CN110552946B - 一种带有单螺母的防松止退螺栓组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，包含螺栓、套筒垫圈和法兰螺母，属于紧固件技术领域。本发明的螺栓通过凸台挤压并撑裂套筒垫圈的引裂槽，并与引裂槽过盈配合，套筒垫圈的凹槽与法兰螺母的凸起配合，使得防松和止退作用可靠，无防松间隙，与被连接件无关，可紧固连接脆性易碎和薄壁中空件。螺栓的头部、套筒垫圈和法兰螺母减少了露出被连接件的轴向尺寸，可方便地沉入被连接件内部。螺栓的头部和套筒垫圈都通过平面与被连接件抵接，可保护被连接件。螺栓的凸台不影响螺杆外螺纹的强度，可增加螺杆的弹性，提高疲劳强度。本发明可多次装拆，可大大减少螺栓轴向预紧力的波动幅度，能够减少套筒长度和螺栓的螺杆直径，生产加工便捷。

Description

一种带有单螺母的防松止退螺栓组件

技术领域

本发明涉及一种螺栓组件，尤其是一种防松螺栓组件，属于紧固件技术领域。

背景技术

螺栓由头部和螺杆组成，与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的被连接件。螺杆带有外螺纹，通过外螺纹与螺母的内螺纹配合。螺母常为六角柱形结构，带有中心螺纹孔，在中心螺纹孔的内表面带有内螺纹。

在冲击、振动或变载荷作用下，螺母与螺栓的连接会松动，甚至完全脱离，易引发事故。目前的防松措施可分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松三种。（1）摩擦防松，是增大螺纹副间的压力和摩擦力，以防止相对转动；例如用对顶螺母、自锁螺母或弹簧垫圈防松，也可改变螺纹参数。由于螺纹连接件和被连接件的材料会发生蠕变和应力松弛，使预紧力和摩擦力减小，失去防松作用，因此摩擦防松的可靠性较低。（2）机械防松，是用止动元件约束螺纹副，例如用开口销、串联钢丝、紧定螺钉或止动垫圈防松。机械防松需要在螺纹连接件上预先加工出与止动元件配合的防松结构，如轴向槽或径向通孔，影响螺纹连接的强度。由于加工误差的存在，止动元件与防松结构之间存在间隙，没有防松预紧力，在螺纹连接的预紧力减小，甚至松动后，才会止动；因此，严格地说机械防松仅仅具有止退作用。（3）破坏螺纹副防松，是把螺纹副转变为非运动副，排除相对转动的可能，例如焊接、铆接、冲点或粘接。破坏螺纹副防松方便可靠，缺点是将螺纹连接转变为不可拆连接，破拆困难，螺栓和螺母只能使用一次。

在机械工程中，由于被连接件的空间限制需要采用沉孔，将螺栓的头部或螺母沉入零件，无法使用采用双螺母的防松止退技术，现有技术难以做到防松止退可靠，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，紧固带有沉孔的被连接件，能够重复多次装拆，可防松和止退，而且防松和止退作用可靠，不降低螺纹连接的强度。本说明书所述的方位以本发明的配合螺纹为基准，配合螺纹的轴线方向为轴向或纵向，直径方向为径向或横向；远离轴线为外，依此类推。本发明的具体技术方案如下。

一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，包含螺栓1、套筒垫圈2和法兰螺母3，如图1所示。

所述螺栓1包含头部和螺杆，穿过一个套筒垫圈2，与一个法兰螺母3配合，可紧固连接带有沉孔、脆性易碎和薄壁中空的被连接件，并确保防松和止退作用可靠，无防松间隙。所述螺栓1的头部和套筒垫圈2都通过平面与被连接件抵接，可保护被连接件的表面。

所述螺栓1的螺杆在左部的外表面上带有轴向凸台11，在右部的外表面上带有外螺纹，并通过所述外螺纹与法兰螺母3配合，以紧固连接被连接件。

所述套筒垫圈2包含套筒和垫圈。所述套筒在右端与垫圈刚性连接，在左端带有轴向V型槽21，在所述V型槽21的右端带有引裂槽22，引导套筒垫圈2卡入螺栓1的凸台11，便于撑裂套筒，并使得螺栓1的凸台11与套筒垫圈2过盈配合，确保套筒垫圈2相对螺栓1止动可靠。所述垫圈在右端面的外侧带有内凹圆弧面，在所述内凹圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凹槽23。

