带有螺旋端面构造的防松螺姆及螺栓
专利摘要:带有螺旋端面构造的防松螺姆及螺栓;属于机械领域.本发明的螺栓、螺母及是斜契螺母或斜契螺栓;斜契螺母特点:在螺母的一个端面加工有间隔排布的轴向凸出区域及凹陷区域;而且凸出区域及凹陷区域数量相等,使用螺旋面进行连接;而螺旋面所对应的螺旋线的螺距小于螺母螺距,大于螺母螺距的20分之一;凸出区域所对应的螺旋线最高点与自身的最近处螺母螺旋线轴向距离,要小于螺母螺距的整数倍加上螺母螺距的2分之一,大于于螺母螺距的整数倍加上螺母螺距的40分之一;广泛适用于各种对紧固安全性加高要求的领域中。
专利说明:
带有螺旋端面构造的防松螺姆及螺栓
[0001] [技术领域]
[0002] 本发明属于机械技术领域,确切的讲是利用斜契原理的防松动螺栓 及螺母。
[0003] [背景技术]
[0004] 螺母、螺栓之间的防松往往是由弹簧垫、双叫紧螺母、顶丝及劈销 钉等常规方式。但无外部器件的防松螺母是由Hard Lock创始人若林克彥自己 设计研发的,第一个版本称为“U螺母”,使用板簧卡住螺丝钉螺纹的方法,让 螺母保持牢固,不会松动。但是第一代产品有些小问题,就是装配在挖掘机和打 桩机上的U螺母,因为震动太大而出现了松动的现象。若林克彥又设计了他的第 二代产品,现在市面上都是第二代产品(即哈德洛克螺母)。
[0005] 哈德洛克螺母防松动原理:首先这种螺母是成对配套使用的,分为 凹状螺母和凸状螺母,安装时注意顺序,凸状螺母在下方先装,凹状螺母在上方 后装。凸状螺母制造时采用的偏心加工,凹状螺母是正常的中心圆形加工,当两 个凸凹螺母拧在一起,就像螺母中插入楔子一样,从而实现了防松动的效果。Hard Lock螺母成功后,市面上出现大量HardLock螺母仿造品。公司创始人若林克 彦却在公司网站上发布了Hard Lock螺母的设计图纸,并仔细讲解了Hard Lock 螺母的原理和制作过程。虽然模仿者很多,但成功者几乎没有,这就是技术的关 键。原因在于发明这样结构的螺母不难,难的是需要在使用中不断地改进。从这 家公司的设立到日本最大铁路公司的全面使用,公司创始人用了近20年的时间。 这20年中他们不断的技术改进,才使HardLock螺母成了世界上唯一绝不松动的 螺母。
[0006] 哈德洛克公司在其官网上特别注明:本公司常年积累的独特技术和 诀窍,对不同尺寸和材质有不同的对应偏心量,这是Hard Lock螺母无法被模仿 的关键所在。(写到这里想到前几天写的一篇文章,制造真空蒸镀机的日本Canon Tokki公司,也仅仅300人却垄断市场)。Hard Lock螺母不仅在日本,甚至在全 世界得到广泛应用,Hard Lock螺母已被澳洲、英国、波兰、中国、韩国的铁路 所采用,中国台湾新干线自从采用Hard Lock螺母也保持运行以来无人身事故的 纪录。除铁路以外,日本的世界最长吊桥“明石海峡大桥”、世界最高的自立式 电波塔“东京晴空塔”、美国的太空梭发射台、海洋钻探机等国內外许多国家和地区,都采用了Hard Lock螺母。
[0007] 除了Hard Lock螺母,再介绍三款防松动的零件。
[0008] 第一种是瑞典马尔默公司设计开发的—洛帝牢X系列防松垫圈,利 用一个独特的多功能设计,以提供最高的安全性。新的夹芯复合材料技术,结合 洛帝牢楔形效果解决方案(阻止自发松动)和一个特别的弹性效果(用于弥补因 为松弛造成的预紧力损失),可让连接元件可抵挡住自发螺栓松动和松弛,大大 给予了额外的安全感。在铁轨上或铁轨附近,每当列车驶过就会引起抖动和振动。 Nord-Lock X-系列防松垫圈将楔形制锁原理及弹性效应相结合,可有效地防止沉 降和松弛引起的松脱。
[0009] 第二种是中国唐氏螺栓,它兼容两种不同旋向的螺母,把右旋螺母 的退松力直接转变成左旋螺母的拧紧力,将两个相对的力转化为相助相融。唐氏 螺纹紧固件在联接时,使用两只不同旋向的螺母:工作支承面上的螺母称为紧固 螺母,非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧,然后再将锁 紧螺母预紧。在振动、冲击的情况下,紧固螺母会发生松动的趋势,由于紧固螺 母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向,锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松 退,导致紧固螺母无法松动。
