CN111456998A - 防松动的连接螺栓 - Google Patents
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Abstract
防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件相连的螺栓与螺母，螺母与结合面零件的结合端面处设有至少一处V型凹槽；在螺母与结合面零件之间设有金属止动弹片；金属止动弹片与结合面零件相接触的一侧设有止动凸台；结合面零件上设有与止动凸台相配合的凹槽；金属止动弹片与螺母相接触的一侧设有止动片；当螺母紧固后，并在适当的位置时，金属止动弹片会在弹力的作用下与螺母上的V型凹槽相啮合，从而起到防松止动的作用；具有结构合理可行，防松效果可靠，适用范围广泛，制造容易，安装方便，可重复拆卸使用，使用寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明属于螺栓防松动技术领域，具体涉及防松动的连接螺栓。
背景技术
螺纹的发明与应用至今至少有着几百年的历史，说起螺栓，几乎无人不晓。因为螺栓已经走进了千家万户，并且与我们的生活息息相关。大到飞机、轮船，火车，汽车，小到手机、手表，玩具几乎都有螺栓的用武之地。它虽然小但是作用不容忽视，举足轻重，类似这样的例子数不胜数。据有关资料介绍，2007年8月20日，“华航”一架波音737-800型客机在冲绳那霸机场着陆后起火爆炸。调查结果称，起火系由一颗松动的螺丝刺穿油箱而致，并发生了强烈爆炸，机身被烧焦断裂。所幸的是，机上165 名乘客和机组人员全部安全撤离。
众所周知，我国中高速电气化铁路尤其是高铁技术取得了举世瞩目的成就，我国幅员辽阔，人口众多，分布十分广泛，而交通的建设关乎着国计民生，只有交通便利，人们的出行才会方便，资源才能流动进行合理配置，经济才能发展起来。其中在铁路建设领域就使用了不计其数的螺栓连接方式，为此也投入了大量的人力、物力、用于螺栓的维护，主要是防止螺栓松动带来的危害。
随着人们生活条件的不断提升，汽车走进了我们的日常生活，同时带来了全球汽车工业的蓬勃发展，在汽车的日常维修和保养过程中，检查螺栓是否松动也是一项至关重要和必不可少的工作，只有保证螺栓的可靠连接，才能为人们的出行提供安全和保障。
在工业生产运行过程中，最令人头疼的问题就是工厂设备突发故障。而每一个设备器件都是不可忽视的关键因素，所谓“千里之堤，溃于蚁穴”说的就是这个道理。例如：螺栓，它个头虽小，脾气却很火爆。一旦发生松动，轻致意外停机，重则造成大祸。2017年11月6日18时35分，深圳市威宏志五金制品有限公司一名女工，被旁边突然倾倒的另一台冲床砸倒，经抢救无效死亡，原因是倒塌的冲床机底座上没有安装地脚螺栓，侧面应有2 颗螺栓却只装了1个，且在长期作业中发生松动，最终重心失衡导致倒塌。
由此可见，螺栓的防松措施在各个行业中都有着十分突出的地位。
现有的螺纹联接常用的防松方法(摘录自机械设计手册)：1)、弹簧垫圈防松，依靠弹簧垫圈在压平后产生的弹力及其切口尖角嵌入被联接件及紧固件支承面起防松作用。结构简单、成本低、使用简便GB/T 93、GB/T 859和GB/T 7244等传统使用的弹簧垫圈，由于弹力不均，也不十分可靠，多用于不甚重要的联接。对联接表面不允许划伤和经常拆卸的场合不宜选用。(参见图5)。2)、双螺母防松，两个螺母对顶拧紧，使螺栓在旋合段内受拉而螺母受压，构成螺纹联接副纵向压紧。该结简单、防松效果好、成本低、质量大，多用于低速重载或载荷平稳的场合。(参见图6)。3)、扣紧螺母防松，先用六角螺母紧固联接件，然后旋上GB/T 805—2000《扣紧螺母》(扣紧螺母的螺纹有缺口，用以锁紧)，并用手拧紧，再用扳手拧紧(约转过60°～90°)。