CN110714974A - 间隔桶面自紧螺母 - Google Patents

Abstract

间隔桶面自紧螺母，属于机械领域.结构包括间隔锥面螺母对，或间隔桶面螺母与非圆端环组成，其特征就在于：间隔锥面螺母对包括外锥面螺母及内锥面螺母，周向隔断将外外锥面螺母的锥面分隔成多段，螺纹(4)、螺纹(5)是同一规格的螺纹，间隔桶面螺母的桶面是锥面或柱面，被周向隔断(12)隔断开，非圆端环的最小直径处的端环内凸位置的所处直径小于间隔桶面螺母的桶面的一些部位的直径，而桶面的最大直径处的直径小于非圆端环的较大直径处的直径；非圆端环的内柱面上加工的环形凹槽与桶面开口端的内柱面加工的环形凸起相配合而产生相互的轴向约束，且可相互轴向转动；可以广泛适用于各种对紧固安全性加高要求的领域中。

Description

间隔桶面自紧螺母

[技术领域]

本发明属于机械技术领域，确切的讲是利用斜契原理的防松动螺栓及螺母。

[背景技术]

螺母、螺栓之间的防松往往是由弹簧垫、双叫紧螺母、顶丝及劈销钉等常规方式。但无外部器件的防松螺母是由Hard Lock创始人若林克彦自己设计研发的，第一个版本称为“U螺母”，使用板簧卡住螺丝钉螺纹的方法，让螺母保持牢固，不会松动。但是第一代产品有些小问题，就是装配在挖掘机和打桩机上的U螺母，因为震动太大而出现了松动的现象。若林克彦又设计了他的第二代产品，现在市面上都是第二代产品(即哈德洛克螺母)。

哈德洛克螺母防松动原理：首先这种螺母是成对配套使用的，分为凹状螺母和凸状螺母，安装时注意顺序，凸状螺母在下方先装，凸状螺母制造时采用的偏心锥面加工，凹状螺母在上方后装，凹状螺母是非偏心的锥面加工，当两个凸凹螺母拧在一起，凸状螺母偏心锥面的外侧与凹状螺母非偏心的锥面的局部实现紧配合，就像螺母中插入楔子一样，摩擦力矩极大，从而实现了防松动的效果。Hard Lock螺母成功后，市面上出现大量Hard Lock螺母仿造品。公司创始人若林克彦却在公司网站上发布了Hard Lock螺母的设计图纸，并仔细讲解了Hard Lock螺母的原理和制作过程。虽然模仿者很多，但成功者几乎没有，这就是技术的关键。原因在于发明这样结构的螺母不难，难的是需要在使用中不断地改进。从这家公司的设立到日本最大铁路公司的全面使用，公司创始人用了近20年的时间。这20年中他们不断的技术改进，才使HardLock螺母成了世界上唯一绝不松动的螺母。

哈德洛克公司在其官网上特别注明：本公司常年积累的独特技术和诀窍，对不同尺寸和材质有不同的对应偏心量，这是Hard Lock螺母无法被模仿的关键所在。(写到这里想到前几天写的一篇文章，制造真空蒸镀机的日本Canon Tokki公司，也仅仅300人却垄断市场)。Hard Lock螺母不仅在日本，甚至在全世界得到广泛应用，Hard Lock螺母已被澳洲、英国、波兰、中国、韩国的铁路所采用，台湾新干线自从采用Hard Lock螺母也保持运行以来无人身事故的纪录。除铁路以外，日本的世界最长吊桥“明石海峡大桥”、世界最高的自立式电波塔“东京晴空塔”、美国的太空梭发射台、海洋钻探机等国內外许多国家和地区，都采用了Hard Lock螺母。

除了Hard Lock螺母，再介绍三款防松动的零件。

第一种是瑞典马尔默公司设计开发的-洛帝牢X系列防松垫圈，利用一个独特的多功能设计，以提供最高的安全性。新的夹芯复合材料技术，结合洛帝牢楔形效果解决方案(阻止自发松动)和一个特别的弹性效果(用于弥补因为松弛造成的预紧力损失)，可让连接元件可抵挡住自发螺栓松动和松弛，大大给予了额外的安全感。在铁轨上或铁轨附近，每当列车驶过就会引起抖动和振动。Nord-Lock X-系列防松垫圈将楔形制锁原理及弹性效应相结合，可有效地防止沉降和松弛引起的松脱。

第二种是中国唐氏螺栓，它兼容两种不同旋向的螺母，把右旋螺母的退松力直接转变成左旋螺母的拧紧力，将两个相对的力转化为相助相融。唐氏螺纹紧固件在联接时，使用两只不同旋向的螺母：工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧，然后再将锁紧螺母预紧。在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松动。

