CN1450279A

CN1450279A - 形状记忆螺纹防松装置

Info

Publication number: CN1450279A
Application number: CN 03116573
Authority: CN
Inventors: 陈玉如; 刘文西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2003-10-22
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: CN1240950C

Abstract

形状记忆合金螺纹防松装置，它由三部分组成：形状记忆螺母、螺杆和在螺杆上涂敷特殊配制的易卸膏。旋转铁基形状记忆螺母至旋紧固定，再加热到一定温度形状记忆螺母缩径，形成稳定可靠的螺纹连接。易卸膏的主要成分重量百分比为：聚苯乙烯15－35％，异戊酸酯25－45％、邻苯二甲酸二丁脂20－40％、丙三醇0－11％，香精0－3％，乙酸乙脂0－3％。本发明装置特点是自锁防松效果好，同时便于拆卸。本发明结构简单，操作容易，经济实用，适用各种机械设备的装配。

Description

形状记忆螺纹防松装置

技术领域

本发明属于螺纹连接，是一种利用形状记忆合金和易卸膏的螺纹防松装置。

背景技术

螺纹连接是一种普遍采用的可拆式机械连接方法之一。它用扳手旋拧相对螺杆轴形成转矩，用以旋转螺母并沿螺纹斜面移动。如图1(a)是普通螺纹连接外形示意，图1(b)表示普通螺纹连接的剖面图。由于螺母与螺杆之间主作用力基本平行于螺杆轴，处于磨擦锥之内，于是形成自锁达到紧固连接的目的。这种螺纹连接在振动条件下，紧固主作用力的方向发生偏摆，一旦越过摩擦锥的范围自锁失效，便发生松动。螺纹连接在振动载荷谱条件下服役，周期地破坏自锁而逐步松动，以至螺母与螺杆完全分离，导致连接彻底失效。螺纹连接防松是很早以前提出的课题，为此人们作了很大努力，提出了许多方案，如改变螺纹齿型、双螺母夹持、机械阻挡装置、穿梢螺母等等，这些方案中或可靠性不够，或结构过于复杂，或拆装不方便，均有若干不足。最近对螺纹连接防松又提出更高要求，对各种交通和设备提倡超高速运行，我国将推出时速300公里的火车，和200公里的高速汽车，各种高频振动设备的推广应用也屡见不鲜。高速度往往引发大振动，其中高速火车的道岔振动问题尤为严重，已经引发了多起由紧固松动而产生的灾难性事故，因此当前急需要把螺母连接防松问题重新提到日程上来。

发明内容

本发明的目的是针对现有螺纹连接容易产生振动松动的缺陷，设计一种防止松动的螺纹紧固结构；

本发明采用的技术解决方案是，形状记忆螺纹连接防松装置，它包括螺母和螺纹杆，其特征是螺母为形状记忆合金螺母，以及涂敷在形状记忆合金螺母与螺纹杆紧固接触界面之间的易卸膏层。

形状记忆合金螺母合金材料可选择镍钛合金，铜基合金或铁基合金，优选铁基合金。

形状记忆合金螺母的化学组成为：含碳0.03-0.05％重量、硅4.9-5.1％重量，锰15.5-16.5％重量，余量为铁。

易卸膏的配方组成的重量百分比为：聚苯乙烯15-35％，异戊酸酯25-45％、邻苯二甲酸二丁脂20-40％、丙三醇0-11％，香精0-3％，乙酸乙脂0-3％。

铁基形状记忆合金造价低廉，且本身有许多特点：一是设计合金成分不受近等原子比例的限制，可以在相当范围调整，因此可根据不同的用途，设计和应用不同合金；其次合金易于生产，利用常规炼钢、锻轧设备可以进行加工；第三是相变温度具有宽滞后性质，一般大于100℃，并且处于常温范围，所以储存、转运和使用都非常方便。

形状记忆螺纹连接防松装置连接方法是先把形状记忆合金螺母用机械方法扩径2-6％，将所述易卸膏涂敷于螺杆与螺母的接触面上，旋紧螺母并加热至100-500℃。

利用加热收缩的形状记忆功能可以有效地防止螺纹松动，如图3所示，原来紧固轴向力F₀，受螺母径向收缩向心力F₃的作用，形成合力F₂，其方向近于垂直螺纹接触表面，虽然在振动条件下，方向仍然发生偏摆，但其摆动的范围恒在摩擦锥T的包围之中，因此不会发生松动。

