CN115789059A - 一种坡形自锁紧固件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种坡形自锁紧固件，包括螺栓、螺母和垫片；垫片适于套接于螺栓且位于螺栓和螺母之间；垫片和螺母相对的端面适于通过坡形结构进行配合，以使得螺母带动垫片共同绕螺栓进行旋转直至并紧，进而坡形结构通过产生沿径向的合力矩来对螺母进行锁紧。本申请的有益效果：通过在螺母和螺栓之间增加垫片，并且垫片和螺母之间通过坡形结构进行配合，从而在螺母和螺栓进行并紧时，通过对螺母产生径向力偶矩来实现自锁。并且本申请的坡形自锁紧固件可以适用所有规格螺母在所有场合的自锁要求，不破坏螺纹，可以实现螺纹多次可拆连接，锁定力矩可调并自锁可靠。

Description

一种坡形自锁紧固件

技术领域

本申请涉及紧固件技术领域，尤其是涉及一种坡形自锁紧固件。

背景技术

螺母自锁在各行业有着重大需求。目前螺母自锁方法有破坏螺纹的止退方法、轴向摩擦力偶矩自锁方法、径向摩擦力偶矩自锁方法等。所有这些方法均是在螺母结构上进行结构设计来实现的，这就容易造成螺母的制造结构复杂，进而导致制造成本的增加；或者螺母的结构遭到破坏，无法进行重复的使用。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种制作简单且能够重复使用的坡形自锁紧固件。

为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种坡形自锁紧固件，包括螺栓、螺母和垫片；所述垫片适于套接于所述螺栓且位于所述螺栓和所述螺母之间；所述垫片和所述螺母相对的端面适于通过坡形结构进行配合，以使得所述螺母带动所述垫片共同绕所述螺栓进行旋转直至并紧，进而所述坡形结构通过产生沿径向的合力矩来对所述螺母进行锁紧。

优选的，所述坡形结构包括第一挤压面和第二挤压面；所述第一挤压面和所述第二挤压面均倾斜设置且倾斜角度相同；所述第一挤压面和所述第二挤压面分别设置于所述螺母和所述垫片相对的端面，以使得所述螺母和所述螺栓进行并紧时，所述第一挤压面和所述第二挤压面通过沿径向的分力对所述螺母进行自锁。

优选的，所述第一挤压面和所述第二挤压面与径向平面的夹角大于所述螺母和所述垫片接触面的摩擦角。

优选的，所述螺母和所述垫片相对的端面均呈倾斜设置，以分别形成所述第一挤压面和所述第二挤压面。

优选的，所述垫片的外轮廓呈正六边形，且所述垫片的外轮廓尺寸和所述螺母的外轮廓尺寸相同；所述第一挤压面和所述第二挤压面的起点和终点均位于所述螺母以及所述垫片的最大径向尺寸位置。

优选的，所述螺母和所述垫片相对的端面分别设置有至少一个凸块和凹槽；当进行所述螺母和所述螺栓的并紧时，所述螺母适于通过所述凸块和所述凹槽的卡合以带动所述垫片同步进行旋转直至并紧；所述第一挤压面设置于所述凸块，所述第二挤压面设置于所述凹槽。

优选的，所述第一挤压面和所述第二挤压面分别设置于所述凸块的顶端以及所述凹槽的底端；或，所述第一挤压面和所述第二挤压面分别设置于所述凸块以及所述凹槽沿圆周方向的侧边。

优选的，所述垫片的中心设置有第二通孔，所述第二通孔的直径为D，所述螺栓的螺纹大径为d；则D-d≤0.4mm。

优选的，所述螺母靠近所述垫片的一端中心设置有第一通孔，所述第一通孔和所述第二通孔尺寸相同，且所述第一通孔和所述螺母的螺纹孔轴线对齐。

优选的，所述坡形自锁紧固件还包括弹簧垫，所述弹簧垫适于套接于所述螺栓，以使得所述螺母和所述螺栓进行并紧时，所述弹簧垫适于和所述垫片远离所述螺母的一端进行弹性相抵。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

(1)通过在螺母和螺栓之间增加垫片，并且垫片和螺母之间通过坡形结构进行配合，从而在螺母和螺栓进行并紧时，通过对螺母产生径向力偶矩来实现自锁。

(2)并且本申请的坡形自锁紧固件可以适用所有规格螺母在所有场合的自锁要求，不破坏螺纹，可以实现螺纹多次可拆连接，锁定力矩可调并自锁可靠。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的剖视结构示意图。

