CN114704540A - 螺母防松结构及防松螺纹副 - Google Patents

Abstract

本发明涉及紧固件技术，具体公开了螺母防松结构及防松螺纹副。螺母防松结构，包括主螺母，用于旋接于螺栓的固定端，辅螺母，用于旋接于螺栓的固定端，且位于主螺母外侧，辅垫圈，为金属垫圈，用于套设在螺栓的固定端，且位于所述主螺母和所述辅螺母之间；其中，所述主螺母和辅螺母将辅垫圈挤压后，所述辅垫圈发生弹性形变。防松螺纹副，包括螺栓，一端为螺栓头，另一端为固定端，前述的螺母防松结构，设置于所述螺栓的固定端；其中，所述螺栓头与螺母防松结构之间安装待紧固件。有益效果是：克服了橡胶垫圈的缺点，实现了耐高温、耐高压，用不锈钢材质的辅垫圈，解决了腐蚀，老化，震动摩擦易损坏的难题。尤其针对不适合使用橡胶的场合。

Description

螺母防松结构及防松螺纹副

技术领域

本发明涉及一种紧固件，尤其涉及到螺母防松结构及防松螺纹副。

背景技术

现有双螺母摩擦防松，是两个相同旋向的螺母在拧紧后，再把两个螺母对拧一下，使两个螺母之间产生对顶力，从而使底下的主螺母和弹簧垫产生摩擦，又和上面的辅螺母产生摩擦，双摩擦达到预紧的效果，两个螺母会有一个相互挤压的力量，从而起到防止松动的效果，但这两个螺母与螺栓之间并没有足够大的摩擦，而使三者绑定为一体，有时仍出现两螺母分别松动，或同时松动的现象，为此，本人的中国专利号201920987438.1公开了一种螺栓与螺母的锁定装置及其防松垫圈，在主螺母与辅螺母之间的螺栓外丝周围，设有橡胶垫圈，拧紧所述辅螺母挤压所述橡胶垫圈，充填所述主螺母、所述辅螺母、所述螺栓，以及所述橡胶垫圈这四者之间的间隙，所述橡胶垫圈被挤后的巨大返弹膨胀力的挤压，使这四者之间摩擦力增大，而弹性固定成一体，使辅螺母不会出现退转松驰现象，锁定螺栓与主螺母，达到很好的防松效果。

但是上述螺栓与螺母的锁定装置的主螺母与辅螺母之间所夹的垫圈为橡胶垫圈，而橡胶垫圈存在着不耐高温、不耐高压、不耐腐蚀、不耐老化、及震动摩擦后易损坏、不能多次重复使用等不可避免的缺点。同时，采用橡胶垫圈也限制了外侧螺母的扭力不能过大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