松退扣紧螺母时，必须先拧紧六角螺母，使其与扣紧螺母之间产生间隙，然后才能拧下扣紧螺母，以免划伤螺栓螺纹该结构防松性能良好，但不宜用于频繁装卸的场合；国外在电力铁塔上使用效果十分良好，可几十年不松动。(参见图7)。4)、六角法兰面型式-无锁紧元件防松，GB/T5789～5790—2000等六角法兰面螺栓、GB/T6177～6177—2000 六角法兰面螺母,具有加大的支承面直径(dc大于2倍的螺纹直径),在一定的预紧力作用下,可获得足够的防松能力。如在其支承面上再制出齿纹,则防松能力成倍提高,又称为“三合一螺栓(母)”,即具有六角扳拧部分、加大d承面的功能,以及防松功能,三者合为一体,是当代最新型的六角扳拧紧固件的结构型式适用于高强度(8级及其以上)紧固件,在重要的联接场合,如发动机、锻压设备、摩托车产品中使用,但成本高，很容易损坏零件的支承面。(参见图8)。5)、非金属嵌件六角锁紧螺母防松，GB/T889～889.2—2000和 GB/T6182—2000锁紧螺母和GB/T6183.1～6183—2000非法兰面锁紧螺母锁紧部分是嵌装在螺母体上,没有内螺纹的尼龙圈。当外螺纹件拧入后,由于尼龙材料良好的弹性产生锁紧力,达到锁紧该类螺母由于尼龙熔点的限制,一般最高工作温度应小于120℃,以100℃以下为宜。如遇特殊需要,改换材料可达240℃由于尼龙属惰性物质,不受工业中常用化学产品的腐蚀,但受无机酸、弱酸与强碱的腐蚀。因此,不可在镀镍、镀锌等酸槽中浸泡,即装尼龙圈之前应先完成螺母体的电镀,而装入尼龙圈之后不可再进行电镀理论与实践表明，该种螺母经拧紧、松退400次以上时，其性能基本稳定。(参见图9)。 6)、弹性垫圈防松，除弹簧垫圈以外的弹性垫圈品种较多，已标准化了的如图所示。这些垫圈的共同特点是：弹力均匀、载荷偏心小、规格较小。由于薄片弹性元件对氢脆的敏感性，所以，表面处理时应倍加注意GB/T 860 鞍形弹性垫圈，GB/T 955波形弹性垫圈在一定的载荷条件下，弹性好，各种硬度的被联接件均可使用。工作中不会划伤被联接件表面，可用于经常拆卸的场合；常用于调整并紧固被联接件间的间隙的场合，以及低性能等级，如5.8级及其以下的联接GB/T 861.1、GB/T 862.1内、外齿锁紧垫圈，依靠齿被压平产生的弹力，以及齿嵌入被联接件和支承面产生的阻力起锁紧作用。(参见图10)。7)、全金属锁紧螺母防松，该类螺母品种繁多，也有不少专利产品，大体可分两类：一类为使螺纹局部变形而产生有效力矩，其中包括：压扁收口型(椭圆收口或四方收口或圆周收口)；点压(一点、两点或三点)；开槽收口或压扁(一条或多条，纵向或横向开槽)，GB/T 6184～ 6186—2000全金属六角锁紧螺母，GB/T 6183.1～6183.2—2000全金属六角法兰面锁紧螺母为此类标准产品。一类为嵌入金属弹性元件，增加摩擦阻力而产生有效力矩，该类螺母一般适用于高强度外螺纹的场合。(参见图11)。 8)、螺杆带孔、开槽螺母配开口销防松，适用于变载、振动场合的重要部位联接的防松，性能可靠。设计及装配不便。航空、汽车及拖拉机等行业普遍采用。但不适用于双头螺柱的防松方法。(参见图12)。9)、普通螺栓和螺母配开口销防松，装配时，拧紧螺母后配钻；开口销孔可参照GB/T 5278选用。适用于单件生产的重要联接，但不适用于高强度紧固件联接及双头螺柱。(参见图13)。10)、头部带孔螺栓穿金属丝防松，用低碳钢丝穿入成组的螺栓头部金属丝孔,可相互制约,防松可靠。安装时应注意钢丝走向。图示仅适用于右旋螺纹；也适用于双头螺柱的防松。金属丝孔可参照 GB/T5278确定。(参见图14)。11)、六角头螺栓或螺母配止动垫圈防松，一般用低碳钢制成的单耳(GB/T854或双耳(GB/T855)、或外舌(GB/T856)止动垫圈,将螺栓六角头或螺母锁定于被联接件上,防松可靠,但要求有一定的安装空间。