[0010] 第三种是深圳自紧王科技研发的自紧螺母,它仅需一个螺母和一个 垫圈就轻松解决所有问题(与洛帝牢X系列防松垫圈出于同一原理),在用材、 工艺、精密度要求上全无顾忌,高中低螺丝螺母皆能生产。中国自锁螺母原理: 利用螺母和垫片之间的螺旋面吻合结构,实现了自紧力理论的运用,并以特定的 抬升角,完全达到防松脱的作用,使其只能拧紧不能松脱,而要松开螺母必须拧 转垫片才能实现。中国自紧螺母因端面设计成多截螺旋面支撑结构,不仅增加了 联结副的稳定性,同时也彻底终止了螺母拧紧后应力大多集中在第一、二个齿牙 上的传统紧固件的缺失,从而使应力均匀分布,不但大大提升了螺母和螺杆的承 载力,而且也降低了内外螺纹的损伤程度。
[0011] 已有的斜契工作原理也是本发明的背景技术部分:斜契原理的重要 组成部分是斜面:斜面是简斜面单机械的一种,可用于克服垂直提升重力G的困 难。利用斜面将物体提升到一定高度时,力的作用距离和力的大小都取决于斜面 的倾角。物体与斜面间摩擦力f很小时,可达到很高的效率。
[0012] 斜面设计:同一水平面成向上倾斜角度的平面。沿垂线向上举物体 费力,若把物体放在斜面上,沿斜面往上推或拉就可以省力。设重量为W的物体 放在升角为α的斜面AB上。当物体静止或做匀速直线运动时,若不考虑摩擦, 则由静力学平衡条件可知重力W、沿斜面的拉力F和斜面的法向反力N构成一 封闭力三角形F=Wsinα。因F为输入力,W为输出力,所以斜面的机械益 =W/F=1/sinα=s/h。这就是斜面原理:输出力同输入力之比等于直角三角形ABC 中的斜边同一直角边之比。因s>h,所以斜面的机械效率小于1。盘山公路、物 料运输机中的斜面传送带等就是斜面原理的具体应用。
[0013] 斜面特点:斜面与平面的倾角越小,斜面较长,则省力,但费距离, 机械效率低。斜面与平面的倾角越大,斜面较短,则费力,但省距离,机械效率 高。以斜面装置拉动滑车至高处的施力,比直接吊起滑车至高处的施力要小,也 就是说,斜面可以用较小的力将物体台至高处。斜面愈长或斜面高愈短即斜角愈 小,则愈省力。
[0014] 斜面的应用:日常生活中有很多事物应用斜面的原理而达到省力的目 的,如楼梯、蜿蜒而上的山路等。若将两个斜面结合在一起,则形成一种称为楔 (或称为劈)的简易机器。楔在切割并分裂东西非常有用。刀、斧及人类门牙均为 楔的例子。
[0015] [发明内容]
[0016] 本发明的目的:巧妙的利用斜契工作原理,制造简单防松动螺栓。
[0017] 本发明是通过以下技术方案来实现上述目的:
[0018] 本发明包括:斜契螺母对。及2种搭配;斜契螺母搭配斜契螺母; 斜契螺母搭配斜契螺母垫圈;如果要松动螺栓就要付出更大的能量,来克服组件 之间的弹性形变及永久形变。
[0019] 斜契螺母特点:在螺母的一个端面加工有间隔排布的轴向凸出区域及 凹陷区域;而且凸出区域及凹陷区域数量相等,其中N代表端面所加工的轴向凸 出区域及轴向凹陷区域的对数数值,就是如果端面加工有3个凸出区域及3个凹 陷区域的话,N值就取3;如果端面加工有5个凸出区域及5个凹陷区域的话,N 值就取3,以此类推;在相邻的凸出区域与凹陷区域之间,使用螺旋面进行连 接,满足螺旋线(以同轴柱面去截取该螺旋面,所获得的曲线,不同直径的柱面 会获得不同的曲线)的沿着侧面柱面展开后的直线原则;将所获得的螺旋线延续 就获得了环绕柱面的多圈的螺旋线,无论柱面的直径多大,所获得螺旋线的螺距 都是相同的。
[0020] 斜契螺母垫圈特点:该螺旋线的螺距要小于螺母螺距,大于螺母螺距 的20分之一;另外,凸出区域所对应的螺旋线最高点与自身的最近处螺母螺旋 线轴向距离(即:用过该最高点且通过轴线的平面,对螺母螺旋线所截取的最近 点的轴向距离),要小于螺母螺距的整数倍加上螺母螺距的2分之一,大于于螺 母螺距的整数倍加上螺母螺距的40分之一。这样才能确保,2个斜契螺母沿着 螺栓旋转接近时,所加工的螺旋面之间能相互触及到,而不会碰阻于凸出构造上。
