CN110725848A - 斜契防松螺母对及制造工艺、安装方法 - Google Patents

Abstract

斜契防松螺母对及制造工艺、安装方法；属于机械领域.本发明的螺栓、螺母及是斜契螺母或斜契螺栓；斜契螺母特点：在螺母的一个端面加工有间隔排布的轴向凸出区域及凹陷区域；而且凸出区域及凹陷区域数量相等，该凸出区域及凹陷区域的表面是螺旋面或柱面；具有该特征的螺母成对使用，使用时凸出区域触及凹陷区域；斜契防松螺母对正旋锁紧斜契螺母对及逆旋锁紧斜契螺母对；制造工艺采用了同步攻丝工艺，安装时采用了采用贴紧旋入法；可以广泛适用于各种对紧固安全性加高要求的领域中。

Description

斜契防松螺母对及制造工艺、安装方法

[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创始人若林克彥自己设计研发的，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。若林克彥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，凹状螺母在上方后装。凸状螺母制造时采用的偏心加工，凹状螺母是正常的中心圆形加工，当两个凸凹螺母拧在一起，就像螺母中插入楔子一样，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，中国 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。

通用螺母的成形工艺也是本发明的背景技术部分:已有的工艺流程为：作业流程：1、切断：由剪刀模与剪刀配合，将线材切成所需胚料。2、一冲：由前冲模、冲程模、后冲棒配合，将变形不平的切断坯料加以整形，并由后冲棒将坯料推出。3、二冲：翻转夹将坯料从一冲夹至二冲，更进一步将坯料整形，并加强第一冲的压平与饱角作用，之后由后冲棒将坯料推出。4、三冲：翻转夹将坯料从二冲夹至三冲，由前冲模、冲程模、后冲棒配合，再次将坯料进行挤压，以使下冲能完全成形，之后由后冲棒将坯料推出。5、四冲：翻转夹将坯料从三冲夹至四冲，由前冲模、冲程模、后冲棒配合，将螺帽完全成形，并且以控制铁屑的厚度来调整螺母的厚度，之后由后冲棒将坯料推出。6、五冲：翻转夹将坯料从四冲夹至五冲，由前冲模、脱料盘配合，将完全成型的坯料进行冲孔，并使冲断的铁屑进入打孔模下仁，而最终完成螺母的成型。螺母的头部标记也在此过程形成。7、攻牙：攻牙即是将已成型的螺母，利用丝攻攻丝，形成所需螺纹。螺母的生产流程：1、8级以下螺母a、盘元→酸洗→抽线→成型→攻牙→表面处理→包装b、热镀锌：盘元→酸洗→抽线→成型→热镀锌→攻牙→包装2、8级螺母盘元→退火→盘元→酸洗→抽线→成型→攻牙→表面处理→包装3、公制10、12级，英制五级以上螺母盘元→退火→盘元→酸洗→抽线→成型→攻牙→热处理→表面处理→包装。

[发明内容]

本发明的目的：巧妙的利用斜契工作原理，及运动缓冲构造制造防松螺母对；利用螺母套件同步攻丝工艺的简化生产环节。如果要松动螺栓就要付出更大的能量，来克服组件之间的巨大摩擦及冲破接触区域的弹性形变。

本发明是通过以下技术方案来实现上述目的:

