CN109595247A - 一种自锁防松螺栓及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自锁防松螺栓及其安装方法，所述自锁防松螺栓包括销螺母、束螺母、紧固螺母；所述销螺母的一面沿轴向向外延伸出一圆台，所述圆台的直径自抵接所述销螺母的一端至远离所述销螺母的一端逐渐减小，所述销螺母及圆台的内部沿轴向设置有第一螺纹；所述圆台的外侧面设置有第二螺纹；所述束螺母的内部沿轴向设置有与所述第二螺纹相配合限位的第二配合螺纹；所述束螺母垂直于轴向的一面设置有一倾斜限位台；所述倾斜限位台的在轴向上的高度沿所述束螺母的周向由倾斜限位台的一端向另一端逐渐增高；应用本技术方案可实现使螺栓能够应用于普通螺纹，提高产品实用性。
Description
技术领域
本发明涉及机械及安装领域，具体是指一种自锁防松螺栓及其安装方法。
背景技术
由于螺母的螺纹必须比螺杆的螺纹稍微大一些，以方便拧入。所以在螺母拧紧状态下，由螺纹来给螺母提供相对的挤压力，但是螺纹与水平面的倾角是向外的，在剧烈晃动或者振动情况下，由于钢材的弹性变形及螺母螺纹和螺杆螺纹之间的空隙使得螺母和螺杆之间产生晃动和摩擦，同时在连接件对螺母向外的推力共同作用下，螺母中形成逆时针旋转的力矩，螺母产生松动，造成螺母的预紧力损失甚至螺母松动甩脱。每年因防止螺栓松动酿成事故而进行各种检查和维修，占用了大量的人力和财力。
在加工机床、高铁、航空航天等领域需要大量应用防松螺栓，据报道，全世界约45％的高铁和航空航天领域在使用日本生产的Hard-lock防松螺栓，虽然该螺栓的防松原理简单易懂，但除该公司外，尚未有企业能成功制作出该种螺栓，说明Hard-lock防松螺栓对材质和加工工艺的要求极为严格，无法在市场上批量生产。市面上还有一种唐氏螺栓，通过右旋螺母和左旋螺母双螺母的形式，利用上下螺母之间的摩擦力来减少冲击或往复荷载下螺母的松动，该方法利用右旋螺栓松动时的逆时针旋转，给左旋螺母施加旋转力矩，而该力矩却使得左旋螺母处于拧紧状态，以此来达到螺母的防松措施。但唐氏螺栓最大的问题在于螺杆的螺纹必须是双向不连续的，加工复杂，且工作时的受力螺纹大为减少，大约是普通螺纹的一半左右，无法充分发挥螺杆的抗拉性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自锁防松螺栓及其安装方法，使螺栓能够应用于普通螺纹，提高产品实用性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自锁防松螺栓，包括销螺母、束螺母、紧固螺母；所述销螺母的一面沿轴向向外延伸出一圆台，所述圆台的直径自抵接所述销螺母的一端至远离所述销螺母的一端逐渐减小，所述销螺母及圆台的内部沿轴向设置有第一螺纹；所述圆台的外侧面设置有第二螺纹；
所述束螺母的内部沿轴向设置有与所述第二螺纹相配合限位的第二配合螺纹；所述束螺母垂直于轴向的一面设置有一倾斜限位台；所述倾斜限位台在轴向上的高度沿所述束螺母的周向由倾斜限位台的一端向另一端逐渐增高；
所述紧固螺母的内部沿轴向设置有与所述第一螺纹的螺纹相同的第三螺纹；所述紧固螺母垂直于轴向的一面设置有限位配合台，用于与所述倾斜限位台在沿所述紧固螺母的周向上相互限位；
所述销螺母、束螺母及紧固螺母依次同轴设置；所述圆台插入所述束螺母的内部，所述第二螺纹与第二配合螺纹相互限位；螺杆上设置有与所述第一螺纹及第三螺纹相配合限位的第一配合螺纹；所述螺杆插入所述销螺母与紧固螺母的内部，所述第一螺纹、第三螺纹与第一配合螺纹相互限位。
在一较佳的实施例中，所述倾斜限位台相对于所述限位配合台在第一方向和第二方向上转动时限位，使其无法自行松动；所述销螺母相对于束螺母沿第二方向转动时环向预紧力越大，所述销螺母与螺杆的摩擦力越大。
在一较佳的实施例中，第一螺纹与水平面的夹角大于所述第二螺纹与水平面的夹角。在一较佳的实施例中，限位配合台具体为一限位圆环；所述限位圆环包括占据所述限位圆环一部分的卡位部及占据所述限位圆环另一部分的凸起部；所述卡位部沿轴向上的高度自与所述限位圆环抵接的一端至与所述限位圆环抵接的另一端逐渐增加。