螺母防松结构，包括

主螺母，用于旋接于螺栓的固定端，

辅螺母，用于旋接于螺栓的固定端，且位于主螺母外侧，

辅垫圈或同轴垂叠的辅垫圈组，为金属垫圈，用于套设在螺栓的固定端，且位于所述主螺母和所述辅螺母之间；

其中，所述主螺母和辅螺母将辅垫圈挤压后，所述辅垫圈发生弹性形变；

所述辅螺母与主螺母之间所述辅垫圈的预紧扭矩，大于所述主螺母与螺栓之间的预紧扭矩。

在一些方式中，所述主螺母和辅螺母将辅垫圈挤压后，主螺母和辅螺母之间间距为L＝m*h，h为螺栓螺纹牙距；其中，m＝n+x，n自然数，0＜x＜1。

在一些方式中，所述主螺母内侧设有主弹垫圈；或主螺母内侧不设主弹垫圈。

在一些方式中，所述主弹垫圈至少为开口弹簧垫圈、球面碟形弹垫片、锥形弹垫片中任一；所述辅螺母对辅垫圈的扭矩大于所述主螺母对主弹垫圈或螺栓的扭矩。

在一些方式中，所述辅垫圈与主螺母、辅螺母之间的摩擦力均大于所述主螺母与主弹垫圈之间的摩擦力。

在一些方式中，所述辅垫圈至少为开口弹簧垫圈、球面碟形弹垫片、锥面碟形弹垫片中任一。

在一些方式中，所述辅垫圈为抗腐垫圈、或所述辅垫圈表面具有抗腐涂层。

防松螺纹副，包括

螺栓，一端为螺栓头，另一端为固定端，

前述的螺母防松结构，设置于所述螺栓的固定端；

其中，所述螺栓头与螺母防松结构之间安装待紧固件。

在一些方式中，所述螺母防松结构与所述待紧固件之间还设有主平垫圈；主平垫圈位于主弹垫圈与待紧固件之间。

在一些方式中，所述螺母防松结构与所述待紧固件之间不设有主平垫圈。

本发明的防松原理是：由于离螺栓头逐渐远的辅垫圈的预紧力是逐渐增加的，且均大于主螺母与螺栓之间的预紧力，所以当靠近螺栓头的螺母松动时，远离螺栓头的辅垫圈的预紧力大些，所以辅垫圈相对于螺栓外丝不会松动，从而确保了整个螺纹副不会松动。

本发明的有益效果是：

克服了橡胶垫圈的缺点，实现了耐高温、耐高压，用防腐不锈钢材质的辅垫圈，解决了腐蚀，老化，震动摩擦易损坏，不能多次重复使用的难题。尤其针对不适合使用橡胶的场合，强支承载荷环境中金属垫圈的支承载荷远比橡胶垫大，金属垫圈的弹性增加数倍。

附图说明

图1为本发明一种防松螺纹副的结构图之一；

图2为本发明一种防松螺纹副的结构图之二；

图3为本发明一种防松螺纹副的结构图之三；

图4是图1中的辅垫圈实例之一；

图5是图2中的辅垫圈实例之一；

图6为图2中结构的振动测试结果。

图中：

1螺栓，2主弹垫圈，3主平垫圈，4主螺母，5辅螺母，6被紧固件甲，7被紧固件乙，8辅垫圈，9螺栓外丝，10螺栓头，11主螺母内丝，12辅螺母内丝，13主螺母辅螺母螺栓及辅垫圈之间的间隙，14螺孔，15螺杆，16第二辅垫圈，17开口弹簧垫圈，18螺栓的固定端，19一对球面碟形弹垫片，20一对锥面碟形弹垫片，21一对碟形弹垫片，22碟形弹垫组，23第二辅螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明第一方面涉及涉及螺母防松结构，如图1中所示，包括

主螺母4，用于旋接于螺栓1的固定端，

辅螺母5，用于旋接于螺栓1的固定端，且位于主螺母4外侧，

辅垫圈8，为金属垫圈，用于套设在螺栓1的固定端，且位于所述主螺母4和所述辅螺母5之间；

其中，所述主螺母4和辅螺母5将辅垫圈8挤压后，所述辅垫圈8发生弹性形变。通过辅垫圈8发生弹性形变，使得辅垫圈8对主螺母4、辅螺母5均有弹力作用，同时保持主螺母4、辅螺母5均与辅垫圈8产生较大的摩擦力。同样，在实际使用时，即便再增加几组螺母，离螺栓头10越远的螺母，其预紧力越大，只要任意两组间采用本发明方案，均应当在本发明范围内。

进一步需要说明的，所述辅螺母5与主螺母4之间的预紧扭矩大于根据需要而预先设定的所述主螺母4与螺栓1之间的预紧扭矩。由此能够更好的使得辅螺母5与主螺母4形成一个整体，不易发生松动。而预紧扭矩的大小则可通过扭力扳手等实现。

在一些情况中，所述主螺母4和辅螺母5将辅垫圈8挤压后，主螺母4和辅螺母5之间间距为L＝m*h，h为螺栓1螺纹牙距；其中，m＝n+x，n自然数，0＜x＜1。由此使得主螺母4和辅螺母5的间距并非螺纹牙距的整数倍，使得主螺母4或辅螺母5能够与螺栓1螺纹齿圈间产生更大的挤压力，形成更大的摩擦力，进一步增加连接的紧固程度。当主螺母4和辅螺母5之间间距为螺纹牙距整数倍时，主螺母4和辅螺母5本质上就类似于一个螺距均匀的螺母，相对于前述非整数倍的情况就降低了与螺栓之间摩擦力。