所述法兰螺母3在左端带有圆盘形的法兰盘。所述法兰螺母3的法兰盘在左端面的外侧带有外凸圆弧面，在所述外凸圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凸起31，并通过所述凸起31与套筒垫圈2的凹槽23配合，无配合间隙，确保法兰螺母3相对套筒垫圈2止动可靠，无防松间隙。

所述螺栓1的头部为带有法兰盘的六角柱形结构，以增加与被连接件的接触面积，不必使用平垫圈。所述螺栓1的法兰盘为圆盘形结构，与被连接件接触的端面为平面，可保护被连接件的表面，避免划伤和腐蚀被连接件的表面。

所述螺栓1的螺杆为圆柱形杆件，在左端面与头部刚性连接，在左部的外表面上带有轴向凸台11，并通过凸台11卡入套筒垫圈2，使得套筒垫圈2发生撑裂，避免套筒垫圈2相对螺栓1旋转，确保相对止动可靠。所述凸台11沿着轴向伸展，外侧薄，内侧厚，可挤压并撑裂套筒垫圈2。

所述套筒垫圈2包含套筒和垫圈，可穿入螺栓1的螺杆，并卡入凸台11，避免套筒垫圈2相对螺栓1旋转，确保相对止动可靠，如图2所示。

所述套筒为圆筒形结构，在左部带有外圆锥面，便于从右侧向左穿入螺栓1的螺杆，避免卡顿。

进一步地，所述套筒在左端带有轴向V型槽21，可引导套筒垫圈2卡入螺栓1的凸台11。所述V型槽21开始于套筒的左端，贯穿筒壁，轴向伸展，左端宽，右端窄，便于引导套筒垫圈2卡入螺栓1的凸台11。

进一步地，所述套筒在V型槽21的右端带有引裂槽22，在卡入螺栓1的凸台11时，形成应力集中，便于套筒撑裂并限制撑裂位置，使得螺栓1的凸台11与套筒垫圈2过盈配合，确保套筒垫圈2相对螺栓1止动可靠。所述引裂槽22轴向伸展，不贯穿筒壁，横截面优选三角形，位于套筒的中部，在左端与V型槽21的右端连接，以引导螺栓1的凸台11挤压引裂槽22，引起V型槽21在底部撑裂，并与螺栓1的凸台11过盈配合，确保套筒垫圈2相对螺栓1止动可靠，无防松间隙。

所述垫圈为圆圈形片状结构，在左端面内沿与套筒的右端面刚性连接，在左端面为平面，并通过左端面与被连接件卡接，可保护被连接件的表面，避免划伤和腐蚀被连接件的表面。

进一步地，所述垫圈在右端面的外侧带有内凹圆弧面，在右端面的内侧带有圆环形平面，在所述内凹圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凹槽23，如图3所示。所述内凹圆弧面是指以垫圈轴向剖面内的圆弧为母线，绕垫圈轴线旋转一周得到的曲面，也可看作垫圈在右端面的外沿向左内凹形成。所述垫圈圆环形平面的外沿与内凹圆弧面的内沿连接。

所述凹槽23位于垫圈右端面的外侧，在所述内凹圆弧面上，沿圆周均匀分布，沿着径向伸展，内侧浅而窄，外侧深而宽。所述凹槽23带有两个径向侧面，所述凹槽23的径向侧面相对垫圈的轴向剖面倾斜，使得凹槽23的横截面成为三角形。

所述法兰螺母3为带有法兰盘的六角柱形结构，在中心带有轴向通孔。所述轴向通孔在内表面带有内螺纹，通过所述内螺纹与螺栓1在螺杆上的外螺纹配合，以紧固连接被连接件。

所述法兰螺母3的法兰盘为圆盘形结构，在左端面的外侧带有外凸圆弧面，在左端面的内侧带有圆环形平面，在所述外凸圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凸起31，并通过所述凸起31与套筒垫圈2的凹槽23配合，无配合间隙，确保法兰螺母3相对套筒垫圈2止动可靠，避免了防松间隙，使得法兰螺母3相对螺栓1的防松和止退作用可靠，无防松间隙。

所述外凸圆弧面是指以法兰螺母3轴向剖面内的圆弧为母线，绕法兰螺母3轴线旋转一周得到的曲面，也可看作法兰螺母3的法兰盘在左端面的外沿向左外凸形成。所述法兰螺母3在法兰盘圆环形平面的外沿与外凸圆弧面的内沿连接。所述法兰螺母3在法兰盘左端内侧的圆环形平面与套筒垫圈2在垫圈右端面内侧的圆环形平面贴合并压紧，使得螺栓1产生轴向预紧力，以紧固被连接件。