如果是圆头螺栓，则无法采用该防松措施。(参见图15)。12)、使螺纹联接副局部材料产生塑性变形互相嵌入而防松，在螺杆末端冲单点或多点或铆死；在螺钉头部冲单点或多点,如图所示。防松性能一般。仅适用于低强度紧固件。(参见图16)。13)、借助粘接剂固定内外螺纹的相互位置防松，粘接旋合螺纹，方法简单、经济并有效。其防松性能与粘接剂直接相关，根据松退力矩和温度条件，以及可以拆卸或不可拆卸等要求，选用适当的粘接剂。(参见图17)。
由此可见，现有的螺纹联接常用的防松方法1～7为摩擦力锁紧防松，防松方法8～11为借助紧固件的附件固定紧固件与紧固件之间或紧固件与被联接件之间的相互位置的机械防松，依然在使用过程中存在不足之处。(紧固件的附件如开口销、止动垫圈、金属丝)。防松方法12～13为借助自身材料塑性变形互相嵌入，及其他粘结材料的应用达到防松的目的，依然在使用过程中存在不足之处，有一定的局限性。
另外网络上也介绍了多种国内、外先进的“永不松动的螺栓”其制造难度大，成本高。还有加装了特殊的垫片，用于增大摩擦阻力的方法进行防松，总言之，这些措施都是通过增大摩擦阻力的方法进行防松，其缺点是防松可靠性会变差，且不利于大量应用。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可靠的螺纹防松技术，具有结构合理可行，防松效果可靠，适用范围广泛，制造容易，安装方便，可重复拆卸使用，使用寿命长的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件相连的螺栓与螺母，其特征在于，螺母与结合面零件的结合端面处设有至少一处V型凹槽；在螺母与结合面零件之间设有金属止动弹片；金属止动弹片与结合面零件相接触的一侧设有止动凸台；结合面零件上设有与止动凸台相配合的凹槽；金属止动弹片与螺母相接触的一侧设有止动片。
所述的V型凹槽中心对称。
所述的螺母一端面设有V型凹槽。
所述的螺栓用螺钉代替，螺钉头部与结合面零件相接触的面上设有V型凹槽，V型凹槽与上的止动片相配配合；金属止动弹片设在螺钉头部与结合面零件之间，金属止动弹片通过其上的止动凸台与结合面零件上设置的凹槽相配合。
防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件3相连的螺栓1与螺母，其特征在于，螺栓本体的径向上顺螺栓轴线对称设有至少一处V型凹槽；螺母2 的螺纹侧设有金属止动弹片。
所述的金属止动弹片设置在螺母的螺纹侧。
防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件相连的螺栓与螺母，其特征在于，螺栓的端面设有V型凹槽；螺母的朝向螺栓的端面一侧设有金属止动弹片；螺母旋转确定位置后，金属止动弹片上的止动片与V型凹槽相啮合。
所述的金属止动弹片上的止动片7设置在螺母的螺纹侧。
防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件相连的螺栓，结合面零件与金属止动弹片的接触面通过凹槽、止动凸台的相配合来固定；金属止动弹片上的制动片与螺栓头部内侧面上的V型凹槽嵌套连接。
所述的螺栓可以采用螺钉代替。
本发明的有益效果是：
基本包含了机械类螺纹连接防松的基本形式，可供产品设计选用，会发挥出积极的作用。
与现有技术不同的是,本发明采用机械式止动防松原理替代了依靠摩擦力防松的形式。无疑使防松效果由不稳定改善到可靠防松。与此同时，使现有的机械防松的结构大幅度的改良，避免了现有结构的不足之处。