本发明包括：斜契螺母对、制作斜契螺母对的同步攻丝工艺及在使用螺母对过程的贴紧旋入法。

斜契螺母特点：在螺母的一个端面加工有间隔排布的轴向凸出区域及凹陷区域；而且凸出区域及凹陷区域数量相等，其中N代表端面所加工的轴向凸出区域及轴向凹陷区域的对数数值，就是如果端面加工有3个凸出区域及3个凹陷区域的话，N值就取3；如果端面加工有5个凸出区域及5个凹陷区域的话，N 值就取3，以此类推；凸出区域与凹陷区域的顶部是使用螺旋面进行连接，所谓螺旋面进是能满足被截取出螺旋线特征：当以与螺母同轴的柱面去截该螺旋面时能获得螺旋线，不同直径的柱面会截得不同的螺旋线，将所获得的螺旋线延续就获得了环绕柱面的多圈的螺旋线，无论所选取的柱面的直径多大，所获得螺旋线(延续)的螺距都是相同或接近的；：凸出区域表面的柱面形状是，该柱面的轴线指向螺母轴心并且垂直于螺母轴线的曲面。斜契螺母的凸出区域、凹陷区域的螺旋面的相对大小决定其相互对扣靠紧时的接触面积，在相对靠紧时螺旋面的凸出区域与凹陷区域彼此接触，接触面积取决于凸出区域面积的大小，减少凸出区域的螺旋面的大小就可减少接触面积；除了上述面接触情况外，如获得线接触，凸出区域的顶面已不再是螺旋面了，而是柱面，理论上与凹陷区域的螺旋面接触的凸出区域已经是线接触了；斜契螺母在松动的缓冲方面也是不易松动的原理之一，尤其是一个斜契螺母的局部螺旋面与另一个斜契螺母的连续螺旋面的搭配组合，当局部螺旋面锁紧停留在连续螺旋面中的与螺母自身螺距相等的那一段中部区域时，螺母对之间的少量相对转动将不会引起预紧摩擦力的减少。如以螺母自身螺距为基准，分为2种：正旋锁紧斜契螺母对及逆旋锁紧斜契螺母对。

正旋锁紧斜契螺母对：其凸出区域、凹陷区域的所截取得螺旋线螺距小于等于螺母螺距，大于螺母螺距的20分之一；使用时先将斜契螺母对的一个旋入螺栓旋紧，再将另一个旋进螺栓，靠紧预紧力矩。

正旋锁紧斜契螺母对的防松原理：由于螺旋面的螺线螺距小于螺母螺距，当2个斜契螺母沿着螺栓旋转接近时，2个斜契螺母的螺旋面之间的靠近速率要小于不同螺母端面之间的靠近速率。根据虚功原理的机械传动系统的反比位移力度原则表明：在同样的相对锁紧2个斜契螺母的情况下，将在斜契螺母的螺旋面之间产生大于普通螺母的端面的接触压力，理论上的压力增加，等于斜契螺母的螺母自身螺距与螺旋面对应螺旋线螺距比值，也就是当螺旋面对应螺旋线与螺母自身螺距比是1/3时，螺旋面之间的结合力将是普通螺母的3倍。

逆旋锁紧斜契螺母对：其凸出区域、凹陷区域的所截取得螺旋线螺距大于等于螺母螺距，小于螺母螺距的10倍；使用时采用贴紧旋入法：预先将斜契螺母对的2个螺旋面靠紧，且一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凹陷的螺旋面部位，同时将旋入螺丝杆中，并拧紧斜契螺母对，然后抵住紧贴在物件上的前面的斜契螺母，反向(放松的方向)旋动后面的斜契螺母，靠紧预紧力矩。

逆旋锁紧斜契螺母对的防松原理：当保持前面的斜契螺母不动时，反向放松后面的斜契螺母，由于2个相对的螺旋面的螺线螺距大于螺母螺距，2 个相对的螺旋面之间的远离(靠螺母自身螺距的原理速率)速率要小于不同螺母螺旋面之间的靠近速率。根据虚功原理的机械传动系统的反比位移力度原则表明：在同样的相对锁紧2个斜契螺母的情况下，将在斜契螺母的螺旋面之间产生大于普通螺母的端面的接触压力，理论上的压力增加，等于斜契螺母的螺母自身螺距与螺旋面对应螺旋线螺距比值，也就是当螺旋面对应螺旋线与螺母自身螺距比是3时，螺旋面之间的结合力将是普通螺母端面所获得的结合力的3倍，一样的预紧力矩就能获得大得多的内部接触力，而导致更大的抗松摩擦力。

