CN103277392B - 偏心式自锁螺母 - Google Patents

Abstract

一种改进型偏心式自锁螺母，它从根本上解决了现有技术存在的在振动频率高、振动强度大、振动周期长等工况下螺母防松等问题，包括上部设置有偏心凸台的下体，下部设置有偏心孔的上体，其技术要点是下体偏心凸台与上体偏心孔之间，通过带锥台薄壁套筒紧密配合联接固定，下体偏心凸台的外径与带锥台薄壁套筒的内径相同，上体偏心孔的内径与带锥台薄壁套筒的外径相同，且三者初始状态，轴向中心线与上、下体的螺纹中心线偏离在同一偏心轴线上，上、下体端部之间设置轴向初始距离。其加工工艺简单，与联接螺栓配合后受力合理，且与普通螺母一样拆装方便，并利用螺母自身松动力矩实施补紧功能，具有显著增强螺母防松效果和更利于重复使用等优点。

Description

偏心式自锁螺母

技术领域

本发明涉及一种机械设备螺纹联接用的紧固件，特别是一种与联接螺栓配合利用螺母自身松动力矩实施补紧防松的偏心式自锁螺母。它主要适用于振动频率高、振动强度大、振动时间长、振动频率变化幅度大，且需要严格防止螺母松动的重要场合。

背景技术

通常机械设备螺纹联接用的紧固件由螺栓、螺母、弹簧垫圈等构成的螺栓组件，一般情况下的螺栓依靠螺母自身防松。其中防松螺母主要有以下几种：即内置尼龙防缓环式防松螺母、内置防缓钢片式防松螺母、内置防缓圆弹簧式防松螺母、内置防缓销（球）式防松螺母、改变螺纹牙型角式防松螺母、在径向面开防缓槽式防松螺母、将螺纹冲变形以增加螺母与螺栓摩擦力矩式防松螺母等。另外，采用来自外部作用构成的联合防松组件实现螺母防松的有：加弹簧垫圈防松，加止动垫片防松，利用粘合剂防松，在螺栓、螺母连接处冲变形点防松等形式。以上防松方法，各有利弊，但在振动频率高、振动强度大、振动周期长等工况下，很难满足防松要求。

据相关文献报导，为了解决这一问题，近年来出现了一些利用双螺母组合防松的结构设计，如英国专利GB1547585、德国专利DE364066825、法国专利FR 1.217.394和744.039等。上述这些技术方案的突出问题是不能避免固定在螺栓上轴向应力的产生，且不能实现组合式防松，更不能实现利用螺母自身松动力矩实施螺母补紧防松功能；另外，欧洲专利EP0362132A1、日本专利2003-42128A，也公开了双螺母“轴向距离”设计，虽然避免了固定它们的螺栓上轴向应力的产生，但没有继续研究该“轴向距离”与螺纹导程之间的对应关系，对如何阻止高频振动、防止螺母自激振动等的防松没有提出解决方案，也没有提出利用螺母松动力矩实施螺母补紧防松的方案。本申请人曾针对上述问题设计出专利公开号为CN1987133A的“偏心式自锁螺母”，公开了在螺母本体上方组装自锁环，并保持“轴向距离”与螺纹导程之间关系来对螺母防松的解决方案。但因其加工工艺难度较大，受力分布还不理想，防松效果仍未尽人意，无法解决螺母组合、利用螺母松动力矩实施补紧螺母防松这一难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进型偏心式自锁螺母，它从根本上解决了现有技术存在的在振动频率高、振动强度大、振动周期长等工况下螺母防松等问题，其加工工艺简单，与联接螺栓配合后受力合理，且与普通螺母一样拆装方便，并利用螺母自身松动力矩实施补紧功能，具有显著增强螺母防松效果和更利于重复使用等优点。