第三种是深圳自紧王科技研发的自紧螺母，它仅需一个螺母和一个垫圈就轻松解决所有问题(与洛帝牢X系列防松垫圈出于同一原理)，在用材、工艺、精密度要求上全无顾忌，高中低螺丝螺母皆能生产。中国自锁螺母原理：利用螺母和垫片之间的螺旋面吻合结构，实现了自紧力理论的运用，并以特定的抬升角，完全达到防松脱的作用，使其只能拧紧不能松脱，而要松开螺母必须拧转垫片才能实现。中国自紧螺母因端面设计成多截螺旋面支撑结构，不仅增加了联结副的稳定性，同时也彻底终止了螺母拧紧后应力大多集中在第一、二个齿牙上的传统紧固件的缺失，从而使应力均匀分布，不但大大提升了螺母和螺杆的承载力，而且也降低了内外螺纹的损伤程度。

已有的斜契工作原理也是本发明的背景技术部分：斜契原理的重要组成部分是斜面：斜面是简斜面单机械的一种，可用于克服垂直提升重力G的困难。利用斜面将物体提升到一定高度时，力的作用距离和力的大小都取决于斜面的倾角。物体与斜面间摩擦力f很小时，可达到很高的效率。

斜面设计：同一水平面成向上倾斜角度的平面。沿垂线向上举物体费力，若把物体放在斜面上，沿斜面往上推或拉就可以省力。设重量为W的物体放在升角为α的斜面AB上。当物体静止或做匀速直线运动时，若不考虑摩擦，则由静力学平衡条件可知重力W、沿斜面的拉力F和斜面的法向反力N构成一封闭力三角形F＝Wsinα。因F为输入力，W为输出力，所以斜面的机械益＝W/F＝1/sinα＝s/h。这就是斜面原理：输出力同输入力之比等于直角三角形ABC中的斜边同一直角边之比。因s＞h，所以斜面的机械效率小于1。盘山公路、物料运输机中的斜面传送带等就是斜面原理的具体应用。

斜面特点：斜面与平面的倾角越小，斜面较长，则省力，但费距离，机械效率低。斜面与平面的倾角越大，斜面较短，则费力，但省距离，机械效率高。以斜面装置拉动滑车至高处的施力，比直接吊起滑车至高处的施力要小，也就是说，斜面可以用较小的力将物体台至高处。斜面愈长或斜面高愈短即斜角愈小，则愈省力。

斜面的应用：日常生活中有很多事物应用斜面的原理而达到省力的目的，如楼梯、蜿蜒而上的山路等。若将两个斜面结合在一起，则形成一种称为楔(或称为劈)的简易机器。楔在切割并分裂东西非常有用。刀、斧及人类门牙均为楔的例子。

[发明内容]

本发明的目的：巧妙的利用周向隔断及斜契工作原理，及金属材料的微量的变形缓冲来制造防松螺母对，来改进日本的Hard Lock偏心螺母，降低螺母套件的生产成本。

本发明针对已有技术的不足：尤其是针对日本Hard Lock偏心螺母的缺陷进行改型，总体来看，日本Hard Lock偏心螺母堪称完美，可制造性、互换等都很好。但缺点在于：锥面形状的任何微小的尺寸偏差将带来摩擦锥面结合部位的面积及安装后的凸凹螺母对的靠近程度的较大差异，导致在同样的预紧力矩下的防松锁紧力矩的较大差异，这也就是为什么Hard Lock偏心螺母不易被仿制的原因之一！本发明在完善的继承日本的Hard Lock偏心螺母优点的基础上，大大放宽对加工精度的要求，取消偏心更改为正心，利用金属材料的塑性及弹性变形的性质来实现；所配合的接触面积不再随着加工精度的偏移而改变，所获得的防松脱力矩大大的增加了。

本发明是通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括：间隔锥面螺母对，或间隔桶面螺母与非圆端环组成。

间隔锥面螺母对包括：外锥面螺母及内锥面螺母。

周向隔断将外外锥面螺母的锥面分隔成多段，隔断实际上是将锥面(1)挖去一部分材料而形成周向隔断；螺纹(4)、螺纹(5)是同一规格的螺纹。

使用时将螺母对的螺母对相对面(3)相对摆放，螺母对的轴线(6)及轴线(7)重合，螺母对旋入螺栓中，当旋紧螺母对时，螺母对相对面之间的距离将越来越近时，外锥面螺母的外锥面与内锥面螺母的内锥面接触并挤压，迫使外锥面的周向隔断的宽度减小，外锥面螺母的端口处的外锥面的直径也减小，其螺纹紧紧地包裹在螺栓上，而形成巨大的接触压力，为大的抗松脱摩擦力的产生提供了先决条件。

外锥面螺母的锥角小于或等于内锥面螺母的锥角，这样有利于使内锥面压迫外锥面，迫使带有周向隔断将外锥面部分向轴心方向靠拢。

间隔桶面螺母与非圆端环组成螺母对包括：间隔桶面螺母与非圆端环。

间隔桶面螺母的桶面是锥面或柱面，被周向隔断(12)隔断开，非圆端环的最小直径处的端环内凸位置的所处直径小于间隔桶面螺母的桶面的一些部位的直径，而桶面的最大直径处的直径小于非圆端环的较大直径处的直径；这样非圆端环可以同轴穿入间隔桶面螺母的桶面处。

