CN217950968U - 一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，包括耐磨垫片、螺母总成和限位组件，螺母总成包括螺母座、齿圈和蝶形弹簧，螺母座朝向轴头的一端设置有耐磨垫片容置腔，耐磨垫片一部分位于耐磨垫片容置腔内另一部分外露在耐磨垫片容置腔外并用于与轴承接触，能够减少螺母座与轴承之间的直接磨损，保证轴承长时间处于最佳装配状态；螺母座的外周面上设置有齿圈容置槽和弹簧卡槽，齿圈套装在齿圈容置槽内，齿圈与螺母座啮合且二者之间只能朝一个方向相对啮合转动；蝶形弹簧的外侧抵在齿圈上使得齿圈与螺母座保持啮合，保证最佳的锁紧力矩，达到轮毂系统的最佳性能和使用寿命，彻底避免锁紧力矩过大或过小导致轴承早期失效的问题。

Description

一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构

【技术领域】

本发明创造涉及车辆工程技术技术领域，特别是一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构。

【背景技术】

现有技术中的汽车车桥轮毂，特别是重型汽车车桥轮毂一般采用一对背对背安装的圆锥滚子轴承，承担车轴的承载和旋转功能，轴承的安装精度和预紧力对轴承的使用性能和寿命起到至关重要的作用，根据不同的车桥载荷、轴承尺寸和轮毂尺寸，成对安装的圆轴滚子轴承具有最佳的锁紧力矩，达到最佳的性能和寿命。行业内主流的主机厂家一般采用伺服扳手或者手动扭矩扳手进行锁紧，而售后市场的维修网点通常采用简易扳手锁紧，极易造成轴承锁紧力矩过大或过小，导致轴承无法达到使用寿命，甚至造成的早期失效导致严重的安全事故。另外，由于轴承在长期的工作状态下，对锁紧零件会产生磨损，导致后期使用中的轴承安装精度逐步丧失，降低轴承的使用寿命。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明创造提供一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，用于锁紧并压紧轴承，保证轴承的安装精度，防止锁紧力矩过大或过小导致轴承早期失效。

为实现上述目的，本发明创造提供如下技术方案：

一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，包括依次套装在轴头1上的耐磨垫片2、螺母总成3和用于对所述螺母总成3进行限位的限位组件4，所述螺母总成3包括套装在所述轴头1上的螺母座31以及套装在所述螺母座31上的齿圈32和蝶形弹簧33，所述螺母座31朝向所述轴头1的一端设置有耐磨垫片容置腔310，所述耐磨垫片2一部分位于所述耐磨垫片容置腔310内并与所述耐磨垫片容置腔310接触，所述耐磨垫片2的另一部分外露在所述耐磨垫片容置腔310外并用于与轴承5接触；所述螺母座31的外周面上设置有齿圈容置槽311和弹簧卡槽312，所述齿圈32套装在所述齿圈容置槽311内，所述齿圈容置槽311的槽壁环形阵列分布有若干第一齿牙313，相邻所述第一齿牙313之间形成有第一齿槽314，所述齿圈32设置有与所述第一齿牙313啮合的第二齿牙321，相邻所述第二齿牙321之间形成有第二齿槽322，所述齿圈32与螺母座31之间只能朝一个方向相对啮合转动；所述蝶形弹簧33呈环形片状，所述蝶形弹簧33的内侧卡入所述弹簧卡槽312内，所述蝶形弹簧33的外侧抵在所述齿圈32上使得所述齿圈32与螺母座31保持啮合。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述限位组件4包括弹簧卡圈41和插销42，所述螺母座31的中部具有供所述轴头1穿过的第一轴孔315，所述耐磨垫片容置腔310位于所述第一轴孔315的一侧并与其相通，所述第一轴孔315的另一侧内壁设置有若干环形阵列分布的内齿牙316，所述轴头1的外周面上设置有延其轴向方向延伸并与所述第一轴孔315相通的限位槽10，所述插销42插入至所述限位槽10和第一轴孔315之间，所述插销42设置有与所述内齿牙316相啮合的外齿牙421；所述弹簧卡圈41套装在所述轴头1上并与所述插销42固定连接。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述插销42的侧端设置有通孔420，所述弹簧卡圈41呈环形，所述弹簧卡圈41的上端向下折弯后穿过所述通孔420。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述内齿牙316的齿数为50至100；所述内齿牙316与外齿牙421的齿形一致。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述耐磨垫片2的中部设置有供所述轴头1穿过的第二轴孔20，所述耐磨垫片2设置有伸入所述第二轴孔20内的凸起部21，装配后所述凸起部21位于所述限位槽10内。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述螺母座31朝向所述轴头1的一端设置有从所述耐磨垫片容置腔310的顶端向外侧翻边的翻边部317。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述第一齿牙313与第二齿牙321的啮合角度为33±5°。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述第一齿牙313的齿数为10-15齿。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述第一齿牙313的横截面呈直角梯形，其中一腰的第一顶角和第一底角均为直角，另一腰的第二底角的角度为33±5°；所述第二齿牙321呈直角梯形，其中一腰的第二顶角和第三底角均为直角，另一腰的第四底角的角度为33±5°。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述第一顶角和第二顶角均设置有倒角，所述第一底角与第一齿槽314之间设置有倒角，所述第一底角与第二齿槽322之间设置有倒角；所述齿圈32的外周面呈六边形。

