CN112013007A - 抗震紧固结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗震紧固结构，包括螺杆和螺母，所述的螺杆上部沿其径向方向安装有至少一个螺钉，所述的螺母上部沿其轴向方向设有镶件，所述螺钉的两端与镶件内表面紧密接触；所述的螺钉为带弹性钢珠螺钉，所述的带弹性钢珠螺钉内设有两个空腔，其中一个空腔内固定有弹簧和钢珠；所述的钢珠与镶件内表面紧密接触；所述的镶件套在螺母内侧或者与螺母一体成型；所述的镶件内表面采用梅花型或W型。本发明从根本上杜绝因为震动而导致螺母松动的现象，避免紧固松动而引发的损坏和事故；实现了螺纹紧固件不会因为震动而产生紧固松动，而且较进口精密紧固件而言，成本低，材料选用范围广，安装使用简单，少量的夹杂和腐蚀不会影响其使用。

Description

抗震紧固结构

技术领域

本发明涉及一种紧固结构，尤其涉及一种抗震紧固结构。

背景技术

现有紧固结构一般由平垫、弹簧垫圈、螺栓(多种形式)和螺母(或者攻丝)组成。螺纹紧固原理为：当螺栓、螺母紧固时，由预紧力进行紧固，螺纹并紧，弹簧垫圈压缩；在失去预紧力后，弹簧垫圈回弹(反弹间隙就是螺纹精度间隙)，螺纹受弹簧垫圈的回弹力(和并紧件反向力合力)影响反向并紧；螺纹间并紧静摩擦力等于弹簧垫圈的回弹力和并紧件反向力的合力在螺纹松动方向的旋转分量，从而抑制螺纹松动。在静态情况下，螺纹是不会松动的。

以上分析可知：F(静摩擦力)＝F(合力螺纹方向的旋转分量)＝(F(弹簧垫圈回弹力)+F(并紧反向力))*tanα(螺纹升角)。

并紧件产生震动(震动波按材质、体积外形、震动源的不同，其频率不一)，会导致材料产生波动形变。在波动形变过程中，并紧反向力会周期性变大或缩小，甚至高强度波动在震动波峰时会消失。同一瞬间，弹簧垫圈回弹需要时间，那时，螺纹的静摩擦力已经减少甚至消失。即：F(静摩擦力)＝F(合力螺纹方向的旋转分量)＝(F(弹垫回弹力)+F(并紧反向力))*tanα(螺纹升角)

F(弹簧垫圈回弹力)因为震动形变减小甚至消失，F(并紧反向力)也随着震动形变减小甚至消失。那么F(静摩擦力)就会随之大大减少甚至消失。譬如，在高强度高频率的波动中，甚至会导致锁紧装置间产生肉眼可见的间歇性的微量间隙。此时，F(静摩擦力)间歇性为0。

进入震动波谷时，微量间隙如果不及时消失，并紧件反向力和弹簧垫圈的恢复就会对螺母产生冲击。内外螺纹因为精度原因存在微量间隙(国产一般5～7H)，螺母那时还在跳动着，内外螺纹并未完全并紧。合力螺纹方向的旋转分量影响，螺栓会旋转松动。震动中产生动摩擦力本就远比静摩擦小，从弹簧垫圈冲击到螺母的瞬间力很大(冲击力*螺母形变量＝冲击动能)，这就导致震动很容易造成螺母微量反旋松动。

即：F(动摩擦力)＜F(静摩擦力)＝(F(弹垫回弹力)+F(并紧反向力))*tanα(螺纹升角)

可知，螺栓旋转松动。而各类异形弹性垫圈就可以加大或平衡弹簧垫圈的回弹力，或者通过垫圈与螺母动摩擦力，减少冲击时螺母微量反旋松动。对于低频率低震动起到很好的防松。譬如，带胶垫的螺栓、螺母。但面对高频高强度的震动，弹性垫圈因补偿有限、结构弹性补偿(回弹)速度等问题，往往无法使用。譬如，在长时间震动的设备——譬如高铁、动车组采用螺栓螺母就采用进口高精度高强度紧固件。事实上，实际精度再高也无法完全杜绝松动，完全的零公差只会让螺栓失去拆卸功能。更何况高精度紧固件成本很高，加工困难，检验验收更困难。一旦安装不当、腐蚀、夹杂等都会导致螺纹卡死无法维护，不适用于民用。换句话说，现有的螺纹防松措施只是延长了完全松动时间，并不能完全防松。

为避免紧固失效，工程工业设计中往往对于震动面需要堆积很多紧固件，或者采用高精度高强度螺栓。这对材料成本，制作成本以及后期维护成本带来很大的压力。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种抗震紧固结构，该抗震紧固结构不会因震动而产生紧固松动，且成本低。