图2为本发明图1所示实施例中螺母的结构示意图。

图3为本发明图1所示实施例中垫片的结构示意图。

图4为本发明图1所示实施例进行并紧时的受力状态示意图。

图5为本发明另一个实施例的剖视结构示意图。

图6为本发明图5所示实施例中螺母的局部剖视结构示意图。

图7为本发明图5所示实施例中螺母的俯视结构示意图。

图8为本发明图5所示实施例中垫片的局部剖视结构示意图。

图9为本发明图5所示实施例中垫片的俯视结构示意图。

图10为本发明图5所示实施例进行并紧时的受力状态示意图。

图11为本发明沿轴向的自锁受力状态示意图。

图中：螺栓100、螺母200、螺纹孔210、第一通孔220、第一挤压面230、凸块240、垫片300、第二通孔310、第二挤压面320、凹槽330、弹簧垫400。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的其中一个优选实施例，如图1至图11所示，一种坡形自锁紧固件，包括螺栓100、螺母200和垫片300。垫片300可以套接安装于螺栓100上，且垫片300的安装位置位于螺栓100和螺母200之间。垫片300和螺母200相对的端面可以通过坡形结构进行配合，以使得螺母200带动垫片300共同绕螺栓100进行旋转直至螺母200和螺栓100并紧时，螺母200和垫片300之间可以通过坡形结构产生沿径向的合力矩来实现对螺母200进行锁紧。

可以理解的是，在进行螺母200和螺栓100的并紧过程中，需要先将垫片300套入螺栓100上，然后再将螺母200和螺栓100进行旋合。在螺母200进行旋合的过程中，需要先将垫片300和螺母200通过坡形结构进行对齐，然后通过扳手等工具驱动垫片300和螺母200共同进行旋转，以避免螺母200的单独旋转受垫片300的干涉。

本实施例中，如图2至图4以及图6至图10所示，坡形结构包括第一挤压面230和第二挤压面320；第一挤压面230和第二挤压面320均倾斜设置且倾斜角度相同。第一挤压面230和第二挤压面320分别设置于螺母200和垫片300相对的端面，以使得螺母200和螺栓100进行并紧时，第一挤压面230和第二挤压面320通过沿径向的分力对螺母200进行自锁。

可以理解的是，在螺母200和螺栓100的旋合过程中，先拨动垫片300至第二挤压面320和螺母200的第一挤压面230贴合，然后通过扳手同时卡合垫片300以及螺母200，以保证螺母200和垫片300同步进行旋转，直至螺母200通过垫片300和螺栓100进行并紧。

此时对螺母200和垫片300进行受力分析。

如图4和图10所示，第一挤压面230和第二挤压面320相互挤压所产生的挤压力等大反向，并且垂直于第一挤压面230以及第二挤压面320。对第一挤压面230和第二挤压面320的之间的挤压力进行分解，可以得到沿轴线方向的第一分力和沿径向的第二分力。

其中，第一分力可以驱使螺母200和螺栓100进行轴向并紧，直至第一分力的合力和螺栓100头部对垫片200的支撑力N_轴进行平衡。此时，螺母200和螺栓100之间的螺纹轴向间隙被消除，从而可以通过增大螺母200和螺栓100螺纹配合所产生的接触面的摩擦力来实现螺母200的自锁。

其中，第二分力可以分别驱使垫片300和螺母200分别沿方向相反的A方向和B方向进行运动，直至第二分力的合力和螺栓100分别对螺母200以及垫片300的支撑力进行平衡。此时，垫片300对螺栓100的正压力为N_A，螺母200对螺栓100的正压力为N_B，正压力N_A和N_B的大小相等方向相反。由于正压力N_A和N_B在螺栓100轴向上位置不同，使得正压力N_A和N_B在螺栓100的轴向平面内能够产生使螺母200和垫片300进行倾覆的力矩，以进一步的提高螺母200的自锁效果。

如图11所示，当螺栓100在使用过程中由于振动等因素产生让螺母200松动的力矩M_松，使得螺母200产生向着松动方向的运动趋势时，正压力N_A和N_B所产生的摩擦力矩M_A和M_B正好可以和M_松反向，进而可以阻碍螺母200发生松动，以再一步的提高对螺母200的自锁。

本实施例中，如图2所示至图4以及图6、图8和图10所示，第一挤压面230和第二挤压面320与径向平面的夹角为α，α的值大于螺母200和垫片300接触面的摩擦角。

可以理解的是，螺母200在和螺栓100进行并紧时，螺母200和垫片300之间通过第一挤压面230和第二挤压面320进行挤压配合。当螺母200有发生松脱的趋势时，由于第一挤压面230和第二挤压面320的倾斜设置，使得螺母200相对于垫片300产生螺旋转动的趋势。

由此，对螺母200和垫片300之间进行受力分析可以得到螺母200相对于垫片300进行自锁的摩擦角。所以，为了保证螺母200能够具有足够的自锁性能，可以将第一挤压面230和第二挤压面320的倾斜角度设置的大于螺母200相对于垫片300的摩擦角。