本发明创造的有益效果是：

1、本发明创造的包括耐磨垫片、螺母总成和限位组件，螺母总成包括螺母座、齿圈和蝶形弹簧，螺母座朝向轴头的一端设置有耐磨垫片容置腔，耐磨垫片一部分位于耐磨垫片容置腔内另一部分外露在耐磨垫片容置腔外并用于与轴承接触，能够减少螺母座与轴承之间的直接磨损，保证轴承长时间处于最佳装配状态；

2、螺母座的外周面上设置有齿圈容置槽和弹簧卡槽，齿圈套装在齿圈容置槽内，齿圈与螺母座啮合且二者之间只能朝一个方向相对啮合转动；蝶形弹簧的外侧抵在齿圈上使得齿圈与螺母座保持啮合，保证最佳的锁紧力矩，达到轮毂系统的最佳性能和使用寿命，彻底避免锁紧力矩过大或过小导致轴承早期失效的问题。

【附图说明】

图1是本发明创造的结构示意图；

图2是本发明创造的结构分解示意图；

图3是本发明创造的结构剖视示意图；

图4是螺母总成的结构示意图；

图5是螺母总成的结构分解示意图；

图6是螺母座的结构示意图；

图7是齿圈的结构示意图；

图8是限位组件的结构示意图；

图9是耐磨垫片的结构示意图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明：

如附图1至附图9所示，一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，包括依次套装在轴头1上的耐磨垫片2、螺母总成3和用于对所述螺母总成3进行限位的限位组件4，所述螺母总成3包括套装在所述轴头1上的螺母座31以及套装在所述螺母座31上的齿圈32和蝶形弹簧33，所述轴头1的端部采用螺纹设计，螺母座31内设置有与轴头1螺纹连接的螺纹。二者采用螺纹旋紧装配的方式。所述螺母座31朝向所述轴头1的一端设置有耐磨垫片容置腔310，所述耐磨垫片2一部分位于所述耐磨垫片容置腔310内并与所述耐磨垫片容置腔310接触，所述耐磨垫片2的另一部分外露在所述耐磨垫片容置腔310外并用于与轴承5接触；即耐磨垫片容置腔310的深度小于所述耐磨垫片2的厚度，使得所述耐磨垫片2可以贴紧螺母座31和轴承5，这样耐磨垫片2可以将螺母座31和轴承5分隔开，避免两者发生直接摩擦，由于耐磨垫片采用了强化或表面强化工艺，提供了耐磨性能，可以保证轴承长期保持较好的安装精度。所述螺母座31的外周面上设置有齿圈容置槽311和弹簧卡槽312，所述齿圈32套装在所述齿圈容置槽311内，所述齿圈容置槽311的槽壁环形阵列分布有若干第一齿牙313，相邻所述第一齿牙313之间形成有第一齿槽314，所述齿圈32设置有与所述第一齿牙313啮合的第二齿牙321，相邻所述第二齿牙321之间形成有第二齿槽322，所述齿圈32与螺母座31之间只能朝一个方向相对啮合转动；所述蝶形弹簧33呈环形片状，所述蝶形弹簧33的内侧卡入所述弹簧卡槽312内，所述蝶形弹簧33的外侧抵在所述齿圈32上使得所述齿圈32与螺母座31保持啮合。保证最佳的锁紧力矩，达到轮毂系统的最佳性能和使用寿命，彻底避免锁紧力矩过大或过小导致轴承早期失效的问题。