所述凸起31位于法兰螺母3在法兰盘左端面的外侧，在所述外凸圆弧面上，沿圆周均匀分布，沿着径向伸展，内侧低而窄，外侧高而宽。所述凸起31带有两个径向侧面；所述凸起31的径向侧面相对法兰螺母3的轴向剖面倾斜，使得凸起31的横截面成为三角形。

补充说明：（1）在螺栓1与套筒垫圈2和法兰螺母3配合并紧固连接被连接件时，法兰螺母3的凸起31的两个径向侧面，分别与套筒垫圈2的凹槽23的两个径向侧面贴合并压紧，使得法兰螺母3的凸起31与套筒垫圈2的凹槽23配合，无配合间隙，确保法兰螺母3相对螺栓1的防松止退作用可靠，不存在防松间隙。

（2）在安装过程中，以扳手驱动法兰螺母3相对螺栓1右旋，使得法兰螺母3左移，以紧固被连接件，法兰螺母3在法兰盘左端面内侧的圆环形平面，贴合并挤压套筒垫圈2在垫圈右端面内侧的圆环形平面，驱动套筒垫圈2左移，使得套筒垫圈2的引裂槽22卡入螺栓1的凸台11，引起套筒垫圈2的引裂槽22撑裂，使得螺栓1的凸台11与套筒垫圈2过盈配合，确保法兰螺母3相对螺栓1的防松止退作用可靠。

（3）在以扳手驱动法兰螺母3相对螺栓1旋转时，可使得套筒垫圈2在右端面外侧的内凹圆弧面直径增大，引起法兰螺母3相对套筒垫圈2旋转，减少了螺栓1轴向预紧力的波动幅度，避免螺栓1因为轴向预紧力过大而损坏。

（4）本发明在安装过程中，需要法兰螺母3左移，驱动套筒垫圈2左移，使得套筒垫圈2的引裂槽22向左卡入螺栓1的凸台11，并撑裂。因此，为了避免偏斜和卡顿，引裂槽22和凸台11需要一一对应，并沿着圆周均匀分布。

（5）本发明在安装和拆卸过程中，需要法兰螺母3相对螺栓1和套筒垫圈2旋转，驱使套筒垫圈2在右端面外侧的内凹圆弧面直径增大，使得套筒垫圈2的垫圈直径增大。因此，套筒垫圈2的垫圈在沉入被连接件内部时，套筒垫圈2的垫圈与沉孔内壁之间必须留有足够的径向间隙。

本发明的有益效果如下：（1）本发明的螺栓1通过凸台11挤压并撑裂套筒垫圈2的引裂槽22，并与套筒垫圈2的引裂槽22过盈配合，套筒垫圈2的凹槽23与法兰螺母3的凸起31配合，无配合间隙，使得法兰螺母3相对螺栓1的防松和止退作用可靠，无防松间隙；所述防松止退作用与被连接件无关。因此，本发明可紧固连接不同材料和性能的被连接件，并确保防松和止退作用可靠。本发明在紧固连接脆性易碎和薄壁中空的被连接件时，也可确保防松和止退作用可靠，如玻璃件、陶瓷件和中空玻璃件。在被连接件的材料发生蠕变和应力松弛，或其它结构变化，引起螺栓1的轴向预紧力减小或消失时，被连接件松动，但不会影响法兰螺母3相对螺栓1的止动状态；此时，本发明具有止退作用，且止退作用可靠。与现有的机械防松技术相比，在冲击、振动或变载荷作用下，本发明的法兰螺母3相对螺栓1的防松止退作用可靠，而且防松止退作用不依赖对被连接件的轴向挤压作用，不存在防松间隙，不依赖轴向预紧力，不会因为止动元件与防松结构之间存在间隙或失去预紧力而松动。

（2）本发明的螺栓1与一个套筒垫圈2和一个法兰螺母3紧固连接被连接件，而且防松止退作用可靠。与现有的双螺母防松技术相比，本发明中螺栓1的头部、套筒垫圈2和法兰螺母3减少了露出被连接件的轴向尺寸，可方便地通过沉孔沉入被连接件内部，有效解决了被连接件因为空间限制的防松问题。

本发明中，螺栓1的头部为带有法兰盘的六角柱形结构，所述法兰盘与被连接件接触的端面为平面；套筒垫圈2的垫圈为圆圈形片状结构，在左端面为平面，并通过左端面与被连接件卡接。可见，螺栓1的头部和套筒垫圈2的垫圈都通过平面与被连接件抵接，可保护被连接件的表面，避免划伤和腐蚀被连接件的表面，使得本发明可紧固连接脆性易碎和薄壁中空的被连接件。