所述的金属止动弹片采用金属结构型，具有的优点1)材料性能稳定， 2)环境适应性强，3)使用寿命长，4)可靠性高；所述的V型凹槽，由于对螺栓强度影响甚微，可以忽略，并且易加工，对螺母的结构略做改变，将会维持螺栓连接原有的一切特型；所述的螺栓、螺母、金属止动弹片，具有结构简单紧凑，尺寸一致性强，可靠性强，易于实现批量生产等优点。
本发明所述的螺纹防松原理为类似棘轮、棘爪啮合式机械防松，不同于传统的依靠增大摩擦力的方法达到防松目的的原理。有效合理利用类似棘轮、棘爪的单向防逆转结构，有效防止了螺纹松动现象，由于结构紧凑，科学合理，利于应用，同时由于其卓越的机械性能完全可以替代现有的大部分螺纹防松结构，从而达到节省大量的生产资源，具有可观的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的实施例一的结构示意图。
图2(a)为本发明的实施例二的结构示意图。
图2(b)为本发明图2(a)的A-A向视图。
图2(c)为本发明图2(a)的螺栓结构示意图。
图2(d)本发明图2(c)右侧视图。
图3(a)为本发明的实施例三结构示意图。
图3(b)为本发明的图3(a)的A-A向视图。
图3(c)为本发明图3(a)中螺栓的结构示意图。
图3(d)为本发明图3(a)中的金属止动弹片的结构示意图。
图3(e)为本发明图3(c)的另一方向的示意图。
图4为本发明的实施例四的结构示意图。
图5为现有技术的弹簧垫圈防松结构示意图。
图6为现有技术的双螺母防松结构示意图。
图7为现有技术的扣紧螺母防松结构示意图。
图8为现有技术的六角法兰面型式-无锁紧元件防松结构示意图。
图9为现有技术的非金属嵌件六角锁紧螺母防松结构示意图。
图10为现有技术的弹性垫圈防松结构示意图。
图11为现有技术的全金属锁紧螺母防松结构示意图。
图12为现有技术的螺杆带孔、开槽螺母配开口销防松结构示意图。
图13为现有技术的普通螺栓和螺母配开口销防松结构示意图。
图14为现有技术的头部带孔螺栓穿金属丝防松结构示意图。
图15为现有技术的六角头螺栓或螺母配止动垫圈防松结构示意图。
图16为现有技术的使螺纹联接副局部材料产生塑性变形互相嵌入防松结构示意图。
图17为现有技术的借助粘接剂固定内外螺纹的相互位置防松结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例一，参见图1，防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件3相连的螺栓1与螺母2，其特征在于，螺母2与结合面零件3的结合端面处设有至少一处V型凹槽8；在螺母与结合面零件3之间的螺栓上还设有金属止动弹片 4；金属止动弹片4与结合面零件3相接触的一侧设有止动凸台5；结合面零件 3上设有与止动凸台5相配合的凹槽6；金属止动弹片4与螺母2相接触的一侧设有止动片7。
所述的V型凹槽8中心对称。中心对称指：V型槽的数量为二处及其以上数量时。所述的螺母2一端面设有V型凹槽8。
参见图4，所述的螺栓1用螺钉代替，螺钉头部与结合面零件3相接触的面上设有V型凹槽8，V型凹槽8与上的止动片7相配配合；金属止动弹片4设在螺钉头部与结合面零件3之间，金属止动弹片4通过其上的止动凸台5与结合面零件3上设置的凹槽6相配合。
实施例二，参见图2(a)～(d)，防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件3相连的螺栓1与螺母2，螺栓1本体的径向上顺螺栓轴线对称设有至少一处V型凹槽8；螺母2的螺纹侧设有金属止动弹片4。
所述的金属止动弹片4设置在螺母2的螺纹侧，说明：这个金属止动弹片4是一个单独的零件，设置在螺母2的螺纹侧的方式与GB889的尼龙圈的设置相同。