本发明所采用的技术方案是：该偏心式自锁螺母包括上部设置有偏心凸台的下体，下部设置有偏心孔的上体，上、下体与联接螺栓配合的内螺纹相同，且在同一轴向中心线上，上体偏心孔端部与下体偏心凸台端部之间轴向初始距离大于或等于二分之一螺距，上、下体外周端部之间轴向初始距离等于或小于二分之一螺距，其技术要点是：所述下体偏心凸台与上体偏心孔之间，通过带锥台薄壁套筒紧密配合联接固定，下体偏心凸台的外径与带锥台薄壁套筒的内径相同，上体偏心孔的内径与带锥台薄壁套筒的外径相同，且三者初始状态，轴向中心线与上、下体的螺纹中心线偏离在同一偏心轴线上；带锥台薄壁套筒的锥台端部与螺母上体偏心孔之间设置有由非金属材料或金属材料制成的阻尼套环；带锥台薄壁套筒采用金属材料或非金属材料制成整体式、分体式或由至少二个套筒构成组合式结构。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明在充分研究现有螺母防松原理的基础上进行改进，提出在下体偏心凸台与上体偏心孔之间，通过带锥台薄壁套筒紧密配合联接固定，且三者初始状态，轴向中心线与上、下体的螺纹中心线偏离在同一偏心轴线上，实施螺母防松锁紧时，将上体相对下体沿旋紧螺母方向转动一定角度，造成上体相对下体螺纹孔产生偏心，对联接螺栓产生径向压力，形成径向防松摩擦力矩；因上体偏心孔端部与下体偏心凸台端部之间轴向初始距离大于或等于二分之一螺距，上、下体外周端部之间轴向初始距离等于或小于二分之一螺距，故上体相对下体转动的同时，下体偏心凸台端部与上体偏心孔端部之间的轴向距离减少，造成带锥台薄壁套筒锥台部位变形，对联接螺栓产生径向压力，形成组合式防松，所以其加工工艺简单，与螺栓配合后受力合理，且与普通螺母一样拆装方便，实施锁紧后，利用螺母下体松动力矩补紧螺母防松，并在带锥台薄壁套筒联合作用下，实现组合式防松功能。因此，它从根本上解决了现有技术存在的在振动频率高、振动强度大、振动周期长等工况下螺母防松等问题，本发明利用螺母自身松动力矩实施补紧，具有的显著增强螺母防松效果远远超过当前任何一种防松螺母。

此外，如果带锥台薄壁套筒的锥台端部与螺母上体偏心孔之间设置阻尼套环，那么利用阻尼套环还可以吸收高频振动能量，阻碍来至下体的高频振动向上体传送，防止上体因自激振动引发松动，进一步确保防松可靠。从而使本发明更适用于振动强度大、振动时间长、振动频率高、振动频率变化幅度大，且需要严格防止螺母松动等重要场合。

为了拆卸方便，还可以在上、下体外周面设置上、下相互对应的标记，更有利于实现重复使用。同时，因操作时不需要专用工具，外部联接尺寸完全符合国家标准，故本发明容易实现标准化、系列化、大规模工业生产。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图；

图2是图1沿A-A线的剖视图；

图3是本发明一种使用状态示意图;

图4是本发明使用时受力原理图。

图中序号说明：1下体、2上体、3阻尼套环、4带锥台薄壁套筒、5上体偏心孔与下体偏心凸台端部之间轴向初始距离、6标记点、7上、下体外周端部之间轴向初始距离、8普通圆垫圈、9被联接件、10联接螺栓。

具体实施方式

根据图1～图4详细说明本发明的具体结构。该偏心式自锁螺母包括上部设置有偏心凸台的下体1，下部设置有偏心孔的上体2，上、下体2、1与联接螺栓10配合的内螺纹相同，且在同一轴向中心线上。其中下体1的偏心凸台与上体2的偏心孔之间，通过带锥台薄壁套筒4紧密配合联接固定。为了满足不同弹性变形和形成的摩擦系数大小的需要，带锥台薄壁套筒4可以采用金属材料或非金属材料制成整体式结构、分体式结构或由至少二个套筒构成组合式结构。上述联接固定的主要作用有二点：一是产生一定的初始摩擦力，以保证在使用前初始状态的上、下体2、1之间不发生相对移动，方便使用；二是实施自锁时，在偏心距作用下产生摩擦力矩MF2。下体1偏心凸台的外径与带锥台薄壁套筒4的内径相同，上体2偏心孔的内径与带锥台薄壁套筒4的外径相同，且三者初始状态，轴向中心线与上、下体2、1的螺纹中心线偏离在同一偏心轴线上。此时，本发明与普通螺母完全一样，可以徒手轻松旋入相同规格的联接螺栓10上。应使上体2偏心孔端部与下体1偏心凸台端部之间轴向初始距离5大于或等于二分之一螺距（或螺纹导程），上体2与下体1的外周端部之间轴向初始距离7等于或小于二分之一螺距（或螺纹导程）。其目的是为带锥台薄壁套筒4的锥台部分提供足够的变形空间；同时，防止螺母上体2、下体1在实施锁紧时发生对顶，而使联接螺栓10产生拉应力。由于在上、下体2、1之间的内部、外端部均设置有轴向初始距离，所以在实施锁紧时，不会增加联接螺栓10的轴向应力。同时保证在实施自锁时，通过减小上体偏心孔与下体偏心凸台端部之间轴向初始距离5，使带锥台薄壁套筒4的锥台部分发生弹性变形；在偏心距作用下上体2偏心孔、下体1偏心凸台与带锥台薄壁套筒4之间所产生的摩擦力矩小于上体2与联接螺栓10、下体1与联接螺栓10之间的摩擦力矩，以此实现利用螺母松动力矩实施螺母补紧防松功能。