（3）本发明中，套筒垫圈2的凹槽23位于垫圈右端面外侧的内凹圆弧面上，沿着径向伸展，内侧浅而窄，外侧深而宽。法兰螺母3的凸起31位于法兰盘左端面外侧的外凸圆弧面上，沿着径向伸展，内侧低而窄，外侧高而宽。在紧固连接被连接件时，法兰螺母3的凸起31的两个径向侧面，分别与套筒垫圈2的凹槽23的两个径向侧面贴合并压紧，无配合间隙。在以扳手驱动法兰螺母3相对螺栓1和套筒垫圈2旋转时，可使得套筒垫圈2在右端面外侧的内凹圆弧面直径增大，引起法兰螺母3相对套筒垫圈2旋转。在紧固状态，所述法兰螺母3在法兰盘左端内侧的圆环形平面与套筒垫圈2在垫圈右端面内侧的圆环形平面贴合并压紧，使得螺栓1产生轴向预紧力，以紧固被连接件。因此，与现有防松技术相比，本发明可多次安装和拆卸，在安装和拆卸时，能够大大减少螺栓1轴向预紧力的波动幅度，避免螺栓1因为轴向预紧力过大，螺纹产生塑性变形而损坏。

（4）本发明中，螺栓1的凸台11位于螺杆左部的外表面上，不必从左端开始，纵向长度和横向厚度只需确保挤压并撑裂套筒垫圈2的引裂槽22。套筒垫圈2的套筒不必贯穿被连接件，长度只需确保螺栓1的凸台11挤压并撑裂引裂槽22即可。因此，与现有采用套筒的紧固件相比，本发明能够减少套筒的长度和螺栓1的螺杆直径，减轻重量，节约材料。

（5）本发明中，螺栓1的凸台11位于螺杆左部的外表面上，与螺杆在右部的外螺纹没有轴向位置重叠，不影响螺杆在右部外螺纹的强度和刚度。因此，与现有采用轴向凹槽的防松技术相比，本发明能够大大提高螺纹连接的强度，可避免螺纹的疲劳、滑牙和其他失效。

（6）本发明中，螺栓1的凸台11，可减小螺栓1螺杆的有效拉伸横截面面积，增加螺栓1螺杆的弹性，提高疲劳强度，与用于强振场合的弹性螺栓要求一致。另外，螺栓1的凸台11、套筒垫圈2的V型槽21、引裂槽22和凹槽23以及法兰螺母3的凸起31都可采用现有紧固件的加工工艺生产，生产加工便捷。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为套筒垫圈2在图1位置的俯视图；

图3为套筒垫圈2在图1位置的右视图。

附图标记说明：螺栓1、凸台11、套筒垫圈2、V型槽21、引裂槽22、凹槽23、法兰螺母3和凸起31。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细地说明。图1为本发明的主视图，包含螺栓1、套筒垫圈2和法兰螺母3。

所述螺栓1包含头部和螺杆；所述头部为带有法兰盘的六角柱形结构；所述螺杆为圆柱形杆件，在左端面与头部刚性连接，在左部的外表面上带有轴向凸台11，在右部的外圆柱面上带有外螺纹。所述螺栓1优选普通碳素结构钢，经过冷锻和搓丝加工成形。所述凸台11在冷锻的过程中同时成形。

图2为套筒垫圈2在图1位置的俯视图；所述套筒垫圈2包含套筒和垫圈。所述套筒为圆筒形结构，在左部带有外圆锥面，在左端带有轴向V型槽21，在V型槽21的右端带有引裂槽22，优选中碳钢管材经过冲压和切削加工成形。

图3为套筒垫圈2在图1位置的右视图，表达了套筒垫圈2的垫圈在右端面的结构特征。所述套筒垫圈2的垫圈为圆圈形片状结构，在左端面为平面，在右端面的外侧带有内凹圆弧面，在右端面的内侧带有圆环形平面，在所述内凹圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凹槽23，优选中碳钢板材经过冲压加工成形。所述垫圈在左端面内沿与套筒右端面的刚性连接，优选焊接加工。

所述法兰螺母3为带有法兰盘的六角柱形结构，在中心带有轴向通孔，优选普通碳素结构钢，经过冷锻加工成形。所述轴向通孔在内表面带有的内螺纹优选攻丝机进行攻丝加工。所述法兰螺母3的法兰盘为圆盘形结构，在左端面的外侧带有外凸圆弧面，在左端面的内侧带有圆环形平面，在所述外凸圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凸起31。所述凸起31优选在冷锻加工过程中同时成形。