斜契螺母对的同步攻丝工艺：是在螺母的生产流程中将普通流程中的攻丝流程变为同步攻丝工艺：8级以下螺母生产流程：盘元→酸洗→抽线→成型→攻丝→表面处理→包装；8级螺母生产流程：盘元→退火→盘元→酸洗→抽线→成型→攻丝→表面处理→包装；公制10、12级生产流程：盘元→退火→盘元→酸洗→抽线→成型→攻丝→热处理→表面处理→包装；所谓同步攻丝工艺指的是：先将未攻丝的斜契螺母对的2个螺旋面靠紧：对于正旋锁紧斜契螺母对来说是一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位；而对于逆旋锁紧斜契螺母对来说是一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凹陷的螺旋面部位，使用工装夹钳同时夹紧2个螺母，使得2个斜契螺母的相对位置保持不变，使用丝锥进行同步攻丝，使得2个有连续一贯的丝系统，在保持当前相对位置的前提下，丝能旋入2部分的丝孔。

本发明的有益效果在于:配合使用将具有更加牢固的防松动效果；生产工艺简单，在稳定整体防松摩擦力矩的前提下，六角斜契螺母相对转动固定角度，停留在六角面互相对齐的状态，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正旋锁紧斜契螺母构造示意图。

图2正旋锁紧斜契螺母对使用示意图。

图3正旋锁紧斜契螺母对的锁紧状态示意图。

图4逆旋锁紧斜契螺母对的同步攻丝工艺示意图。

图5逆旋锁紧斜契防松螺母锁紧方式示意图。

图6逆旋锁紧斜契螺母对同步旋进螺丝杆示意图。

标号说明：

(1)螺母自身螺线角

(2)螺旋面对应螺线角

(3)螺旋面的最凸出点

(4)螺旋面的最凹陷点

(5)螺旋面

(6)螺母螺纹底部

(7)螺栓螺纹顶部

(8)用于互相接触的螺旋面区域

(9)斜契螺母1

(10)斜契螺母2

(11)局部螺旋面

(12)轴线

(13)凸出区域1

(14)凸出区域2

(15)夹紧夹具

(16)丝锥

(17)凹陷区域1

(18)凹陷区域2

(19)局部剖面

(20)连续螺旋面

(21)旋转箭头

[实施例证]

如图1、图2所示：

当螺母自身螺线角(1)(准确的讲：螺距)大于螺旋面对应螺线角 (2)时，螺旋面(5)所对应的螺旋线的螺距将大于螺母自身的螺距；用光滑螺旋面连接螺旋面的最凸出点(3)与螺旋面的最凹陷点(4)得到2段螺旋面；剖面处表达了，螺母螺纹底部(6)及螺栓螺纹顶部(7)。

如图3所示：

斜契螺母1(9)与斜契螺母2(10)的典型配合使用，螺旋面(5)所紧紧接触，强大的压力使得螺母不易松动；螺帽(8)的底部也可以被加工成斜契螺栓底部(11)。(12)为轴线。

如图4所示：

是逆旋锁紧斜契螺母对的同步攻丝工艺：先将未攻丝的斜契螺母对的凸出区域1(13)、凸出区域2(14)的2个螺旋面靠紧凹陷区域1(17)及凹陷区域2(18)(而对于正旋锁紧斜契螺母对来说是一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位)；使用工装夹紧夹具(15) 同时夹紧2个螺母，使得2个斜契螺母的相对位置保持不变，使用丝锥(16)进行同轴、通步攻丝，使得2个有连续一贯的丝系统，在保持当前相对位置的前提下，丝能旋入2部分的丝孔，为了能看清细节，部分构造剖掉，如局部剖面(19)。

如图5所示：

当保持前面的逆旋锁紧斜契螺母不动时，旋转箭头(21)所示的反向放松后面的逆旋锁紧斜契螺母，由于2个相对的螺旋面凸出区域1(13)及凸出区域2(14)以及所接触的凹螺旋面的螺线螺距大于螺母螺距，2个相对的螺旋面之间的远离(靠螺母自身螺距的原理速率)速率要小于不同螺母螺旋面之间的靠近速率。根据虚功原理的机械传动系统的反比位移力度原则表明：在同样的相对锁紧2个斜契螺母的情况下，将在斜契螺母的螺旋面之间产生大于普通螺母的端面的接触压力，理论上的压力增加，等于斜契螺母的螺母自身螺距与螺旋面对应螺旋线螺距比值，也就是当螺旋面对应螺旋线与螺母自身螺距比是3时，螺旋面之间的结合力将是普通螺母端面所获得的结合力的3倍，一样的预紧力矩就能获得大得多的内部接触力，而导致更大的抗松摩擦力，(12)为轴线。