在本实施例中，所述限位组件4包括弹簧卡圈41和插销42，所述螺母座31的中部具有供所述轴头1穿过的第一轴孔315，所述耐磨垫片容置腔310位于所述第一轴孔315的一侧并与其相通，所述第一轴孔315的另一侧内壁设置有若干环形阵列分布的内齿牙316，所述轴头1的外周面上设置有延其轴向方向延伸并与所述第一轴孔315相通的限位槽10，所述插销42插入至所述限位槽10和第一轴孔315之间，所述插销42设置有与所述内齿牙316相啮合的外齿牙421；所述弹簧卡圈41套装在所述轴头1上并与所述插销42固定连接，通过插销42将螺母座31轴向固定。所述内齿牙316的齿数为50至100，最佳设计的齿数范围为50至80；所述内齿牙316与外齿牙421的齿形一致，可以相互啮合。限位槽10的宽度略宽于插销42的宽度，此设计的主要目的是使螺母总成3无论锁紧旋转至任何角度，插销42都可以对应插入螺母座31内与内齿牙316啮合。所述插销42的侧端设置有通孔420，所述弹簧卡圈41呈环形，所述弹簧卡圈41的上端向下折弯（凹陷设计）后穿过所述通孔420。所述弹簧卡圈41下端可以拨开。当插销42插入限位槽10固定螺母总成3后，可以拨开弹簧卡圈41使得弹簧卡圈41卡入螺母总成3的端部，防止弹簧卡圈41和插销42掉落。

在本实施例中，所述耐磨垫片2的中部设置有供所述轴头1穿过的第二轴孔20，所述耐磨垫片2设置有伸入所述第二轴孔20内的凸起部21，装配后所述凸起部21位于所述限位槽10内，凸起部21对耐磨垫片2起到限位作用。所述耐磨垫片2采用薄环状的结构，整体淬火、感应淬火、渗碳等强化工艺，提高耐磨垫片的耐磨性能。

在本实施例中，所述螺母座31采用金属锻造成型，并按照设计进行机加工，可以看出螺母座31整体呈法兰状，第一轴孔315为螺纹设计，与车桥轴头1端部的螺纹配合连接；直径较大的一端设计环形沉孔，形成所述耐磨垫片容置腔310。所述螺母座31朝向所述轴头1的一端设置有从所述耐磨垫片容置腔310的顶端向外侧翻边的翻边部317。

在本实施例中，所述第一齿牙313与第二齿牙321的啮合角度为33±5°，最佳角度为33°。所述第一齿牙313的齿数为10-15齿，最佳齿数为12齿。更进一步地说，所述第一齿牙313的横截面呈直角梯形，其中一腰的第一顶角和第一底角均为直角，另一腰的第二底角的角度为33±5°，最佳角度为33°；所述第二齿牙321呈直角梯形，其中一腰的第二顶角和第三底角均为直角，另一腰的第四底角的角度为33±5°，最佳角度为33°。螺母座31的小头端部机加工为薄环状，可以套入容纳蝶形弹簧33，薄环状的设计可以在蝶形弹簧33套入后，采用“旋压”工艺将螺母座31反唇压紧蝶形弹簧33。所述第一顶角和第二顶角均设置有倒角，所述第一底角与第一齿槽314之间设置有倒角，所述第一底角与第二齿槽322之间设置有倒角。在本实施例中，在顺时针锁紧过程中，可以沿角度爬升，而在逆时针反转过程中，第一齿牙313与第二齿牙321是正向直角接触，可以防止反装。

