CN109838445A - 一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及紧固件技术领域，具体为一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法，包括防松螺栓、安装在所述防松螺栓上的锁紧螺母和紧固螺母、用于被固定的第一被连接件和第二被连接件。该组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法中，将防松螺栓进行了分段设计，紧固部分，通过设置的粗牙螺纹段，保证结构所需要的强度要求，锁紧部分，通过设置的细牙螺纹段，充分利用细牙螺纹防松脱性能好的结构优势，提高结构的防松性能，通过第一楔形块和第二楔形块相互啮合，使锁紧螺母和紧固螺母之间始终保持轴向对顶，消除螺母副之间的轴向间隙，从而达到在振动工况下，利用摩擦力产生较大的防松脱力矩，进一步提高防松螺栓的防松效果。
Description
技术领域
本发明涉及紧固件技术领域，具体为一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法。
背景技术
螺纹连接是连接技术中应用最为广泛的一种形式，但在实际工作中由于载荷的多变性，使得螺纹间会产生相对运动造成螺纹连接松动与连接失效，为此技术人员作了许多努力，采取了诸如摩擦防松、机械防松、永久性防松等防松措施，目前这些防松措施还无法完全满足现场对防松接头提出的结构紧凑、牢固防松、动平衡效果好和可拆的要求，因此在一些特殊场合下还存在着安全隐患，为此螺纹连接防松技术备受工程设计人员关注。
螺纹连接的防松方法颇多，而双螺母防松是目前广泛采用的一种，其一般原理是：两个螺母对顶拧紧后，在两个螺母与螺栓组成的螺纹副中螺牙侧面受到轴向的压力方向相反，从而消除螺纹副之间的轴向间隙，增加摩擦力矩，达到防松止退的效果。这种防松结构示意图如图1所示。但是普通的双螺母防松的防松可靠性难以保证。此外双螺母防松常用于低速重载或较平稳的场合，不能应用于振动、冲击及变载荷等工况下，所以该结构在应用范围上有一定的局限性。
现有的专利技术对普通的双螺母防松进行了一定程度上的改进，一定程度上提高了结构的防松性能，但是不能够同时具备结构紧凑、牢固防松、动平衡效果好和可拆性的要求。鉴于此，我们提出一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法，以解决上述背景技术中提出的双螺母防松结构存在的防松可靠性较差及不能应用于高速重载工况等问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，包括防松螺栓、安装在所述防松螺栓上的锁紧螺母和紧固螺母、用于被固定的第一被连接件和第二被连接件，所述防松螺栓自左到右依次设有螺栓头、光杆夹持段、粗牙螺纹段、光杆过渡段以及细牙螺纹段，所述锁紧螺母靠近所述紧固螺母一端还安装有楔紧垫片。
作为优选，所述防松螺栓的结构呈阶梯状。
作为优选，所述光杆夹持段的直径大于所述光杆过渡段的直径。
作为优选，所述粗牙螺纹段的螺纹升角大于所述细牙螺纹段的螺纹升角。
作为优选，所述光杆夹持段的直径和所述粗牙螺纹段的公称直径相等。
作为优选，所述光杆过渡段的直径和所述细牙螺纹段的公称直径相等。
作为优选，所述锁紧螺母的上端均匀分布有一圈带坡度的第一楔形块，所述楔紧垫片靠近所述锁紧螺母一面均匀分布有一圈带坡度的第二楔形块，所述第一楔形块和所述第二楔形块的尺寸相适配。
作为优选，本发明还提供一种组合式螺母锁紧的螺纹防松设计方法，包括上述任意一项所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其步骤如下：
S1、紧固防松螺栓：将防松螺栓依次螺入第二被连接件和第一被连接件内，并使得防松螺栓的螺栓头抵至在第二被连接件的外表面，此时将紧固螺母从防松螺栓的细牙螺纹段套入，并将紧固螺母从防松螺栓的粗牙螺纹段螺入，使得紧固螺母抵至在第一被连接件上，通过设置的具有较大公称直径和较大螺纹升角的粗牙螺纹段，用以承受大部分预紧力，保证结构所需要的强度要求；
S2、锁紧防松螺栓：将楔紧垫片从细牙螺纹段套入，使得楔紧垫片贴合在紧固螺母上，将锁紧螺母从细牙螺纹段螺入，直到锁紧螺母抵至在楔紧垫片一侧，通过设置的具有较小公称直径和较小螺纹升角的细牙螺纹段，充分利用细牙螺纹防松脱性能好的结构优势，在保证结构强度要求的同时，提高结构的防松性能；