所述主螺母4内侧设有主弹垫圈2。通过设置主弹垫圈2也可进一步增加主螺母4与被紧固件6之间的摩擦力。

所述主弹垫圈2至少为开口弹簧垫圈17、球面碟形弹垫片19、锥面碟形弹垫片20中任一；所述辅螺母5对辅垫圈8的力矩，大于所述主螺母4对主弹垫圈2的力矩。

所述辅垫圈8与主螺母4、辅螺母5之间的摩擦力均大于所述主螺母4与主弹垫圈2或螺栓1之间的摩擦力。

如图4-5中所示，所述辅垫圈8至少为一个开口弹簧垫圈17、一对球面碟形弹垫片19、一对锥面碟形弹垫片20中任一。

如图2中所示，辅垫圈8采用一对球面碟形弹垫片，主弹垫圈2采用开口弹簧垫圈17，或不设主弹垫圈2，其原理与图1相同，优点是：螺母防松结构受力均匀，具有良好的防松效果；具有较好的抗振效果；制造成本低；安装方便。

如图3中所示，辅垫圈8采用重叠锥面碟形弹垫组22，两组辅螺母，一组为辅螺母5，另一组为第二辅螺母23，两组螺母防松结构由渐近螺栓头10沿螺栓轴向远分布，使辅垫圈8的预紧力成倍加大，其返弹力也就成倍加大，防松效果也相应加大。其中碟形弹垫组22的预紧扭矩大于一对锥面碟形弹垫片20的扭矩；而一对锥面弹垫片20的预紧扭矩又大于主螺母4与螺栓1之间的扭矩。其他结构原理与图2相同。

所述辅垫圈8为抗腐垫圈，或所述辅垫圈8表面具有抗腐涂层。其中，辅垫圈8相对于橡胶垫圈，为金属的球面或锥面碟形弹垫片，它按DIN6796设计制造，用于中等或高强度螺栓、螺钉的可以支架更大的扭力，支承裁荷大、弹性恢复非常有效，螺栓拉力可以承受由于易损件的磨损、蠕变、松驰、热膨胀、收缩、或压紧而产生的松驰，使螺钉或螺栓的弹性作用增加了数倍，它可以有效地取代橡胶垫圈。由于碟形弹垫片可以对合或叠合，对合方式可增加碟簧组的变形量，叠合方式组合可增加碟簧组的弹簧力。理想的安装方式是尽可能压平，愈接近压平状态，张力矩增加愈快，不需要扭矩扳手，就可得到适当的螺栓拉力。另一方面，减少扭力过大造成橡胶形变损坏的问题，同时相对于橡胶垫圈不易老化。

在一些需防松的精密仪器、设备、设施中，需要根据不同的扭力要求选择不同的螺母，同时也就需要对垫圈进行选择。现在业内针对这种精密仪器、设备、设施，使用弹性垫圈扭力都配套有相应的弹性垫圈产品，不同型号的弹性垫圈都有相应扭矩，在此不针对选择做具体限定，只要符合本发明的标准都应在保护范围内。

本发明第二方面涉及防松螺纹副，包括

螺栓1，一端为螺栓头10，另一端为固定端，

前述的螺母防松结构，设置于所述螺栓1的固定端；

其中，所述螺栓头10与螺母防松结构之间安装待紧固件。

在螺栓头10和螺母防松结构之间为被紧固件甲6、被紧固件乙7。

所述螺母防松结构与所述待紧固件之间或设有主平垫圈3，或设有主弹垫圈2；主平垫圈3或主弹垫圈2位于主螺母4与待紧固件之间。结合图6中横向振动曲线图所示，针对图2中所示结构进行了相应的振动测试。由国检检测依据ISO16130：2015横向振动试验，报告编号2021480700；振幅±0.8mm，频率12.5Hz，试验螺栓M16×110-10.9，螺母支承面及螺栓螺纹涂抹二硫化钼润滑剂，纵座标初始轴力为预先设定的68KN左右，横座标振动2000或1500次后，本发明的螺母防松结构仍可保持残余轴力超过89.66％，甚至达到94.09％，可见振动剩余夹紧力曲线几乎保持水平状态，所以试验证明本发明能保持较好的残余夹紧力。