[0021] 斜契螺母的防松原理:由于螺旋面的螺线螺距小于螺母螺距,当2 个斜契螺母沿着螺栓旋转接近时,2个斜契螺母的螺旋面之间的靠近速率要小于 不同螺母端面之间的靠近速率。根据虚功原理的机械传动系统的反比位移力度原 则表明:在同样的相对锁紧2个斜契螺母的情况下,将在斜契螺母的螺旋面之间 产生大于普通螺母的端面的接触压力,理论上的压力增加,等于斜契螺母的螺母 自身螺距与螺旋面对应螺旋线螺距比值,也就是当螺旋面对应螺旋线与螺母自 身螺距比是1/3时,螺旋面之间的结合力将是普通螺母的3倍。
[0022] 斜契螺母垫圈/螺栓的端面构造与斜契螺母的一致,同样的螺旋面构 造加工在垫圈的一个侧面及螺栓螺帽朝向螺丝的帽沿环面上。
[0023] 本发明的有益效果在于:配合使用将具有更加牢固的防松动效果。
[0024] [附图说明]
[0025] 以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明:
[0026] 图1斜契螺母构造示意图。
[0027] 图2斜契螺母对使用示意图。
[0028] 图3斜契螺母对的锁紧状态示意图。
[0029] 标号说明:
[0030] (1)螺母自身螺线角
[0031] (2)螺旋面对应螺线角
[0032] (3)螺旋面的最凸出点
[0033] (4)螺旋面的最凹陷点
[0034] (5)螺旋面
[0035] (6)螺母螺纹底部
[0036] (7)螺栓螺纹顶部
[0037] (8)螺帽
[0038] (9)斜契螺母1
[0039] (10)斜契螺母2
[0040] (11)斜契螺栓底部
[0041] (12)轴线
[0042] [实施例证]
[0043] 如图1、图2及图3所示:
[0044] 当螺母自身螺线角(1)大于螺旋面对应螺线角(2)时,螺旋面(5)所 对应的螺旋线的螺距将大于螺母自身的螺距;用光滑螺旋面连接螺旋面的 最凸出点(3)与螺旋面的最凹陷点(4)得到2段螺旋面;剖面处表达了,螺 母螺纹底部(6)及螺栓螺纹顶部(7)。
[0045] 图3中:是斜契螺母1(9)与斜契螺母2(10)的典型配合使用,螺 旋面(5)所紧紧接触,强大的压力使得螺母不易松动;螺帽(8)的底部也可 以被加工成斜契螺栓底部(11)。(12)为轴线。
[0046] 本发明不局限于上述最佳实施方式:
[0047] 任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在 其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落 在本发明的保护范围之内。比如将斜契螺母的螺旋面局限在内环区域,外部可以 加工有少许高度的围环状的凸墙,当螺旋面结合接触后,环状的凸墙可以遮挡螺 旋面,美观大方;另外,本发明螺姆及螺栓是具有本构造的螺栓普通与普通螺 姆的组合使用,或具有本构造的2只螺姆与普通螺栓配合使用。
权利要求:1.带有螺旋端面构造的防松螺姆及螺栓;结构包括:螺栓、螺母;其特征就在于:本发明的螺栓、螺母及是斜契螺母或斜契螺栓;斜契螺母特点:在螺母的一个端面加工有间隔排布的轴向凸出区域及凹陷区域;而且凸出区域及凹陷区域数量相等;在相邻的凸出区域与凹陷区域之间,使用螺旋面进行连接;而螺旋面所对应的螺旋线的螺距小于螺母螺距,大于螺母螺距的20分之一;凸出区域所对应的螺旋线最高点与自身的最近处螺母螺旋线轴向距离,要小于螺母螺距的整数倍加上螺母螺距的2分之一,大于于螺母螺距的整数倍加上螺母螺距的40分之一;斜契螺母垫圈/螺栓的端面构造与斜契螺母的一致,同样的螺旋面构造加工在垫圈的一个侧面及螺栓螺帽朝向螺丝的帽沿环面上;本发明螺姆及螺栓是具有本构造的螺栓普通与普通螺姆的组合使用,或具有本构造的2只螺姆与普通螺栓配合使用。
公开号:CN110594271
申请号:CN201910378392.8A
发明人:吴小平 罗天珍
申请人:罗天珍
申请日:2019-05-08
公开日:2019-12-20