实施例三，参见图3(a)～(e)，防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件3相连的螺栓1与螺母2，螺栓1的端面设有V型凹槽8；螺母2的朝向螺栓1的端面一侧设有金属止动弹片4；螺母1旋转确定位置后，金属止动弹片 4上的止动片7与V型凹槽8相啮合。
所述的金属止动弹片4上的止动片7设置在螺母2的端面侧，见图3(a)。所述金属止动弹片是一个单独的零件，设置在螺母2的螺纹侧的方式与 GB889的尼龙圈的设置相同。
实施例四，参见图4，防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件3相连的螺栓1，其特征在于，结合面零件3与金属止动弹片4的接触面通过凹槽6、止动凸台5的相配合来固定；金属止动弹片4上的制动片7与螺栓头部9内侧面上的V型凹槽8嵌套连接。
所述的螺栓1可以采用螺钉代替。
所述的螺母与结合面零件的端面啮合防松。
所述的螺栓与螺母径向啮合防松。
所述的螺栓与盖型螺母端面啮合防松。
所述的螺栓或螺钉头部与结合面零件端面啮合防松。
本发明的结构原理是：
参见图1，实施例1，可靠的螺纹防松装置：包括带有一定角度的V型凹槽的螺母(该凹槽的数目可为对称的几处或二处或一处)，依据需要防松的要求确定，同时作用的凹槽数目越多则越可靠，具有一定弹力和机械强度的金属止动弹片其也应具有二组以上的止动爪一种原因是增加该弹片的使用次数，再者有利于与螺母的啮合(一般建议错开30°，工作的“止动爪”和与其位置错开30°的为一组)，该金属止动弹片与结合面零件之间必须采用可靠的防转动结构，当螺母紧固后，并在适当的位置时，该“金属止动弹片”会在弹力的作用下与螺母上的“V”型凹槽相啮合，从而起到防松止动的作用。再者这个防转结构比如台阶和孔也具有更换最初位置的作用，间接的提高了该金属止动弹片的使用次数，如果金属止动弹片采用和螺栓本体上的V型凹槽作用而固定螺母亦可。安装时可按照图示方式进行组装，并紧固。
参见图2(a)～(d)，实施例2，可靠的螺纹防松装置：在螺栓和螺母同时使用时，在螺栓的本体(或螺纹)径向部分顺螺栓轴线对称的加工出(二处或一处)一定角度的V型凹槽，所述的V型凹槽的角度范围50°～75°，依据需要防松的要求确定，同时作用的凹槽数目越多则越可靠，同时包含的螺母其螺纹侧组装具有一定弹力和机械强度的金属止动弹片，其也应具有至少一组的止动片或止动爪有利于与螺母的啮合(一般建议错开 30°，工作的止动片或止动爪与其位置错开30°的为一组)，当螺母紧固后，并在适当的位置时，该金属止动弹片会在弹力的作用与螺栓外径上的V 型凹槽相啮合，从而起到防松止动的作用。该金属止动弹片与螺母之间必须采用可靠的防转动结构(即组合螺母)。该结构的螺母采用专用工具可重复拆卸使用，安装时可按照图示方式进行组装，并紧固。
参见图2(b)，金属止动弹片是7隐形部分，而止动片是止动弹片上通过加工而形成的一部分具体形状。
参见图3(a)～(e)，实施例3，在螺栓和螺母同时使用时，在螺栓的本体(或螺纹)端面部分对称的加工出(二处或一处)一定角度的“V”型凹槽，依据需要防松的要求确定，同时作用的凹槽数目越多则越可靠，同时包含的螺母其端面侧组装具有一定弹力和机械强度的金属止动弹片，当螺母紧固后，并在适当的位置时，该金属止动弹片会在弹力的作用与螺栓外径上的V型凹槽相啮合，从而起到防松止动的作用。该金属止动弹片与螺母之间必须采用可靠的防转动结构(即组合螺母)。该结构的螺母采用专用工具可重复拆卸使用，安装时可按照图示方式进行组装，并紧固。所述的V型凹槽的角度范围50°～75°。
