CN114857155A - 一种小波纹大导程防松螺栓 - Google Patents
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Abstract
技术领域：紧固件Int.F16B.一种小波纹大导程防松螺栓，结构：喇叭形的前螺母、喇叭形的后螺母、大导程的螺栓，在其各自端面喇叭形的内锥面圆周上均布着多个辐射的小波纹。原理：前螺母小波纹的波峰可以插入后螺母小波纹的波谷，能互相传递信息和转矩。当后螺母因松动而相对于前螺母回松反转时，大导程的反馈螺纹线可使前螺母与后螺母之间的轴力增加，紧固的可靠性会得到增强。大导程的螺栓的结构特征：其上具有一条普通螺纹线和一条大导程的反馈螺纹线。小波纹大导程防松螺栓的原理清晰、结构简单、成本低廉、容易大范围普及运用，防松性能是优秀级别。
Description
技术领域
紧固件Int.F16B。
背景技术
″日本哈德洛克偏心双螺母振动试验，获得17分钟的不松纪录″。
2019年3月27日，经机械工业通用零部件产品质量监督检测中心，检验依据：GB/T10431-2008，用安布内科横向振动试验机，对CN 109185317A《开合螺母防松》连续做了52分钟的振动试验，振动试验的次数39000次。由通检委字第170271号得出结论：残余轴力/初始轴力＝92％。其振不松纪录好于日本，所以，我们应该有信心做好螺母防松研究。
参考文献：
《金属学教程》，作者：钟家湘，出版社：北京理工大学出版社，ISBN：9787810450300。
CN 1114647C
CN 201155516Y
发明内容
小波纹大导程防松螺栓的发明内容如下。
发明内容1，小波纹大导程防松螺栓的发明目的：是为工业和科研提供原理清晰、结构简单、成本低廉、容易普及、防松性能达到优秀级别的防松螺栓。
发明内容2，小波纹大导程防松螺栓的结构组成：喇叭形的前螺母、喇叭形的后螺母、大导程的螺栓、弹性垫圈。大导程的螺栓上除了有一条普通螺纹线外，还有一条大导程反馈的螺纹线。
结构特征：喇叭形的前螺母、喇叭形的后螺母、大导程的螺栓，在其各自的端面喇叭形内锥面上的圆周上，有辐射花纹的小波纹。
螺栓的螺栓头部的形状可以是外六角形的，也可以是内六方圆柱头的。
发明内容3，小波纹大导程防松螺栓的原理，包括【小波纹互怼的防松原理】和【大导程反馈螺纹线的防松原理】。
防松原理1.【小波纹互怼的防松原理】：
可在喇叭形的前螺母、喇叭形的后螺母、螺栓头部的各自端面喇叭形圆锥内面上，加工出辐射的小波纹。小波纹在各自圆锥内面上均布12个扇形面，每一个扇形面都是一个30°圆周角的小波纹。前螺母的喇叭口与后螺母的喇叭口，一定是遵照作口对口地安装。当具有扇形端面的两个喇叭形螺母旋转到对顶的位置后，就会发生前面喇叭螺母扇形端面的小波纹波峰，能插入后面喇叭螺母扇形端面的小波纹波谷的互怼状态。同样会发生，后面喇叭螺母扇形端面的小波纹波峰插入前面喇叭螺母扇形端面的小波纹波谷的互怼状态。这样一来，小波纹的互怼状态就能够大大降低了前螺母的端面与后螺母的端面之间的因互相滑动引起的松脱。
防松原理2.【大导程反馈螺纹线的防松原理】：
大导程的螺栓除有一条普通螺纹线外，还有一条大导程的反馈螺纹线。
当紧固件处于振动作用后，由于后螺母自身质量的惯性而产生了挣脱力。
在本申请中，设：α-普通螺纹线升角。β-螺母端面小波纹升角。γ-大导程反馈的螺纹线升角。ω-后螺母回松反转的失协角。
后螺母采用了螺纹线升角为α。前螺母采用了螺纹线升角为γ，并且采用了γ＝3α。
小波纹的波峰与波谷互插后，发生了相传递信息和转矩的功能。因而出现的是前螺母与有喇叭形的后螺母之间的轴力增加了，大导程的反馈螺纹线产生了反馈轴力。