在本实施例中，所述齿圈32的外周面呈六边形。所述齿圈32可以采用工程塑料注塑成型，或者采用粉末冶金压制烧结成型。所述第二齿牙321的齿数与第一齿牙313的齿数对应。齿圈32背离第二齿牙321的一端面无特殊要求，具有平整可定位的面即可。采用注塑工艺成型的齿圈可以采用“蜂窝”状的设计，节省材料，但端面应基本平整，可供蝶形弹簧33定位压紧。

在本实施例中，蝶形弹簧33采用薄片状弹簧钢材料制成，整体呈环状，通过压型工艺制成锥形，再通过热处理工艺将材料硬度强化至HRC45～55的硬度，具有良好的弹性，此时对蝶形弹簧33施加轴向的压力，蝶形弹簧33会产生反向的弹力。

螺母总成3的安装过程如下：齿圈32套入螺母座31，使两者齿面相互扣合，其中小角度锥面相互贴合。蝶形弹簧33依次套入螺母座31，环形较大的一面贴紧齿圈32无齿形的端面，环形较小一面靠近螺母座31的唇口，此时唇口略高出蝶形弹簧33，采用“旋压”工艺将唇口翻边，压紧蝶形弹簧33，唇口翻边后形成所述弹簧卡槽312，此时完成了螺母总成3的装配。

装配的过程中，采用六边形套筒顺时针转动螺母总成3，螺母总成3带动耐磨垫片2直至贴紧轴承5的端面以前，由于受到的螺纹阻尼不断，齿圈32和螺母座31的相对位置不会发生变化，当耐磨垫片2贴紧轴承5的端面后，螺母座31无法再继续旋转，此时套筒继续顺时针扭转齿圈32，齿圈32的小角度齿形面会沿着螺母座31的小角度齿形面滑动爬升，迫使齿圈32产生向后的移动，而齿圈32的背面会压缩蝶形弹簧33，蝶形弹簧33因受压缩产生对齿圈32的反作用力，产生一定的锁紧力矩。随着齿圈32的小角度齿形面沿着螺母座31的小角度齿形面不断滑动爬升，蝶形弹簧33产生的反作用力不断加大，直至小角度齿形面爬升至齿形的顶点位置，齿圈32和螺母座31的齿形在顶部端面滑动，此时齿圈32相对螺母座31后退的位移达到最大值，对蝶形弹簧33的压缩量也达到最大值，并对齿圈32产生的最大的反作用力，此时套筒扳手转动齿圈32的力矩即为设计预设的锁紧力矩，螺母座31通过耐磨垫片2施加到轴承5的压力也不再增加，对轴承5产生了预设的预紧力。此时通过套筒扳手继续转动齿圈32，齿圈32的齿顶会落入与螺母座31的齿形的齿底（第一齿槽314中），蝶形弹簧33会将齿圈32压回最初的轴向位置，由此不断顺时针转动齿圈32，齿圈将重复上述动作，锁紧力矩只能达到齿圈32和螺母座31的齿顶接触时所产生的力矩，实现了固定锁紧力矩的功能，螺母座31通过耐磨垫片2施加到轴承5的压力也会保持恒定不变。锁紧螺母总成3后，按照上述介绍将插销42插入限位槽10，固定螺母总成3，并将弹簧卡圈41卡入螺母总成3的端部翻边位置（弹簧卡槽312中）即可完成整个组装过程。

预设的锁紧力矩是由齿圈32和螺母座31的齿形（第一齿牙313与第二齿牙321）的设计、蝶形弹簧33的弹力性能和螺母座31唇口翻边高度决定的，可以根据不同轮毂轴承的最佳预紧力，调节上述决定因素达到。

当需要拆卸螺母总成3时，只需要拔开弹簧卡圈41，拔出插销42，用套筒逆时针旋螺母总成3，由于齿圈32和螺母座31齿形在逆时针转动时，两者的齿形是90°直角接触的，齿圈32会随着套筒的逆时针转动直接带到螺母总成3旋转，直至将螺母总成3完全旋出，完成拆卸过程。

从上述功能介绍可以看出，只采用简易的套筒螺母即可保证锁紧力矩的一致性，安装过程简单易行且无需专业的扭矩扳手。另外，齿圈32的齿顶会瞬间落入与螺母座31的第一齿槽314中，由于零件由于碰撞会发出“咔”的声音，锁紧过程有明显的锁紧回馈，可以明确提醒操作者已经完成了锁紧过程，彻底解决了锁紧力矩过大或过小导致的轴承到期失效的问题。