在一较佳的实施例中，所述卡位部沿周向设置有多个卡位；所述倾斜限位台凸起的一端上设置有至少一个卡片头；所述卡片头插入所述卡位限位。
在一较佳的实施例中，所述卡位的正面投影具体为等腰直角三角形；所述卡片头的正面投影也具体为等腰直角三角形。
在一较佳的实施例中，所述卡位部与所述凸起部分别占据所述限位圆环的一半。
在一较佳的实施例中，所述圆台具体被以轴向为中心均分为四个部分，每个部分之间的缝隙大于所述销螺母与螺杆之间的安装间隙。
本发明还提供了一种自锁防松螺栓的安装方法，采用了上述的自锁防松螺栓，先将所述紧固螺母与螺杆通过第三螺纹与第一配合螺纹拧紧，达到预紧力；然后将销螺母与束螺母同时安装；当所述束螺母与所述紧固螺母接触时，调整所述束螺母的角度使得所述束螺母的卡片头与所述紧固螺母的卡位卡住限位，然后拧紧销螺母直至紧固；然后反向拧紧束螺母使得所述束螺母的卡片头卡在紧固螺母的限位圆环的位于中部的卡位上，安装完成。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供了一种自锁防松螺栓及其安装方法，是一种应用于普通螺纹的改进型自锁防松螺栓。
(1)利用束螺母的卡头片和紧固螺母的卡位之间的机械咬合作用，拧紧销螺母，并通过锥螺纹的紧固，使得销螺母的凸销与螺杆的螺纹之间产生紧密的挤压作用，相当于该凸销的内螺纹与螺杆螺纹之间形成过盈接触，提供抵抗螺母松动的摩擦力。
(2)第一螺纹与水平面的夹角大于所述第二螺纹与水平面的夹角，并使得束螺母在逆向拧紧时，第二螺纹的滑移先于第一螺纹，这样就会使得第一螺纹之间产生更大的摩擦力。同时，第二螺纹的倾斜角也可以用来调节螺母的加工精度，本发明的约束紧固大大降低了对螺母材质和加工精度的要求。
(3)束螺母反向拧紧时，在上述销螺母压紧的基础上，进一步提高锥螺纹处的环箍力，增加销螺母与螺杆之间的摩擦力，实现紧固自锁效果。
(4)束螺母与紧固螺母之间的机械咬合作用，使得紧固螺母和束螺母之间一旦拧紧后就无法再相互滑动，而在振动等情况下产生的松动扭矩通过机械咬合传递给束螺母后，使得第二螺纹处产生更大的环束力，从而进一步提高第一螺纹之间的摩擦力，使得螺母无法产生松动。同时，束螺母与紧固螺母之间的单边机械咬合，在振动等情况下紧固螺母松动退丝的时候，对束螺母产生偏心挤压作用，使其更加不易松动。
(5)束螺母逆向拧紧的时候，束螺母对销螺母紧固力的大小和束螺母与紧固螺栓之间的偏心压紧力可以通过调整紧固螺母上的半圆卡位的圆周长度来实现；比如将半圆周改为3/4圆周或者更多圆周长度，卡位分布的圆周越长，束螺母和紧固螺母之间的偏心挤压力则会相对越小，而无需再严格控制螺母的材质属性和偏心量等来控制摩擦力，大大降低螺母的加工工艺。
(6)与国内外现有的防松动螺栓相比，该发明的防松动措施受力方式明确，通过三重措施增加第一螺纹之间的摩擦力来防止松动，防松措施效果好，且对材质和加工精度的要求不高，造价可控制在较低的区间，有利于市场化大批量生产。
附图说明
图1为本发明优选实施例中销螺母的正视图；
图2为本发明优选实施例中销螺母的仰视图；
图3为本发明优选实施例中束螺母的正视图；
图4为本发明优选实施例中束螺母的仰视图；
图5为本发明优选实施例中紧固螺母的正视图；
图6为本发明优选实施例中紧固螺母的俯视图；
图7为本发明优选实施例中销螺母、束螺母及紧固螺母的位置关系示意图(一)；
图8为本发明优选实施例中销螺母、束螺母及紧固螺母的位置关系示意图(二)；
图9为本发明优选实施例中销螺母、束螺母、紧固螺母与螺杆及紧固连接件的安装示意图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种自锁防松螺栓，参考图1至9，包括销螺母1、束螺母2、紧固螺母3；所述销螺母1的一面沿轴向向外延伸出一圆台11，所述圆台11的直径自抵接所述销螺母1的一端至远离所述销螺母1的一端逐渐减小，所述销螺母1及圆台11的内部沿轴向设置有第一螺纹10；所述圆台11的外侧面设置有第二螺纹12；