【小波纹互怼的防松原理】与【大导程反馈螺纹线的防松原理】互相结合构成了防松系统。具有质量的后螺母在振动加速度的作用下，产生了回松的失协角Δω，成为防松系统的敏感元件。小波纹将后螺母反转的回松的失协角Δω传递给前螺母，同时后螺母有轴向上的松动量ΔL和轴力ΔF。前螺母在大导程的螺栓上也同时有Δω角的相应反转，应该出现3倍的ΔL的轴向移动，即前螺母比后螺母应该多松动2倍的ΔL。但是由于卡顿作用，前螺母永远不会超过后螺母多松动2ΔL。2ΔL转换成了负的反馈作用的轴力ΔF。在负的反馈轴力ΔF的作用下，迫使回松的失协角Δω归零。此时的前螺母充当了执行元件，完成了防松系统的自动控制。
请看无反馈螺纹线与有反馈螺纹线的差别：
①.当无大导程反馈螺纹线存在时：在Δω出现之后，不但Δω不会归零，还会跟随其后再出现回松的失协角：Δω1、Δω2、Δω3、…。而Δω1+Δω2+Δω3+…＝Ω，在回松的失协角Ω＝20°时，后螺母就松脱了。
②.当有了大导程反馈螺纹线的存在时：在Δω出现之后，回松的失协角Δω被控制在0～Δω和Δω～0区间作极微小振动，微小抖动，后螺母无法松脱。
发明内容4，小波纹大导程防松螺栓的装卸和使用方法与普通的螺栓相同。
发明内容5，小波纹大导程防松螺栓发明的特点：原理清晰、结构简单、操作方便、成本低廉、容易大范围普及运用，防松性能是优秀级别。
附图说明
图1是两个喇叭形螺母内锥小波纹处于互相接触状态图。
图2是两个喇叭形螺母内锥小波纹处于互相咬合状态图。
图3是喇叭形螺母端面的内锥面上垂直于波纹的波纹截面上的局部放大图。
图4是喇叭形螺母端面的内锥面的侧向视图和轴向视图。
图5是两个喇叭形螺母内锥小波纹处于互相分离状态的视图。
在图1中，有喇叭形的前螺母〔1〕端面的内锥口与喇叭形的后螺母〔2〕端面的内锥口，一定是遵照作口对口互怼的安装。
前螺母〔1〕是具有内锥小波纹的紧固螺母；后螺母〔2〕是具有内锥小波纹的锁紧螺母。大导程的螺栓〔3〕是外六角头螺栓，它既有一条普通螺纹线〔10〕，又有一条大导程轴力反馈螺纹线〔9〕。其中的“普通螺纹线〔10〕”一词就是指有大导程的螺栓〔3〕上的原有普通螺距的一条螺纹线；另一条大导程的轴力反馈螺纹线被称作大导程的反馈螺纹线〔9〕，其螺距采用的是普通螺纹螺距的3倍。两种螺纹的直径相等。
图1的特征是，前螺母〔1〕与后螺母〔2〕的外轮廓线有触点，无作用力。
图2绘有喇叭形的前螺母〔1〕、喇叭形的后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕。
图2的特征是，前螺母〔1〕与后螺母〔2〕的外轮廓线有弹性变形的过盈。接触面积极大，互相的挤压力也极大，正处于前后螺母锁紧的工作状态。
图3是两个喇叭形螺母端面的内锥面互相压紧的局部放大图。
前螺母〔1〕有自己的小波纹〔8〕、小波纹升角β、小波纹的波谷〔6〕、小波纹的波峰〔7〕。
后螺母〔2〕也有自己的小波纹〔8〕、小波纹升角β，有小波纹的波谷〔6〕、小波纹的波峰〔7〕。
小波纹的波谷〔6〕、小波纹的波峰〔7〕都是属于小波纹〔8〕的一部分。
在图4中，左边视图是一个喇叭形螺母端侧面半剖面图，有小波纹〔8〕。右边视图是喇叭形螺母的轴向视图，有小波纹〔8〕、有小波纹的波谷〔6〕、小波纹的波峰〔7〕。
在轴向视图上，喇叭螺母端面的内锥面，被分割出了12个扇形花纹的小波纹。在前螺母〔1〕、后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕的喇叭螺母端面的外锥角都是120°～150°，内锥角都是在178°～179°。所以喇叭螺母端面的内锥小波纹也称作称扇形端面。