当将间隔桶面螺母与非圆端环之间施加绕轴的相对转动力矩时，由于非圆端环的端环内凸的直径小于桶面的最大直径，这样当端环内凸接触桶面的最大直径处时，将产生对桶面的挤压力，桶面的开口处的螺纹将紧紧压在螺栓的螺纹上，达到摩擦紧固的目的。

要使得使用前间隔桶面螺母与非圆端环之间就是连接在一起，就可以在端环的内柱面上加工环形凹槽，与桶面开口端的内柱面的环形凸起相配合而产生相互的轴向约束，且可相互轴向转动；这样在桶面弹力的作用下，桶面的豁口间隙就被减小，尤其的开口处的直径就要减少；间隔桶面螺母与非圆端环之间被轴向压合在一起，环形凸起嵌入环形凹槽中，限制了其相互的轴向运动而不限制其相互轴向转动，这样在使用前间隔桶面螺母与非圆端环之间就是连接在一起的，带来使用的方便性。该凸凹构造可以不被使用，其表述方式：环形凹槽深度与环形凸起的高度大于等于零，小于螺母的半径。

本发明的有益效果在于：在稳定整体防松摩擦力矩的前提下，具有更加牢固的防松动效果，且生产工艺简单，六角面可以互相对齐，美观大方。

[附图说明]

以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明：

图1间隔锥面螺母对构造示意图。

图2间隔锥面螺母对使用状态示意图。

图3间隔桶面螺母与非圆端环示意图。

标号说明：

(1)锥面

(2)周向隔断

(3)螺母对相对面

(4)螺纹

(5)螺纹

(6)轴线

(7)轴线

(8)螺栓

(9)外锥面螺母

(10)内锥面螺母

(11)非圆端环

(12)周向隔断

(13)端环内凸

(14)间隔桶面螺母

(15)桶面

(16)轴

[实施例证]

如图1、图2所示：

间隔锥面螺母对包括：外锥面螺母(9)及内锥面螺母(10)，周向隔断(2)将锥面(1)分成多段，是将锥面(1)挖去一部分材料，形成周向隔断；螺纹(4)、螺纹(5)是同一规格的螺纹。

使用时将螺母对的螺母对相对面(3)相对，螺栓(8)约束着螺母对的轴线(6)及轴线(7)重合。

当借助于螺栓(8)旋紧螺母对时，由于存在共同的轴(16)，螺母对相对面(3)的距离将越来越近，外锥面螺母(9)的外锥面与内锥面螺母(10)的内锥面接触并挤压，迫使外锥面的周向隔断(2)的宽度减小，外锥面螺母(9)的外锥面的直径也减小，其螺纹紧紧地包裹在螺栓(8)上，形成巨大的摩擦力，减小松脱的可能性。

如图3所示：

间隔桶面螺母(14)的构造与图1基本类似，桶面(15)是锥面或柱面，被较宽的周向隔断(12)隔断开，非圆端环(11)的最小直径处的端环内凸(13)位置的所处直径小于间隔桶面螺母(14)的一些部位的直径，而桶面(15)的最大直径处的直径小于非圆端环(11)的较大直径处的直径；这样非圆端环(11)可以同轴穿入间隔桶面螺母(14)的桶面(15)处。

当将间隔桶面螺母(14)与非圆端环(11)之间施加绕轴(16)的相对转动力矩时，由于非圆端环(11)的端环内凸(13)的直径小于桶面(15)的最大直径，这样当端环内凸(13)接触桶面(15)的最大直径时，将产生挤压力，2着都将产生形变，桶面(15)的螺纹将紧紧压在螺栓的螺纹上，达到摩擦紧固的目的。

轴(16)是间隔桶面螺母(14)与非圆端环(11)的共同轴线。

本发明不局限于上述最佳实施方式：

任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。比如将斜契螺母的螺旋面局限在内环区域，外部可以加工有少许高度的围环状的凸墙，当螺旋面结合接触后，环状的凸墙可以遮挡螺旋面，美观大方。

Claims (2)

1.间隔桶面自紧螺母，结构包括间隔锥面螺母对，或间隔桶面螺母与非圆端环组成，其特征就在于：间隔锥面螺母对包括外锥面螺母及内锥面螺母，周向隔断将外外锥面螺母的锥面分隔成多段，螺纹(4)、螺纹(5)是同一规格的螺纹，外锥面螺母的锥角小于或等于内锥面螺母的锥角；间隔桶面螺母与非圆端环组成螺母对包括间隔桶面螺母与非圆端环：间隔桶面螺母的桶面是锥面或柱面，被周向隔断(12)隔断开，非圆端环的最小直径处的端环内凸位置的所处直径小于间隔桶面螺母的桶面的一些部位的直径，而桶面的最大直径处的直径小于非圆端环的较大直径处的直径。

2.根据权利要求1间隔桶面自紧螺母所述的非圆端环，其特征就在于：非圆端环的内柱面上加工的环形凹槽与桶面开口端的内柱面加工的环形凸起相配合而产生相互的轴向约束，且可相互轴向转动；环形凹槽深度与环形凸起的高度大于等于零，小于螺母的半径。

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