所述束螺母2的内部沿轴向设置有与所述第二螺纹12相配合限位的第二配合螺纹23；所述束螺母2垂直于轴向的一面设置有一倾斜限位台21；所述倾斜限位台21的在轴向上的高度沿所述束螺母2的周向由倾斜限位台21的一端向另一端逐渐增高；
所述紧固螺母3的内部沿轴向设置有与所述第一螺纹10的螺纹相同的第三螺纹33；所述紧固螺母3垂直于轴向的一面设置有限位配合台31，用于与所述倾斜限位台21在沿所述紧固螺母3的周向上相互限位；
所述销螺母1、束螺母2及紧固螺母3依次同轴设置；所述圆台11插入所述束螺母2的内部，所述第二螺纹12与第二配合螺纹相互限位23；螺杆5上设置有与所述第一螺纹10及第三螺纹33相配合限位的第一配合螺纹；所述螺杆5插入所述销螺母1与紧固螺母3的内部，所述第一螺纹10、第三螺纹33与第一配合螺纹相互限位。所述圆台11具体被以轴向为中心均分为四个部分，每个部分之间的缝隙13大于所述销螺母1与螺杆5之间的安装间隙。
所述倾斜限位台21相对于所述限位配合台在第一方向和第二方向上转动时限位；所述销螺母1相对于束螺母2沿第二方向转动时环向预紧力越大，所述销螺母1与螺杆5的摩擦力越大，形成自锁状态。
具体来说，第一螺纹10与水平面的夹角，记做第一夹角α；所述第二螺纹12与水平面的夹角，记做第二夹角θ；所述第一夹角α大于第二夹角θ。使得束螺母2在逆向拧紧时，第二螺纹的滑移先于销螺母1和螺杆5，这样就会使得销螺母1与螺杆5之间产生更大的摩擦力。同时，第二螺纹也可以用来调节螺母的加工精度，本发明的约束紧固大大降低了对螺母材质和加工精度的要求。
限位配合台具体为一限位圆环；所述限位圆环包括占据所述限位圆环一部分的卡位部32及占据所述限位圆环另一部分的凸起部31；所述凸起部31沿轴向上的高度均相同；所述卡位部32沿轴向上的高度自与所述限位圆环抵接的一端至与所述限位圆环抵接的另一端逐渐增加。凸起部增加的倾角宜与第二螺纹的倾角相同；如果为了增加限位台与第二螺纹之间的自锁咬合力，可以通过改变该凸起部的倾角来实现。
具体来说，所述卡位部32沿周向设置有多个卡位321，且所述卡位321的正面投影具体为等腰直角三角形；所述倾斜限位台21凸起的一端上设置有至少一个卡片头22，且所述卡片头22的正面投影也具体为等腰直角三角形，以便所述倾斜限位台21相对于所述限位配合台在第一方向和第二方向上转动时都能限位；在本实施例中，所述卡片头22设置有两个；所述卡片头22插入所述卡位321限位。束螺母2逆向拧紧的时候，束螺母2对销螺母1紧固力的大小和束螺母2与紧固螺栓之间的偏心压紧力可以通过调整紧固螺母3上的半圆卡位321的圆周长度来实现；比如将半圆周改为3/4圆周或者更多圆周，卡位321分布的圆周越长，相同转动角度时束螺母2和紧固螺母3之间的偏心挤压力则会相对越小，而无需再严格控制螺母的材质属性和偏心量等来控制摩擦力，大大降低螺母的加工工艺。在本实施例中，所述卡位部32与所述凸起部31分别占据所述限位圆环的一半。
参考图9，所述紧固螺母3背向所述束螺母2的一面将两个紧固连接件4紧密连接在一起。
一种自锁防松螺栓的安装方法，采用了上述的自锁防松螺栓，先将所述紧固螺母3与螺杆5通过第三螺纹33与第一配合螺纹拧紧，达到预紧力；然后将销螺母1与束螺母2同时安装；当所述束螺母2与所述紧固螺母3接触时，调整所述束螺母2的角度使得所述束螺母2的卡片头22与所述紧固螺母3的卡位321卡主限位，然后拧紧销螺母1直至紧固，此时参考图7；然后反向拧紧束螺母2使得所述束螺母2的卡头卡在紧固螺母3的位于中部的卡位321上，此时参考图8，安装完成。
本发明利用束螺母2的卡头片和紧固螺母3的卡位321之间的机械咬合作用，拧紧销螺母1，并通过第二螺纹的紧固，使得销螺母1的凸销与螺杆5的螺纹之间产生紧密的挤压作用，相当于该凸销的内螺纹与螺杆5螺纹之间形成过盈接触，提供抵抗紧固螺母3松动的摩擦力。束螺母2反向拧紧时，在上述销螺母1压紧的基础上，进一步提高锥螺纹处的环箍力，增加销螺母1与螺杆5之间的摩擦力。束螺母2与紧固螺母3之间的机械咬合作用，使得紧固螺母3和束螺母2之间一旦拧紧后就无法再相互滑动，而在振动等情况下产生的松动扭矩通过机械咬合传递给束螺母2后，使得锥螺纹处产生更大的挤压力，从而进一步提高锥螺母1与螺杆5之间的摩擦力，使得紧固螺母3无法产生松动。同时，束螺母2与紧固螺母3之间的单边机械咬合，在振动等情况下紧固螺母3松动退丝的时候，对束螺母2产生偏心挤压作用，使其更加不容易松动。