还可以理解的是，由上述的受力分析过程中，正压力N_A和N_B的值都与夹角α有关；即夹角α越大，则正压力N_A和N_B的值越大，反之越小。所以，根据紧固件在不同工作环境的应用，可以通过改变夹角α的值来调节螺母200自锁力矩的大小。

本实施例中，垫片300的外轮廓形状可以是任意边数为偶数的正多边形，且垫片300其中一对相对侧边之间的距离与螺母200任意一对侧边之间的距离相等。以保证垫片300和螺母200进行贴合时，方便通过扳手对垫片300和螺母200进行共同的旋转操作。

可以理解的是，为了保证螺母200在沿螺栓100进行螺旋转动时，垫片300能够和螺母200进行共同运动。所以需要通过工具对垫片300进行限制，以避免在螺母200旋转的过程中，垫片300发生相对滑动。通过将垫片300的外轮廓也设置成正对边形，从而可以通过操作螺母200进行旋转的扳手来一同限制垫片300的相对滑动，以保证垫片300和螺母200保持共同的旋转运动，直至螺母200和螺栓100并紧。其中，为了方便进行垫片300的加工，优选的可以将垫片300的外轮廓加工成和螺母200外轮廓相同的正六边形。

在本申请中，第一挤压面230和第二挤压面320的设置方式有多种，包括但不限于下述的两个实施例。

实施例一：如图1至图4所示，螺母200和垫片300相对的端面均呈倾斜设置，以分别形成第一挤压面230和第二挤压面320。

本实施例中，第一挤压面230和第二挤压面320的成型方式有多种，包括但不限于下述的两种。

成型方式一：第一挤压面230和第二挤压面320的起点和终点均位于螺母200以及垫片300任意一对相对的侧边。

成型方式二：第一挤压面230和第二挤压面320的起点和终点均位于螺母200以及垫片300的最大径向尺寸位置。

可以理解的是，对于上述的成型方式一，由于加工时需要沿螺母200和垫片300的毛坯件的棱边进行固定，所以需要专用夹具来进行夹持。而对于上述的成型方式二，由于加工时只需沿螺母200和垫片300的毛坯件的侧边进行固定，所以只需要采用通用夹具即可。因此，为了方便进行加工以及降低生产成本，本实施例优选采用上述的成型方式二，且这样可以方便扳手作业的同时可以对螺母200和垫片300施加同步最大旋转扭矩，以保证螺母200和垫片300的圆周转动方向一致，且相对于螺栓100只进行轴向进给，进而实现螺母200通过垫片300和螺栓100的并紧。

实施例二：如图5至图10所示，螺母200和垫片300相对的端面分别设置有至少一个凸块240和凹槽330。当进行螺母200和螺栓100的并紧时，螺母200可以通过凸块240和凹槽330的卡合以带动垫片300同步进行旋转直至并紧；此时，第一挤压面230设置于凸块240，第二挤压面320设置于凹槽330。

可以理解的是，在共同驱使螺母200和垫片300进行旋转的过程中，通过凸块240和凹槽330的卡合，可以进一步的保证螺母200和垫片300之间保持圆周方向的同步旋转，以提高螺母200的自锁性能。

本实施例中，凸块240和凹槽330的具体数量可以根据实际需要进行设置，例如图5至图10所示，凸块240和凹槽330的数量均为两对，每对的两个凸块240和凹槽330对称设置于螺母200和垫片300的端面两侧。

本实施例中，第一挤压面230和第二挤压面320的设置位置有多种，包括但不限于下述的两种。

设置位置一：第一挤压面230和第二挤压面320分别设置于凸块240的顶端以及凹槽330的底端。

具体的，将凸块240向凹槽330方向延伸的顶端的端面进行倾斜设置以得到所需的第一挤压面230。将凹槽330的底部也进行同样角度的倾斜设置以得到所需的第二挤压面320。每个凸块240以及凹槽330所分别形成的第一挤压面230以及第二挤压面320相互平行，以保证每个第一挤压面230和对应的第二挤压面320所产生的分力可以进行等效合成。

设置位置二：如图5至图10所示，第一挤压面230和第二挤压面320分别设置于凸块240以及凹槽330沿圆周方向的侧边。

具体的，垫片300的中心设置有第二通孔310，螺母200的中心设置有螺纹孔210。凸块240和凹槽330分别位于螺母200以及垫片300的侧边。每个凸块240以及凹槽330所分别形成的第一挤压面230以及第二挤压面320相互平行，以保证每个第一挤压面230和对应的第二挤压面320所产生的分力可以进行等效合成。

本申请的其中一个实施例，如图3、图4、图8、图10和图11所示，垫片300的中心设置有第二通孔310，第二通孔310的直径为D，螺栓100的螺纹大径为d；则D-d≤0.4mm。