技术方案：本发明包括螺杆和螺母，所述的螺杆上部沿其径向方向安装有至少一个螺钉，所述的螺母上部沿其轴向方向设有镶件，所述螺钉的两端与镶件内表面紧密配合。

所述的螺钉为带弹性钢珠螺钉，所述的带弹性钢珠螺钉内设有两个空腔，其中一个空腔内固定有弹簧和钢珠。

所述的钢珠与镶件内表面紧密配合。

所述的镶件套在螺母内侧或者与螺母一体成型。

所述的镶件内表面采用梅花型或W型。

所述螺母的上部设有表面压花，用于手动拧紧。

有益效果：本发明具有以下优点：

(1)本发明与现有技术相比，从根本上杜绝因为震动而导致螺母松动的现象，避免紧固松动而引发的损坏和事故；

(2)本发明实现了螺纹紧固件不会因为震动而产生紧固松动，而且较进口精密紧固件而言，成本低，材料选用范围广，安装使用简单，少量的夹杂和腐蚀不会影响其使用。

附图说明

图1为本发明的轴向剖视图；

图2为本发明的径向剖视图；

图3为本发明的带弹性钢珠螺钉的示意图；

图4为本发明的内梅花镶件示意图；

图5为本发明在波谷时的动态紧固松动示意图；

图6为本发明在波峰时的动态紧固松动示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本发明包括螺母1、螺杆2、带弹性钢珠螺钉3、内梅花镶件4和平垫5。在连接件的上下表面各设有一个平垫5，因为此紧固方式用于卡箍，所以螺母1和螺杆2设计的比较长。同时，卡箍锁紧属于轻型锁紧，因此，螺母1上部有一个圆柱设计成表面压花，用于手动拧紧。螺母1上部设计为外六角形状，以供拧紧后工具锁紧。

如图1所示，螺杆2上部沿其径向方向开有一个圆柱孔，攻丝安装带弹性钢珠螺钉3，中部是常规螺纹，对精度要求一般。轻载只需常规螺纹即可；重载可以换成粗牙螺纹防止滑丝。如图3所示，带弹性钢珠螺钉3采用模块化设计成类似圆柱形的结构，其内部设有两个空腔，一个空腔内固定有弹簧和钢珠，其中，钢珠与内梅花镶件4紧密配合，带弹性钢珠螺钉3可以根据震动波强度安装一个或多个。螺母1上部沿其轴向方向嵌有内梅花镶件4，如图4所示，内梅花镶件4的内表面与带弹性钢珠螺钉3紧密配合，如图2所示。内梅花镶件4可以与螺母1分开安装，也可以在螺母1内壁直接铣出梅花型或W型等形状。

由于常规动态松动下，F(静摩擦力)＝F(合力螺纹方向的旋转分量)＝(F(弹簧垫圈回弹力)+F(并紧反向力))*tanα(螺纹升角)

F(弹簧垫圈回弹力)因为震动形变减小甚至消失，F(并紧反向力)也随着震动形变减小甚至消失。此时，F(静摩擦力)就会随之大大减少甚至消失。

即：F(动摩擦力)＜F(静摩擦力)＝(F(弹垫回弹力)+F(并紧反向力))*tanα(螺纹升角)。此时，螺栓一定形成了在某个程度上的微量旋转松动。在此种情况下想避免反转，或者微量旋转松动累计成完全松动，就必须给螺母一个反向并紧力。但螺母的完全锁紧力很大，常规方式很难达到。所以老式火车轨道上，经常能看见铁路工人拿着扳手紧铁轨螺母情景。

为此，本发明利用螺栓锁紧在波峰阶段时，出现受力消失情况或者大大减小的情况，通过径向力进行反弹并紧力。

在波谷阶段，如图5所示，螺母1相对螺杆2旋转，内梅花镶件4压住带弹性螺钉3的钢球，带弹性螺钉3的弹簧受力压缩，钢珠对旋转方向产生阻力。当高强度震动时，F(弹簧力分量)＜F(合力螺纹方向旋转分量)-F(动摩擦力)

此时，螺母1相对会形成微量的旋转。带弹性钢珠螺钉3压在内梅花镶件4的上斜面上，带弹性钢珠螺钉3的弹簧压缩，F(弹簧力分量)上升。

在震动波峰阶段，如图6所示，F(弹簧弹力分量)＞F(合力螺纹方向旋转分量)弹簧弹力迫使螺母1正转，恢复到原锁紧位置。

本发明通过带弹性钢珠螺钉3和内梅花镶件4组成的弹力结构，用较小的力将螺母1正向旋转，恢复到原有状态。从微观上，螺母1是不断正反转；从宏观上，螺母1锁紧一直保持，没有松动。

本发明的螺栓运用在各种输送流体管道上，尤其是输送易燃易爆，有毒有害的电子级流体等工况或者车间仓库使用行车或轨道车、挖掘机。在物料输送中，流体会对管道形成冲击和摩擦引发管道震动，管道卡箍螺母松动很容易导致物料泄露，造成生产安全风险。这样的工况同时对安全性和卫生性(残留)都有要求。采用本发明的抗震紧固结构，震动不会导致螺母、卡箍松动，从而避免危险物泄露的风险。

Claims (6)

1.一种抗震紧固结构，包括螺杆(2)和螺母(1)，其特征在于，所述的螺杆(2)上部沿其径向方向安装有至少一个螺钉，所述的螺母(1)上部沿其轴向方向设有镶件(4)，所述螺钉的两端与镶件(4)内表面紧密配合。

2.根据权利要求1所述的抗震紧固结构，其特征在于，所述的螺钉为带弹性钢珠螺钉(3)，所述的带弹性钢珠螺钉(3)内设有两个空腔，其中一个空腔内固定有弹簧和钢珠。

3.根据权利要求2所述的抗震紧固结构，其特征在于，所述的钢珠与镶件(4)内表面紧密配合。

4.根据权利要求1所述的抗震紧固结构，其特征在于，所述的镶件(4)套在螺母(1)内侧或者与螺母(1)一体成型。

5.根据权利要求1或4所述的抗震紧固结构，其特征在于，所述的镶件(4)内表面采用梅花型或W型。

6.根据权利要求1所述的抗震紧固结构，其特征在于，所述螺母(1)的上部设有表面压花。

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