参见图4，实施例4，螺纹防松装置：当单独使用螺栓或螺钉形式的螺纹紧固时，可在其螺栓或螺钉头部与其它零件的结合端面处加工出(几处或二处或一处)一定角度的V型凹槽，依据需要防松的要求确定，同时作用的凹槽数目越多则越可靠，同时包含在结合面处组装与之对应的具有弹力和机械强度的金属止动弹片，其也应具有二组以上的止动片或止动爪一种原因是增加该弹片的使用次数，再者有利于与螺母的啮合(一般建议错开30°，工作的止动爪和与其位置错开30°的为一组)，该金属止动弹片与结合面零件之间必须采用可靠的防转动结构，当螺栓或螺钉紧固后，并在适当的位置时，该“金属止动弹片”会在弹力的作用下与螺栓或螺钉上的“V”型凹槽相啮合，从而起到防松止动的作用。再者这个防转结构比如台阶和孔也具有更换最初位置的作用，间接的提高了该金属止动弹片的使用次数，安装时可按照图示方式进行组装，并紧固。所述的V型凹槽的角度范围50°～75°。
本发明的工作原理是：
参见图1～图2(a)～(d)、图3(a)～(e)、图4，使用时，均通过金属止动弹片上的止动片与螺栓、螺母上的V型凹槽相互啮合，从而把螺栓和螺母、螺栓和紧固零件、螺母和紧固零件之间以机械固定的方式可靠的连接在一起，从而达到防松的目的。
如果包含其中的一种或者以上方案的二种以上方案的组合，同样也是包含在本申请的范围内。
所述的螺栓1或螺母2均通过V型凹槽、金属止动弹片4镶嵌防松，不同于传统的机械防松或依靠摩擦力来防松的目的。
Claims (9)
1.防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件(3)相连的螺栓(1)与螺母(2)，其特征在于，螺母(2)与结合面零件(3)的结合端面处设有至少一处V型凹槽(8)；在螺母与结合面零件(3)之间设有金属止动弹片(4)；金属止动弹片(4)与结合面零件(3)相接触的一侧设有止动凸台(5)；结合面零件(3)上设有与止动凸台(5)相配合的凹槽(6)；金属止动弹片(4)与螺母(2)相接触的一侧设有止动片(7)。
2.根据权利要求1所述的防松动的连接螺栓，其特征在于，所述的V型凹槽(8)中心对称。
3.根据权利要求1所述的防松动的连接螺栓，其特征在于，所述的螺母(2)一个端面设有V型凹槽(8)。
4.根据权利要求1所述的防松动的连接螺栓，其特征在于，所述的螺栓(1)用螺钉代替，螺钉头部与结合面零件(3)相接触的面上设有V型凹槽(8)，V型凹槽(8)与上的止动片(7)相配配合；金属止动弹片(4)设在螺钉头部与结合面零件(3)之间，金属止动弹片(4)通过其上的止动凸台(5)与结合面零件(3)上设置的凹槽(6)相配合。
5.防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件(3)相连的螺栓(1)与螺母(2)，其特征在于，螺栓(1)本体的径向上顺螺栓轴线对称设有至少一处V型凹槽(8)；螺母(2)的螺纹侧设有金属止动弹片(4)。
6.防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件(3)相连的螺栓(1)与螺母2，其特征在于，螺栓(1)的端面设有V型凹槽(8)；螺母(2)的朝向螺栓(1)的端面一侧设有金属止动弹片(4)；螺母(1)旋转确定位置后，金属止动弹片(4)上的止动片(7)与V型凹槽(8)相啮合。
7.根据权利要求6所述的防松动的连接螺栓，其特征在于，所述的金属止动弹片(4)上的止动片(7)设置在螺母(2)的端面侧。
8.防松动的连接螺栓，包括有与结合面零件(3)相连的螺栓(1)，其特征在于，结合面零件(3)与金属止动弹片(4)的接触面通过凹槽(6)、止动凸台(5)的相配合来固定；金属止动弹片(4)上的制动片(7)与螺栓头部(9)内侧面上的V型凹槽(8)嵌套连接。
9.根据权利要求8所述的防松动的连接螺栓，其特征在于，所述的螺栓(1)可以采用螺钉代替。
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