上述实施仅仅是本发明的优选实施方式，不构成对本发明的限制。在满足本发明的结构和性能要求条件下，改变材料和制造工艺，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，包含螺栓（1）、套筒垫圈（2）和法兰螺母（3），所述螺栓（1）包含头部和螺杆，所述螺栓（1）的头部通过平面与被连接件抵接，其特征在于：所述螺栓（1）穿过一个套筒垫圈（2），与一个法兰螺母（3）配合，可紧固连接带有沉孔、脆性易碎和薄壁中空的被连接件，并确保防松和止退作用可靠，无防松间隙；

所述套筒垫圈（2）通过平面与被连接件抵接，可保护被连接件的表面；

所述螺栓（1）的螺杆在左部的外表面上带有轴向凸台（11），在右部的外表面上带有外螺纹，并通过所述外螺纹与法兰螺母（3）配合，以紧固连接被连接件；

所述套筒垫圈（2）包含套筒和垫圈；

所述套筒在右端与垫圈刚性连接，在左端带有轴向V型槽（21），在所述V型槽（21）的右端带有引裂槽（22），引导套筒垫圈（2）卡入螺栓（1）的凸台（11），便于撑裂套筒，并使得螺栓（1）的凸台（11）与套筒垫圈（2）过盈配合，确保套筒垫圈（2）相对螺栓（1）止动可靠；

所述垫圈在右端面的外侧带有内凹圆弧面，在所述内凹圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凹槽（23）；

所述法兰螺母（3）在左端带有圆盘形的法兰盘；

所述法兰螺母（3）的法兰盘在左端面的外侧带有外凸圆弧面，在所述外凸圆弧面上带有沿着圆周均匀分布的径向凸起（31），并通过所述凸起（31）与套筒垫圈（2）的凹槽（23）配合，无配合间隙，确保法兰螺母（3）相对套筒垫圈（2）止动可靠，无防松间隙。

2.按照权利要求1所述的一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，其特征在于：所述螺栓（1）的头部为带有法兰盘的六角柱形结构；

所述螺栓（1）的法兰盘为圆盘形结构，与被连接件接触的端面为平面，可保护被连接件的表面；

所述螺栓（1）的螺杆为圆柱形杆件，在左端面与头部刚性连接；

所述凸台（11）沿着轴向伸展，外侧薄，内侧厚，可挤压并撑裂套筒垫圈（2）。

3.按照权利要求1所述的一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，其特征在于：所述套筒为圆筒形结构，在左部带有外圆锥面，便于穿入螺栓（1）的螺杆，避免卡顿；

所述V型槽（21）开始于套筒的左端，贯穿筒壁，轴向伸展，左端宽，右端窄，便于引导套筒垫圈（2）卡入螺栓（1）的凸台（11）；

所述引裂槽（22）轴向伸展，不贯穿筒壁，在左端与V型槽（21）的右端连接，以引导螺栓（1）的凸台（11）挤压引裂槽（22），引起V型槽（21）在底部撑裂，并与螺栓（1）的凸台（11）过盈配合，确保套筒垫圈（2）相对螺栓（1）止动可靠，无防松间隙。

4.按照权利要求1或3所述的一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，其特征在于：所述垫圈为圆圈形片状结构，在左端面内沿与套筒的右端面刚性连接，在左端面为平面，并通过左端面与被连接件卡接，可保护被连接件的表面；

所述垫圈在右端面的内侧带有圆环形平面；

所述凹槽（23）位于垫圈右端面的外侧，沿着径向伸展，内侧浅而窄，外侧深而宽。

5.按照权利要求1所述的一种带有单螺母的防松止退螺栓组件，其特征在于：所述法兰螺母（3）为带有法兰盘的六角柱形结构，在中心带有轴向通孔；

所述轴向通孔带有内螺纹，通过所述内螺纹与螺栓（1）在螺杆上的外螺纹配合，以紧固连接被连接件；

所述法兰螺母（3）的法兰盘在左端面的内侧带有圆环形平面；

所述法兰螺母（3）的圆环形平面与套筒垫圈（2）的圆环形平面贴合并压紧，使得螺栓（1）产生轴向预紧力，以紧固被连接件；

所述凸起（31）位于法兰螺母（3）在法兰盘左端面的外侧，沿着径向伸展，内侧低而窄，外侧高而宽。

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