形状记忆螺母有良好的防松功能，但另一方面由于紧固力F₂的增加，也给拆卸螺母造成困难，需要很大转矩才能进行拆卸。所以本发明提出在欲连接的螺杆上预先涂敷薄层易卸膏，如图4所示，这给拆装螺母带来方便。显然减少摩擦力也使摩擦锥角变小，但它仍然包围着紧固合力F₂的摆动锥，故同样保持着防松的效果。

对于易卸膏有五点要求：便于涂敷，容易与金属粘附；保持柔韧，长时间处于稳定；本身耐酸、耐碱、耐蚀，对于金属有一定保护作用；易拆功能良好，用常规的扳手可以拆卸螺母；配制方便，经济实用。

附图说明

图1为常规螺纹连接结构外形及其螺纹界面应力示意图。

图2为形状记忆螺母和相变螺纹连接外形及其螺纹连接的结构。

图3为形状记忆螺母螺纹界面应力分解示意图。

图4为形状记忆螺母界面涂层结构应力分解示意图。

图中a为常规螺母紧固状态，b为常规螺母紧固界面应力示意图，c为形状记忆合金螺母紧固介面示意图，1为形状记忆螺母，2为易卸膏层，3为常规螺杆，F₀为紧固轴向力，F₃为径向收缩向心力，F₂为紧固轴向力F₀与径向收缩向心力F₁之合力。T为摩擦锥角。

具体实施方式

由铁基形状记忆合金加工成螺母后，可用高温固溶、低温变形和中温退火恢复形状的训练处理方式，也可以用机械扩径后，再加热到一定温度收缩恢复原形方式与普通螺纹杆固紧，旋紧固紧前在螺纹杆处均匀涂敷易卸膏以便于螺母的拆卸。

实施例1、仿火车道岔承载螺钉M25工况进行台架振动对比试验，频率10Hz，振幅1.00mm。普通高强钢螺母接受振动10-15万次后，螺母发生完全松动。采用铁基形状记忆合金螺母，其主要化学组成(wt％)：碳0.05、硅5.02、锰15.91、镍4.07、铬8.91。形状记忆螺母扩径5％，训练收缩幅度1.6％。安装旋紧后，快速加热至210℃。易卸膏配方重量百分比：聚苯乙烯35％、异戊酸酯30％、邻苯二甲酸二丁脂25％、香精1％、丙三醇9％。上述同一规格螺纹连接，采用形状记忆防松装置后接受2734821次振动(相当于3个月)未发生任何松动。用扳手较易拆卸。

实施例2、仿汽车下底盘承载螺纹M12工况进行台架振动对比试验，频率10Hz，振幅0.50mm。普通螺母接受振动40万次后，螺母发生完全松动。采用铁基形状记忆合金螺母，其主要化学组成(wt％)：碳0.03、硅4.98、锰16.50、镍3.95、铬9.02，形状记忆螺母扩径3％，训练收缩幅度1.38％。安装施紧后，快速加热至300℃。易卸膏配方重量百分比：聚苯乙烯31％，异戊酸酯40％，邻苯二甲酸二丁脂27％、乙酸乙脂2％。上述同一规格螺纹连接，采用形状记忆防松装置后接受5078219次振动，未发生任何松动。用扳手较易拆卸。

综上所述，本发明形状记忆螺纹防松装置，利用了铁基形状记忆合金螺母加热缩径，形成稳定可靠的自锁防松效果，同时采用易卸膏给拆卸螺母带来方便，因此这种装置结构简单、操作容易、经济实用。发明的装置适合在飞机、汽车、船舶、火车、机床、矿机、农机等多种设备中广泛应用。

Claims

1、形状记忆螺纹连接防松装置，它包括螺母和螺杆，其特征是螺母为形状记忆合金螺母，以及还有涂敷在形状记忆合金螺母与螺纹杆紧固接触界面之间的易卸膏层。

2、根据权利要求1所述的形状记忆螺纹连接防松装置，其特征是形状记忆合金螺母合金材料为镍钛形状记忆合金，铜基形状记忆合金或铁基记忆合金，优选材料为铁基形状记忆合金。

3、根据权利要求1所述的形状记忆螺纹连接防松装置，其特征是涂敷在形状记忆螺母与螺杆接触界面之间易卸膏的配方重量百分比组成为：聚苯乙烯15-35％重量，异戊酸酯25-45％重量、邻苯二甲酸二丁脂20-40％重量、丙三醇0-11％，香精0-3％，乙酸乙脂0-3％。

4、形状记忆螺纹连接防松装置的连接方法，其特征是先把形状记忆合金螺母用机械方法扩径2-6％，将所述易卸膏涂敷于螺杆与螺母的接触面上，旋紧螺母并加热100℃-500℃。