与国内外现有的防松动螺栓相比，该发明的防松动措施受力方式明确，通过三重措施增加销螺母1与螺杆5螺纹之间的摩擦力来防止松动，防松措施效果好，且对材质和加工精度的要求不高，造价可控制在较低的区间，有利于市场化大批量生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (9)
1.一种自锁防松螺栓，其特征在于包括销螺母、束螺母、紧固螺母；所述销螺母的一面沿轴向向外延伸出一圆台，所述圆台的直径自抵接所述销螺母的一端至远离所述销螺母的一端逐渐减小，所述销螺母及圆台的内部沿轴向设置有第一螺纹；所述圆台的外侧面设置有第二螺纹；
所述束螺母的内部沿轴向设置有与所述第二螺纹相配合限位的第二配合螺纹；所述束螺母垂直于轴向的一面设置有一倾斜限位台；所述倾斜限位台的在轴向上的高度沿所述束螺母的周向由倾斜限位台的一端向另一端逐渐增高；
所述紧固螺母的内部沿轴向设置有与所述第一螺纹的螺纹相同的第三螺纹；所述紧固螺母垂直于轴向的一面设置有限位配合台，用于与所述倾斜限位台在沿所述紧固螺母的周向上相互限位；
所述销螺母、束螺母及紧固螺母依次同轴设置；所述圆台插入所述束螺母的内部，所述第二螺纹与第二配合螺纹相互限位；螺杆上设置有与所述第一螺纹及第三螺纹相配合限位的第一配合螺纹；所述螺杆插入所述销螺母与紧固螺母的内部，所述第一螺纹、第三螺纹与第一配合螺纹相互限位。
2.根据权利要求1所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，所述倾斜限位台相对于所述限位配合台在第一方向和第二方向上转动时限位，使其无法自行松动；所述销螺母相对于束螺母沿第二方向转动时环向预紧力越大，所述销螺母与螺杆的摩擦力越大。
3.根据权利要求2所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，第一螺纹与水平面的夹角大于所述第二螺纹与水平面的夹角。
4.根据权利要求3所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，限位配合台具体为一限位圆环；所述限位圆环包括占据所述限位圆环一部分的卡位部及占据所述限位圆环另一部分的凸起部；所述卡位部沿轴向上的高度自与所述限位圆环抵接的一端至与所述限位圆环抵接的另一端逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，所述卡位部沿周向设置有多个卡位；所述倾斜限位台凸起的一端上设置有至少一个卡片头；所述卡片头卡入所述卡位限位。
6.根据权利要求5所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，所述卡位的正面投影具体为等腰直角三角形；所述卡片头的正面投影也具体为等腰直角三角形。
7.根据权利要求6所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，所述卡位部与所述凸起部分别占据所述限位圆环的一半。
8.根据权利要求7所述的一种自锁防松螺栓，其特征在于，所述圆台具体被以轴向为中心均分为四个部分，每个部分之间的缝隙大于所述销螺母与螺杆之间的安装间隙。
9.一种自锁防松螺栓的安装方法，其特征在于采用了上述权利要求1至8中任意一项所述的自锁防松螺栓，先将所述紧固螺母与螺杆通过第三螺纹与第一配合螺纹拧紧，达到预紧力；然后将销螺母与束螺母同时安装；当所述束螺母与所述紧固螺母接触时，调整所述束螺母的角度使得所述束螺母的卡片头与所述紧固螺母的卡位卡住限位，然后拧紧销螺母直至紧固；然后反向拧紧束螺母使得所述束螺母的限位圆环的卡头卡在紧固螺母的位于中部的卡位上，安装完成。
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