带锥台薄壁套筒4的锥台端部与螺母上体2偏心孔端部之间设置有由非金属材料或金属材料制成的阻尼套环3。利用阻尼套环3可以吸收高频振动能量，阻碍来至下体1的高频振动向上体2传送，防止上体2因自激振动引发松动，进一步确保防松可靠。从而使本发明更适用于振动强度大、振动时间长、振动频率高、振动频率变化幅度大，且需要严格防止螺母松动等重要场合。同时还可以保证在实施自锁时，进一步减小上体2偏心孔端部与下体1偏心凸台端部之间轴向初始距离5，增加弹性变形量。

因上体2相对下体1旋转180度时，会出现偏心距最大值，即出现最大锁紧力，所以选择上体2、下体1外周端部轴向初始距离7等于或小于二分之一螺距（或螺纹导程）的另一个目的是防止出现超越旋转180度现象，以保证最大偏心距不会因旋转角度增大而发生减小，同时，最大限度降低螺母自由高度。

如图3所示，是本发明一种使用状态示意图，偏心式自锁螺母通过联接螺栓10、普通圆垫圈8将被连接件9联接一起，当相对下体1沿旋紧螺母方向旋转上体2时，便发生自锁。

如图4所示，是本发明使用时受力原理图，当相对下体1沿旋紧螺母方向旋转上体2发生自锁时，在偏心距作用下，设置下体1对联接螺栓10产生的径向压力为F1，上体2对联接螺栓10产生的径向压力为F3，而在上体2、下体1、带锥台薄壁套筒4三者的连接处对薄壁套筒4产生的径向作用力为F2、反作用力为F2′。三组力在偏心距作用下，满足了上、下体2、1之间摩擦力矩的表达式“MF1﹥MF3﹥MF2（或MF1=MF3﹥MF2）”。在振动力作用下，震动能量首先造成下体1松动，使螺母向松开方向转动一个角度，受“MF1﹥MF3﹥MF2（或MF1=MF3﹥MF2）”不等式作用，下体1不能通过其偏心凸台与带锥台薄壁套筒4之间的摩擦力矩，通过上体2偏心孔带动上体2一起转动。当振动能量所产生的松动力矩大于螺母初始防松预紧力矩时，下体1会在上体2不动的情况下，松动一个角度，即相当于下体1未动，上体2相对下体1沿旋紧螺母方向转动了一个角度，使上、下体2、1内螺纹孔相对偏心量增加，造成防松摩擦力矩增加，直至与松动力矩平衡为止。

该螺母在使用时，首先按常规方法将螺母拧紧，当需要实施防松时，将上体2相对下体1沿旋紧螺母方向转动一个角度（角度越大，偏心距越大，初始锁紧力就越大），造成上体2相对下体1螺纹孔产生偏心，对联接螺栓10产生径向压力F1、F3，形成防松摩擦力矩，从而完成利用螺母松动力矩实施螺母补紧防松功能。同时，下体1偏心凸台内周端部与上体2偏心孔内周端部之间的轴向初始距离5减小，造成带锥台薄壁套筒4锥台及外部阻尼套环3变形，对联接螺栓10产生径向压力，形成组合式防松功能。

在上、下体外周面设置上、下相互对应的标记点6。当需要拆卸螺母时，将上体2相对下体1沿松开螺母方向转回初始位置，使上、下体2、1外周面对应处的上、下标记点6（或标记线）对齐，此时，上、下体2、1的内螺纹孔恢复同心，失去对联接螺栓径向压力，同时，带锥台薄壁套筒4的锥台部分与阻尼套环3，恢复至原位，失去轴向压力，解除组合式防松，沿松开螺母方向同时旋转上、下体2、1即可卸下螺母。由于在整个操作过程中，内外联接螺纹始终处于吻合状态，所以，对联接螺栓10不会产生伤害作用。

Claims (1)

1.一种偏心式自锁螺母，包括上部设置有偏心凸台的下体，下部设置有偏心孔的上体，上、下体与联接螺栓配合的内螺纹相同，且在同一轴向中心线上，上体偏心孔端部与下体偏心凸台端部之间轴向初始距离大于或等于二分之一螺距，上、下体外周端部之间轴向初始距离等于或小于二分之一螺距，其特征在于：所述下体偏心凸台与上体偏心孔之间，通过带锥台薄壁套筒紧密配合联接固定，下体偏心凸台的外径与带锥台薄壁套筒的内径相同，上体偏心孔的内径与带锥台薄壁套筒的外径相同，且三者初始状态，轴向中心线与上、下体的螺纹中心线偏离在同一偏心轴线上；带锥台薄壁套筒的锥台端部与螺母上体偏心孔之间设置有由非金属材料或金属材料制成的阻尼套环；带锥台薄壁套筒采用金属材料或非金属材料制成整体式、分体式或由至少二个套筒构成组合式结构。