在图5中，具有内锥小波纹的有前螺母〔1〕与后螺母〔2〕，处于非工作状态。大导程的螺栓〔3〕上既有普通螺纹线〔10〕，又有大导程的反馈螺纹线〔9〕。螺栓的两种螺纹直径相等。还绘有弹性垫圈〔4〕，螺栓头部〔5〕。
图5的特征是，前螺母〔1〕、后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕、弹性垫圈〔4〕都处在非工作状态的位置。
前螺母〔1〕在后螺母〔2〕之前，前螺母〔1〕的内螺纹与大导程的反馈螺纹线〔9〕相配合。后螺母〔2〕在前螺母〔1〕之后，后螺母〔2〕的内螺纹与普通螺纹线〔10〕相配合。
具体施实方式
包括【实施例1】和【实施例2】。
【实施例1】
当M12喇叭螺母端面的内锥面被分割出36个扇形小波纹时的计算实例。
小波纹升角β的近似计算：
直径D＝12，周长πD＝36，圆周有36个小波纹，每个小波纹的最大波长λ＝36÷36＝1，即小波纹的波长λ＝1，半波长：0.5λ＝1÷2＝0.5，
波幅＝0.1，小波纹升角β：0.1÷0.5＝0.2，arctg0.2＝11°，
波幅＝0.2，小波纹升角β：0.2÷0.5＝0.4，arctg0.4＝22°，
波幅＝0.3，小波纹升角β：0.3÷0.5＝0.6，arctg0.6＝31°。
设计时选择良好的小波纹升角β可用来控制小波纹防松脱的可靠性。
【实施例2】
试验：小波纹大导程防松螺栓的检测报告如下。
检验报告：中国认可 国际互认
通检 委 字第 201434 号
机械工业通用零部件产品质量监督检测中心
(机械科学研究总院集团有限公司零部件质量检测中心)
样品名称：小波纹大导程螺栓
检验依据GB/T 10431-2008
检验项目：防松性能
试验设备：安布内科横向振动试验机
试验条件：
1.试验频率：12.5Hz
2.空载振幅：±1.2mm
3.润滑条件：机油
4.振动次数：12750次
5.实验用螺栓：M12×90-10.9
6.1020S后螺栓断裂，试验中止
检验结果：
①振动120秒，振动次数：1500次，初始轴力17.6kN，残余轴力16.4kN。
残余/初始＝93.18％，防松性能：属于优秀级别。
②振动1020秒，振动次数：1.275万次，残余/初始＝90.3％，防松性能仍然属于：优秀级别。
Claims (4)
1.一种小波纹大导程防松螺栓包括喇叭形的前螺母〔1〕、喇叭形的后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕、弹性垫圈〔4〕，其特征在于所述的喇叭形的前螺母〔1〕、喇叭形的后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕的各自端面喇叭形的内锥面圆周上均布着多个辐射分布的小波纹〔8〕。
2.一种根据权利要求1所述的小波纹大导程防松螺栓、喇叭形的前螺母〔1〕、喇叭形的后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕，其特征在于所述的多个辐射分布的小波纹〔8〕的横截面上具备有小波纹的波谷〔6〕和小波纹的波峰〔7〕。
3.一种根据权利要求1所述的小波纹大导程防松螺栓、喇叭形的前螺母〔1〕、喇叭形的后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕，其特征在于所述的大导程的螺栓〔3〕上有一条普通螺纹线〔10〕和一条大导程的反馈螺纹线〔9〕。
4.一种根据权利要求1所述的小波纹大导程防松螺栓、喇叭形的前螺母〔1〕、喇叭形的后螺母〔2〕、大导程的螺栓〔3〕，其特征在于所述的喇叭形的前螺母〔1〕与喇叭形的后螺母〔2〕一定是遵照喇叭口对着喇叭口的口对口安装。
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