S3、装配锁紧螺母：锁紧螺母在细牙螺纹段螺入时，锁紧螺母上的第一楔形块对准楔紧垫片上的第二楔形块运动，当锁紧螺母贴合在楔紧垫片上时，第一楔形块和第二楔形块相互啮合，当防松螺栓整体结构承受振动载荷时，锁紧螺母和紧固螺母的螺纹副间的摩擦力瞬间变小，螺纹产生松脱旋转，而锁紧螺母和紧固螺母间产生松脱方向的相对转动，当螺纹旋出一定周向角度时，由于第一楔形块和第二楔形块的坡度角大于螺纹升角，第一楔形块和第二楔形块的抬升高度大于螺母旋出的高度，使锁紧螺母和紧固螺母之间始终保持轴向对顶。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法中，将防松螺栓进行了分段设计，紧固部分，通过设置的具有较大公称直径和较大螺纹升角的粗牙螺纹段，用以承受大部分预紧力，保证结构所需要的强度要求，锁紧部分，通过设置的具有较小公称直径和较小螺纹升角的细牙螺纹段，充分利用细牙螺纹防松脱性能好的结构优势，在保证结构强度要求的同时，提高结构的防松性能。
2、该组合式螺母锁紧的螺纹防松结构及设计方法中，通过第一楔形块和第二楔形块相互啮合，使锁紧螺母和紧固螺母之间始终保持轴向对顶，消除螺母副之间的轴向间隙，从而达到在振动工况下，利用摩擦力产生较大的防松脱力矩，进一步提高防松螺栓的防松效果。
附图说明
图1为普通双螺母结构示意图；
图2为本发明的整体结构装配示意图；
图3为本发明的防松螺栓结构示意图；
图4为本发明的锁紧螺母二维剖视图；
图5为本发明的锁紧螺母三维结构示意图；
图6为本发明的楔紧垫片的二维结构示意图；
图7为本发明的楔紧垫片的三维结构示意图；
图8为本发明的防松螺栓结构尺寸标注图；
图9为本发明的锁紧螺母结构尺寸标注图；
图10为本发明的楔紧垫片结构尺寸标注图之一；
图11为本发明的楔紧垫片结构尺寸标注图之二。
图中：1、防松螺栓；11、螺栓头；12、光杆夹持段；13、粗牙螺纹段；14、光杆过渡段；15、细牙螺纹段；2、锁紧螺母；21、第一楔形块；3、楔紧垫片；31、第二楔形块；4、紧固螺母；5、第一被连接件；6、第二被连接件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
一方面，本发明提供一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，如图2和图3所示，包括防松螺栓1、安装在防松螺栓1上的锁紧螺母2和紧固螺母4、用于被固定的第一被连接件5和第二被连接件6，防松螺栓1自左到右依次设有螺栓头11、光杆夹持段12、粗牙螺纹段13、光杆过渡段14以及细牙螺纹段15，锁紧螺母2靠近紧固螺母4一端还安装有楔紧垫片3，防松螺栓1的结构呈阶梯状，光杆夹持段12的直径大于光杆过渡段14的直径，粗牙螺纹段13的螺纹升角大于细牙螺纹段15的螺纹升角，光杆夹持段12的直径和粗牙螺纹段13的公称直径相等，光杆过渡段14的直径和细牙螺纹段15的公称直径相等。
本实施例中，防松螺栓1的结构尺寸如图8所示，图中光杆夹持段12的直径和粗牙螺纹段13的公称直径均为d1，其具体尺寸根据第二被连接件6上用于装配螺栓的通孔确定。
进一步的，防松螺栓1的结构尺寸如图8所示，图中光杆过渡段14的直径和细牙螺纹段15的公称直径均为d2，要求d2小于粗牙螺纹段的最小直径，且粗牙螺纹段螺纹升角β1大于细牙螺纹段螺纹升角β2，在此基础上选取直径大的d2。
具体的，防松螺栓1的结构尺寸如图8所示，图中光杆夹持段12的长度为l1，由第二被连接件6的厚度L和粗牙螺纹段13的粗牙螺距的P1确定，取
l1＝L-8*P1
防松螺栓1的结构尺寸如图8所示，图中粗牙螺纹段13的长度为l2，取
l2＝10*P1
此外，防松螺栓1的结构尺寸如图8所示，图中光杆过渡段14长度为l3，细牙螺纹段15的螺纹螺距为P2，则取
l3＝5*P2
防松螺栓1的结构尺寸如图8所示，图中细牙螺纹段15的长度为l2，取
l4＝5*P1+25*P2
除此之外，锁紧螺母2的螺母腔公称直径和所述光杆过渡段14的公称直径相适配，且所述锁紧螺母2的螺母腔内设有与所述细牙螺纹段15螺纹连接的细牙内螺纹孔。
值得说明的是，锁紧螺母2根据防松螺栓1的粗牙螺纹段13的公称直径d1，从国标《GB/T 6170-2000I型六角螺母》选取相应的六角螺母。