可以理解的是，为了避免或降低垫片300在随螺母200同步旋转的过程中对螺栓100的螺纹造成损失，可以将垫片300中心的第二通孔310的尺寸设置的大于螺栓100的螺纹大径。若第二通孔310的直径尺寸D过大，容易导致螺母200和螺栓100并紧后，垫片300和螺母200的偏离距离过大，进而造成第一挤压面230和第二挤压面320的受力不均。所以，垫片300中心的第二通孔310的尺寸不宜过大。一般来说，垫片300中心的第二通孔310的直径不宜超过螺栓100螺纹大径0.4mm。

本实施例中，如图2和图6所示，螺母200靠近垫片300的一端中心设置有第一通孔220，第一通孔220和第二通孔310尺寸相同，且第一通孔220和螺母200的螺纹孔210轴线对齐。

可以理解的是，在进行螺母200的内螺纹的加工时，一般需要保证螺纹的完整性，故而螺母200的螺纹孔210的长度需要小于螺母200的长度，即螺纹孔210和第一挤压面230之间通过设置第一通孔220进行间隔设置，且为了保证螺母200的下端能够顺利和螺栓100进行配合，可以将第一通孔220的尺寸设置的大于螺栓100的螺纹大径。为了方便加工，优选的将第一通孔220的尺寸设置的和第二通孔310的尺寸相同。

本申请的其中一个实施例，如图1、图4、图5和图10所示，坡形自锁紧固件还包括弹簧垫400，弹簧垫400可以套接于螺栓100，以使得螺母200和螺栓100进行并紧时，弹簧垫400可以和垫片300远离螺母200的一端进行弹性相抵。

可以理解的是，通过设置弹簧垫400，可以增大螺母200和螺栓100进行并紧时的轴向挤压力，进而提高螺母200沿圆周方向的摩擦力，以进一步的提高螺母200的自锁性能。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种坡形自锁紧固件，其特征在于，包括：螺栓、螺母和垫片；所述垫片适于套接于所述螺栓且位于所述螺栓和所述螺母之间；所述垫片和所述螺母相对的端面适于通过坡形结构进行配合，以使得所述螺母带动所述垫片共同绕所述螺栓进行旋转直至并紧，进而所述坡形结构通过产生沿径向的合力矩来对所述螺母进行锁紧。

2.如权利要求1所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述坡形结构包括第一挤压面和第二挤压面；所述第一挤压面和所述第二挤压面均倾斜设置且倾斜角度相同；所述第一挤压面和所述第二挤压面分别设置于所述螺母和所述垫片相对的端面，以使得所述螺母和所述螺栓进行并紧时，所述第一挤压面和所述第二挤压面通过沿径向的分力对所述螺母进行自锁。

3.如权利要求2所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述第一挤压面和所述第二挤压面与径向平面的夹角大于所述螺母和所述垫片接触面的摩擦角。

4.如权利要求2所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述螺母和所述垫片相对的端面均呈倾斜设置，以分别形成所述第一挤压面和所述第二挤压面。

5.如权利要求4所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述垫片的外轮廓呈正六边形，且所述垫片的外轮廓尺寸和所述螺母的外轮廓尺寸相同；所述第一挤压面和所述第二挤压面的起点和终点均位于所述螺母以及所述垫片的最大径向尺寸位置。

6.如权利要求2所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述螺母和所述垫片相对的端面分别设置有至少一个凸块和凹槽；当进行所述螺母和所述螺栓的并紧时，所述螺母适于通过所述凸块和所述凹槽的卡合以带动所述垫片同步进行旋转直至并紧；所述第一挤压面设置于所述凸块，所述第二挤压面设置于所述凹槽。

7.如权利要求6所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述第一挤压面和所述第二挤压面分别设置于所述凸块的顶端以及所述凹槽的底端；

或，所述第一挤压面和所述第二挤压面分别设置于所述凸块以及所述凹槽沿圆周方向的侧边。

8.如权利要求1-7任一项所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述垫片的中心设置有第二通孔，所述第二通孔的直径为D，所述螺栓的螺纹大径为d；则D-d≤0.4mm。

9.如权利要求8所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述螺母靠近所述垫片的一端中心设置有第一通孔，所述第一通孔和所述第二通孔尺寸相同，且所述第一通孔和所述螺母的螺纹孔轴线对齐。

10.如权利要求1所述的坡形自锁紧固件，其特征在于：所述坡形自锁紧固件还包括弹簧垫，所述弹簧垫适于套接于所述螺栓，以使得所述螺母和所述螺栓进行并紧时，所述弹簧垫适于和所述垫片远离所述螺母的一端进行弹性相抵。

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