在一些情况中，螺栓1穿过被紧固件甲6，被紧固件乙7的螺孔14，将主螺母内丝11旋在螺栓外丝9上，通过主弹垫圈2，主平垫圈3预紧被紧固件甲6和被紧固件乙7后，再用所述辅螺母5旋拧压平所述辅垫圈8，与所述辅垫圈8相接触的所述螺栓1、主螺母4和辅螺母5，因所述辅垫圈8为开口弹簧垫圈17，或一对碟形弹垫片21被挤压后的巨大反弹膨胀力的挤压，而使这四者固定成一体，同时其内部的两个螺母之间有存在相反的作用力，使形成的整体又能够与螺栓螺纹齿之间相互挤压提高摩擦力。由于远离螺栓头10的辅垫圈8的预紧扭矩，大于靠近螺栓头10的主弹垫圈2的预紧扭矩，所以当靠近螺栓头10的主螺母4即使松动时，远离螺栓头10的辅螺母5因预紧扭矩大，也能使辅螺母5紧固在螺栓外丝9上保持不会松动。

针对本发明进一步的说明：

所述主螺母4，辅螺母5，以及螺栓外丝9之间，被辅螺母5挤压变平的辅垫圈8始终存在相互作用的反弹力，传递到主螺母4和辅螺母5与螺栓1的螺旋啮合螺纹的接触面上，由于辅螺母5拧得越紧，与螺栓外丝9旋合螺纹之接触面间的压力就越大，摩擦力矩就越大，主螺母4，辅螺母5，螺栓1，以及辅垫圈8这四者中任何一个要转动，都需要克服旋合螺纹之间的摩擦力，且四者之间这巨大的挤压力也一直存在，不会因为所述主弹垫圈2，螺栓1、被紧固件甲6、被紧固件乙7之间的预紧力的震动变化，而使辅螺母5出现松弛。即使在强力震动下，主螺母4也只是轻微的弹性螺旋振动，很快又会恢复原位；而辅螺母5比主螺母4之间的预紧力大些，所以辅螺母5，主螺母4、辅垫圈8，螺栓外丝9之间的靠挤压摩擦力绑定为一体，该绑定为一体的挤压摩擦力，远大于主螺母4与螺栓1之间的预紧加横向振动的使主螺母4退转的力，试验证明：不管螺栓1如何弹性螺栓横向振动，还是轴向振动，辅螺母5始终与螺栓1保持相对固定，不会出现退转松弛现象，从而锁定螺栓1与主螺母4，达到很好的防松效果的目的。

在现有双螺母防松，或称对顶螺母防松结构的基础上进一步改进，将螺栓带丝的一端穿进两个被紧固件的螺孔14中，在露出的螺栓外丝9上分别穿套入或主平垫圈3、或主弹垫圈2，再旋紧主螺母4，然后再在露出的螺栓外丝9上，在主螺母4与辅螺母5之间的螺栓外丝9周围，套上所述辅垫圈8的内圈，再旋上辅螺母5，紧固，且所述辅垫圈8的预紧扭矩，大于所述主螺母4与所述螺栓1之间的预紧扭矩，当主螺母4因振动而在螺栓1上松动退转时，由于主螺母4与上面的辅螺母5之间的辅垫圈8的弹力作用，使主螺母4与辅螺母5相斥，并螺旋在螺栓外丝9上，而使螺旋摩擦力很大，大到不致于使辅螺母5、主螺母4因振动而在螺栓外丝9上松动退转，从而确保主螺母4相对于螺栓1紧固不松动，达到很好的防松效果；由于用辅垫圈8取代了现有技术中的橡胶垫圈，克服了橡胶垫圈的缺点，实现了耐高温、耐高压，用防腐不锈钢材质或防腐涂层的辅垫圈8，解决了橡胶垫圈易腐蚀，老化，振动摩擦易损坏的难题。