本实施例的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构在进行紧固时，将防松螺栓1依次螺入第二被连接件6和第一被连接件5内，并使得防松螺栓1的螺栓头11抵至在第二被连接件6的外表面，此时将紧固螺母4从防松螺栓1的细牙螺纹段15套入，并将紧固螺母4从防松螺栓1的粗牙螺纹段13螺入，使得紧固螺母4抵至在第一被连接件5上，通过设置的具有较大公称直径和较大螺纹升角的粗牙螺纹段13，用以承受大部分预紧力，保证结构所需要的强度要求。
本实施例的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构在进行锁紧时，紧固螺母4固定完毕后，将楔紧垫片3从细牙螺纹段15套入，使得楔紧垫片3贴合在紧固螺母4上，将锁紧螺母2从细牙螺纹段15螺入，直到锁紧螺母2抵至在楔紧垫片3一侧，通过设置的具有较小公称直径和较小螺纹升角的细牙螺纹段15，充分利用细牙螺纹防松脱性能好的结构优势，在保证结构强度要求的同时，提高结构的防松性能。
实施例2
作为本发明的第二种实施例，为了进一步提高防松螺栓1整体的防松效果，本发明人员对锁紧螺母2和楔紧垫片3作出改进，作为一种优选实施例，如图4-图7所示，锁紧螺母2的上端均匀分布有一圈带坡度的第一楔形块21，楔紧垫片3靠近锁紧螺母2一面均匀分布有一圈带坡度的第二楔形块31，第一楔形块21和第二楔形块31的尺寸相适配。
本实施例中，锁紧螺母2的结构尺寸如图9所示，第一楔形块21的高度为c＝a，锁紧螺母2的高度为e＝5*P2，锁紧螺母2的细牙螺纹孔公称直径为D2＝d2，锁紧螺母2横截面的外缘形状为正六边形，其内切圆直径为D5。
进一步的，楔紧垫片3的结构尺寸如图11所示，每个γ分布有一个第二楔形块31，γ的大小根据楔紧垫片3的尺寸与工况要求在15°，20°和30°中选取。
具体的，楔紧垫片3的结构尺寸如图11所示，楔紧垫片3的内径尺寸为D3＝d2+1，外径尺寸为D4＝d2*1.5。
值得说明的是，楔紧垫片3的结构尺寸如图10所示，第二楔形块31的坡度角为α＞β1，第二楔形块31的高度a由α确定，齿根距底面高度b＝a/2。
本实施例的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构的锁紧螺母2装配时，锁紧螺母2在细牙螺纹段15螺入时，锁紧螺母2上的第一楔形块21对准楔紧垫片3上的第二楔形块31运动，当锁紧螺母2贴合在楔紧垫片3上时，第一楔形块21和第二楔形块31相互啮合，当防松螺栓1整体结构承受振动载荷时，锁紧螺母2和紧固螺母4的螺纹副间的摩擦力瞬间变小，螺纹产生松脱旋转，而锁紧螺母2和紧固螺母4间产生松脱方向的相对转动，当螺纹旋出一定周向角度时，由于第一楔形块21和第二楔形块31的坡度角大于螺纹升角，第一楔形块21和第二楔形块31的抬升高度大于螺母旋出的高度，使锁紧螺母2和紧固螺母4之间始终保持轴向对顶，消除螺母副之间的轴向间隙，从而达到在振动工况下，利用摩擦力产生较大的防松脱力矩，进一步提高防松螺栓1的防松效果。
另一方面，本发明还提供一种组合式螺母锁紧的螺纹防松设计方法，包括上述任意一项所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其步骤如下：
S1、紧固防松螺栓1：将防松螺栓1依次螺入第二被连接件6和第一被连接件5内，并使得防松螺栓1的螺栓头11抵至在第二被连接件6的外表面，此时将紧固螺母4从防松螺栓1的细牙螺纹段15套入，并将紧固螺母4从防松螺栓1的粗牙螺纹段13螺入，使得紧固螺母4抵至在第一被连接件5上，通过设置的具有较大公称直径和较大螺纹升角的粗牙螺纹段13，用以承受大部分预紧力，保证结构所需要的强度要求；
S2、锁紧防松螺栓1：将楔紧垫片3从细牙螺纹段15套入，使得楔紧垫片3贴合在紧固螺母4上，将锁紧螺母2从细牙螺纹段15螺入，直到锁紧螺母2抵至在楔紧垫片3一侧，通过设置的具有较小公称直径和较小螺纹升角的细牙螺纹段15，充分利用细牙螺纹防松脱性能好的结构优势，在保证结构强度要求的同时，提高结构的防松性能；
