螺纹表面上的环形间隔的沟槽进入其中螺母变形锁住紧固装置。

18.根据权利要求16的紧固装置，其特征是，所述锁紧部分的三角形基本上是一个带弓形边的三角形。

19.根据权利要求16的自锁螺母，其特征是，该螺母体还包括一个从筒的保留部分轴向分开较大壁厚的间隔槽。

20.一种自锁紧固件，它包括：

一个螺栓，其有一外螺纹表面部分毗邻于一端和用于啮合扳手工具的装置；

一组沟槽横跨螺栓的螺纹部分在轴向方向沿伸；

一个螺母，其有一用于啮合螺栓的螺纹部分的螺纹孔和围绕螺纹孔的外扳手表面，扳手表面有三角形外横截面，包括三个凸起和在凸起之间比邻接于凸起的壁厚小的壁部分，整个外表面在凸起和相邻壁部分之间没有凹陷区域。

21.一种自锁紧固件和驱动器的组合，它包括：

一个螺栓，其有靠近用于和扳手工具啮合的一端、装置的外螺纹表面部分，和一组横跨螺栓螺纹部分沿伸的沟槽；

一个螺母，其有用于啮合螺栓螺纹部分的螺纹孔和一个对应螺纹孔的外锁紧部分，有三角形状的锁紧部分包括三个凸起和凸起之间的壁部分；和

22.根据权利要求21的组合，其特征是，驱动器包括一个三角形状。

23.根据权利要求21的组合，其特征是，沟槽横跨螺栓螺纹部分轴向沿伸。

24.根据权利要求21的组合，其特征是，螺母还包括一个从螺母体轴向分开凸起的间隔槽。

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