如图6所示：

逆旋锁紧斜契螺母对同步旋进螺丝杆，斜契螺母1(9)与斜契螺母 2(10)的螺旋面的最凸出点(3)及螺旋面的最凹陷点(4)抵到对面螺母的最凹处的螺旋面(5)处，由于是采用同步攻丝工艺加工的螺母对，因而能在保持该状态下同时旋入螺栓。注：图6与图3的本质差别在于，螺旋面的螺距大于螺母自身螺距。

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 (6)

1.斜契防松螺母对；结构包括相互靠紧的螺母对；其特征就在于:螺母对及中的每一个螺母是斜契螺母：就是在普通螺母的一个端面加工有间隔排布的轴向凸出区域及凹陷区域；而且凸出区域及凹陷区域数量相等；该凸出区域及凹陷区域的表面是螺旋面或柱面；具有该特征的螺母成对使用，使用时凸出区域触及凹陷区域；斜契防松螺母对正旋锁紧斜契螺母对及逆旋锁紧斜契螺母对。

2.斜契防松螺母对的制造工艺；包括以下流程：其中，8级以下螺母生产流程：盘元、酸洗、抽线、成型、攻丝、表面处理、包装；8级螺母生产流程：盘元、退火、盘元、酸洗、抽线、成型、攻丝、表面处理、包装；公制10、12级生产流程：盘元、退火、盘元、酸洗、抽线、成型、攻丝、热处理、表面处理、包装；其特征就在于，所述的攻丝工艺为：同步攻丝工艺指的是先将未攻丝的斜契螺母对的2个螺旋面靠紧：对于正旋锁紧斜契螺母对来说是一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位；而对于逆旋锁紧斜契螺母对来说是一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凹陷的螺旋面部位，使用工装夹钳同时夹紧2个螺母，使得2个斜契螺母的相对位置保持不变，使用丝锥进行同步攻丝，使得2个有连续一贯的丝系统，在保持当前相对位置的前提下，丝能旋入2部分的丝孔。

3.斜契防松螺母对的安装方法；包括：螺母对旋入螺栓及靠紧预紧力矩，其特征就在于:安装时采用贴紧旋入法：就是预先将斜契螺母对的2个螺旋面靠紧，且一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凹陷的螺旋面部位，同时将旋入螺丝杆中，并拧紧斜契螺母对，然后抵住紧贴在物件上的前面的斜契螺母，反向旋动后面的斜契螺母，靠紧预紧力矩。

4.根据权利要求1斜契防松螺母对，其特征就在于:所述的正旋锁紧斜契螺母对的凸出区域、凹陷区域的所截取得螺旋线螺距小于等于螺母螺距，大于螺母螺距的20分之一；使用时先将斜契螺母对的一个旋入螺栓旋紧，再将另一个旋进螺栓，靠紧预紧力矩。

5.根据权利要求1斜契防松螺母对，其特征就在于:所述的逆旋锁紧斜契螺母对：其凸出区域、凹陷区域的所截取得螺旋线螺距大于等于螺母螺距，小于螺母螺距的10倍；使用时采用贴紧旋入法：预先将斜契螺母对的2个螺旋面靠紧，且一个斜契螺母的最凸出的螺旋面部位抵在另一个斜契螺母的最凹陷的螺旋面部位，同时将旋入螺丝杆中，并拧紧斜契螺母对，然后抵住紧贴在物件上的前面的斜契螺母，反向旋动后面的斜契螺母，靠紧预紧力矩。

6.根据权利要求1斜契防松螺母对，其特征就在于:所述的凸出区域及凹陷区域的表面是螺旋面或柱面指的是：所谓螺旋面进是能满足被截取出螺旋线特征：当以与螺母同轴的柱面去截该螺旋面时能获得螺旋线，不同直径的柱面会截得不同的螺旋线，将所获得的螺旋线延续就获得了环绕柱面的多圈的螺旋线，无论所选取的柱面的直径多大，所获得螺旋线(延续)的螺距都是相同或接近的；柱面指的是：凸出区域表面的柱面形状是，该柱面的轴线指向螺母轴心并且垂直于螺母轴线的曲面。

Images