S3、装配锁紧螺母2：锁紧螺母2在细牙螺纹段15螺入时，锁紧螺母2上的第一楔形块21对准楔紧垫片3上的第二楔形块31运动，当锁紧螺母2贴合在楔紧垫片3上时，第一楔形块21和第二楔形块31相互啮合，当防松螺栓1整体结构承受振动载荷时，锁紧螺母2和紧固螺母4的螺纹副间的摩擦力瞬间变小，螺纹产生松脱旋转，而锁紧螺母2和紧固螺母4间产生松脱方向的相对转动，当螺纹旋出一定周向角度时，由于第一楔形块21和第二楔形块31的坡度角大于螺纹升角，第一楔形块21和第二楔形块31的抬升高度大于螺母旋出的高度，使锁紧螺母2和紧固螺母4之间始终保持轴向对顶。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，包括防松螺栓(1)、安装在所述防松螺栓(1)上的锁紧螺母(2)和紧固螺母(4)、用于被固定的第一被连接件(5)和第二被连接件(6)，其特征在于：所述防松螺栓(1)自左到右依次设有螺栓头(11)、光杆夹持段(12)、粗牙螺纹段(13)、光杆过渡段(14)以及细牙螺纹段(15)，所述锁紧螺母(2)靠近所述紧固螺母(4)一端还安装有楔紧垫片(3)。
2.根据权利要求1所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其特征在于：所述防松螺栓(1)的结构呈阶梯状。
3.根据权利要求1所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其特征在于：所述光杆夹持段(12)的直径大于所述光杆过渡段(14)的直径。
4.根据权利要求1所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其特征在于：所述粗牙螺纹段(13)的螺纹升角大于所述细牙螺纹段(15)的螺纹升角。
5.根据权利要求1所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其特征在于：所述光杆夹持段(12)的直径和所述粗牙螺纹段(13)的公称直径相等。
6.根据权利要求1所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其特征在于：所述光杆过渡段(14)的直径和所述细牙螺纹段(15)的公称直径相等。
7.根据权利要求1所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其特征在于：所述锁紧螺母(2)的上端均匀分布有一圈带坡度的第一楔形块(21)，所述楔紧垫片(3)靠近所述锁紧螺母(2)一面均匀分布有一圈带坡度的第二楔形块(31)，所述第一楔形块(21)和所述第二楔形块(31)的尺寸相适配。
8.一种组合式螺母锁紧的螺纹防松设计方法，包括权利要求1-7中任意一项所述的组合式螺母锁紧的螺纹防松结构，其步骤如下：
S1、紧固防松螺栓(1)：将防松螺栓(1)依次螺入第二被连接件(6)和第一被连接件(5)内，并使得防松螺栓(1)的螺栓头(11)抵至在第二被连接件(6)的外表面，此时将紧固螺母(4)从防松螺栓(1)的细牙螺纹段(15)套入，并将紧固螺母(4)从防松螺栓(1)的粗牙螺纹段(13)螺入，使得紧固螺母(4)抵至在第一被连接件(5)上，通过设置的具有较大公称直径和较大螺纹升角的粗牙螺纹段(13)，用以承受大部分预紧力，保证结构所需要的强度要求；
S2、锁紧防松螺栓(1)：将楔紧垫片(3)从细牙螺纹段(15)套入，使得楔紧垫片(3)贴合在紧固螺母(4)上，将锁紧螺母(2)从细牙螺纹段(15)螺入，直到锁紧螺母(2)抵至在楔紧垫片(3)一侧，通过设置的具有较小公称直径和较小螺纹升角的细牙螺纹段(15)，充分利用细牙螺纹防松脱性能好的结构优势，在保证结构强度要求的同时，提高结构的防松性能；
S3、装配锁紧螺母(2)：锁紧螺母(2)在细牙螺纹段(15)螺入时，锁紧螺母(2)上的第一楔形块(21)对准楔紧垫片(3)上的第二楔形块(31)运动，当锁紧螺母(2)贴合在楔紧垫片(3)上时，第一楔形块(21)和第二楔形块(31)相互啮合，当防松螺栓(1)整体结构承受振动载荷时，锁紧螺母(2)和紧固螺母(4)的螺纹副间的摩擦力瞬间变小，螺纹产生松脱旋转，而锁紧螺母(2)和紧固螺母(4)间产生松脱方向的相对转动，当螺纹旋出一定周向角度时，由于第一楔形块(21)和第二楔形块(31)的坡度角大于螺纹升角，第一楔形块(21)和第二楔形块(31)的抬升高度大于螺母旋出的高度，使锁紧螺母(2)和紧固螺母(4)之间始终保持轴向对顶。
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