本发明可依次拆卸辅螺母5，辅垫圈8、主螺母4、或主弹垫圈2、或主平垫圈3，从被紧固件的螺孔14中抽出螺栓1的螺杆15，本发明可多次拆装，反复使用，且该防松螺纹副的所有零配件都为现已有的常用的标准件，不需再次加工，只需按本发明的结构，配套、及注意辅螺母的预紧力大于主螺母的预紧力的使用方法，也就是离螺栓头10越远的辅垫圈8预紧力越大，即摩擦力越大，且均大于主弹垫圈2，即可实现不松动的效果，结构简单、实用。

本发明辅弹垫8为防腐不锈弹簧钢、或碳钢、或锰钢、或弹簧合金钢制成，其构成的防松螺纹副用于振动机械、铁路、桥梁、矿山、铁塔、风电、核电、车辆等振动防松紧固领域。

本领域的技术人员可以明确，在不脱离本发明的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本发明的保护范围之内。本发明的保护方案以本发明所附的权利要求书为准。

Claims (10)

1.螺母防松结构，其特征在于：包括

主螺母(4)，用于旋接于螺栓(1)的固定端，

辅螺母(5)，用于旋接于螺栓(1)的固定端，且位于主螺母(4)外侧，

辅垫圈(8)或同轴重叠的辅垫圈组，为金属垫圈，用于套设在螺栓(1)的固定端，且位于所述主螺母(4)和所述辅螺母(5)之间；

其中，所述主螺母(4)和辅螺母(5)将辅垫圈(8)挤压后，所述辅垫圈(8)发生弹性形变；

所述辅螺母(5)与主螺母(4)之间所述辅垫圈(8)的预紧扭矩，大于所述主螺母(4)与螺栓(1)之间的预紧扭矩。

2.根据权利要求1所述的螺母防松结构，其特征在于：所述主螺母(4)和辅螺母(5)将辅垫圈(8)挤压后，主螺母(4)和辅螺母(5)之间间距为L＝m*h，h为螺栓(1)螺纹牙距；其中，m＝n+x，n自然数，0＜x＜1。

3.根据权利要求1所述的螺母防松结构，其特征在于：所述主螺母(4)内侧设有主弹垫圈(2)；或主螺母(4)内侧不设主弹垫圈(2)。

4.根据权利要求3所述的螺母防松结构，其特征在于：所述主弹垫圈(2)至少为开口弹簧垫圈(17)、球面碟形弹垫片(19)、锥面碟形弹垫片(20)中任一；所述辅螺母(5)对辅垫圈(8)的扭矩大于所述主螺母(4)对主弹垫圈(2)或螺栓(1)的扭矩。

5.根据权利要求3所述的螺母防松结构，其特征在于：所述辅垫圈(8)与主螺母(4)、辅螺母(5)之间的摩擦力均大于所述主螺母(4)与主弹垫圈(2)之间的摩擦力。

6.根据权利要求1所述的螺母防松结构，其特征在于：所述辅垫圈(8)至少为开口弹簧垫圈(17)、球面碟形弹垫片(19)、锥面碟形弹垫片中任一。

7.根据权利要求1所述的螺母防松结构，其特征在于：所述辅垫圈(8)为抗腐垫圈、或所述辅垫圈(8)表面具有抗腐涂层。

8.防松螺纹副，其特征在于，包括

螺栓(1)，一端为螺栓头(10)，另一端为固定端，

权利要求1-7任一所述的螺母防松结构，设置于所述螺栓(1)的固定端；

其中，所述螺栓头(10)与螺母防松结构之间安装待紧固件。

9.根据权利要求8所述的防松螺纹副，其特征在于，所述螺母防松结构与所述待紧固件之间还设有主平垫圈(3)；主平垫圈(3)位于主弹垫圈(2)与待紧固件之间。

10.根据权利要求8所述的防松螺纹副，其特征在于，所述螺母防松结构与所述待紧固件之间不设有主平垫圈(3)。

Images