Claims (10)

1.一种新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：包括依次套装在轴头（1）上的耐磨垫片（2）、螺母总成（3）和用于对所述螺母总成（3）进行限位的限位组件（4），所述螺母总成（3）包括套装在所述轴头（1）上的螺母座（31）以及套装在所述螺母座（31）上的齿圈（32）和蝶形弹簧（33），所述螺母座（31）朝向所述轴头（1）的一端设置有耐磨垫片容置腔（310），所述耐磨垫片（2）一部分位于所述耐磨垫片容置腔（310）内并与所述耐磨垫片容置腔（310）接触，所述耐磨垫片（2）的另一部分外露在所述耐磨垫片容置腔（310）外并用于与轴承（5）接触；所述螺母座（31）的外周面上设置有齿圈容置槽（311）和弹簧卡槽（312），所述齿圈（32）套装在所述齿圈容置槽（311）内，所述齿圈容置槽（311）的槽壁环形阵列分布有若干第一齿牙（313），相邻所述第一齿牙（313）之间形成有第一齿槽（314），所述齿圈（32）设置有与所述第一齿牙（313）啮合的第二齿牙（321），相邻所述第二齿牙（321）之间形成有第二齿槽（322），所述齿圈（32）与螺母座（31）之间只能朝一个方向相对啮合转动；所述蝶形弹簧（33）呈环形片状，所述蝶形弹簧（33）的内侧卡入所述弹簧卡槽（312）内，所述蝶形弹簧（33）的外侧抵在所述齿圈（32）上使得所述齿圈（32）与螺母座（31）保持啮合。

2.根据权利要求1所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述限位组件（4）包括弹簧卡圈（41）和插销（42），所述螺母座（31）的中部具有供所述轴头（1）穿过的第一轴孔（315），所述耐磨垫片容置腔（310）位于所述第一轴孔（315）的一侧并与其相通，所述第一轴孔（315）的另一侧内壁设置有若干环形阵列分布的内齿牙（316），所述轴头（1）的外周面上设置有延其轴向方向延伸并与所述第一轴孔（315）相通的限位槽（10），所述插销（42）插入至所述限位槽（10）和第一轴孔（315）之间，所述插销（42）设置有与所述内齿牙（316）相啮合的外齿牙（421）；所述弹簧卡圈（41）套装在所述轴头（1）上并与所述插销（42）固定连接。

3.根据权利要求2所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述插销（42）的侧端设置有通孔（420），所述弹簧卡圈（41）呈环形，所述弹簧卡圈（41）的上端向下折弯后穿过所述通孔（420）。

4.根据权利要求2所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述内齿牙（316）的齿数为50至100；所述内齿牙（316）与外齿牙（421）的齿形一致。

5.根据权利要求2所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述耐磨垫片（2）的中部设置有供所述轴头（1）穿过的第二轴孔（20），所述耐磨垫片（2）设置有伸入所述第二轴孔（20）内的凸起部（21），装配后所述凸起部（21）位于所述限位槽（10）内。

6.根据权利要求2所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述螺母座（31）朝向所述轴头（1）的一端设置有从所述耐磨垫片容置腔（310）的顶端向外侧翻边的翻边部（317）。

7.根据权利要求1-6任一所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述第一齿牙（313）与第二齿牙（321）的啮合角度为33±5°。

8.根据权利要求7所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述第一齿牙（313）的齿数为10-15齿。

9.根据权利要求8所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述第一齿牙（313）的横截面呈直角梯形，其中一腰的第一顶角和第一底角均为直角，另一腰的第二底角的角度为33±5°；所述第二齿牙（321）呈直角梯形，其中一腰的第二顶角和第三底角均为直角，另一腰的第四底角的角度为33±5°。

10.根据权利要求9所述的新型固定锁紧力矩的轴头螺母结构，其特征在于：所述第一顶角和第二顶角均设置有倒角，所述第一底角与第一齿槽（314）之间设置有倒角，所述第一底角与第二齿槽（322）之间设置有倒角；所述齿圈（32）的外周面呈六边形。

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