专利名称：：具备防止松弛结构的螺母本体装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种在激烈震动的情况下也不会发生松弛的具有防止松弛结构的螺母本体装置(METHODOFFASTENINGANATANDTHEIRFASTENINGSTRUCTURE)。
背景技术：
：汽车，各种机器，电气设备以及各种建筑物等结构物体，在它们被组装时通常使用螺栓和螺母的固定方式结构，因为它们容易组装和拆卸，而且价格便宜，因此被广泛使用。但是，螺栓等紧固件在外界沖击，震动，或者热力等外界的动力的作用下，螺母就会慢慢地开始反向回转，失去螺栓紧固件的紧固力量，从而不能发挥紧固的作用。至今为止产业界都还有因为螺栓螺母本体松弛而导致事故发生的现象。解决像这样的螺栓螺母紧固件的松弛问题是产业界必须解决的重要课题之一。但长期以来各种机器以及其他各种结构物使用大量的螺母与螺栓配合。这些螺母通过强力拧紧可以使得组装结构紧固从而发挥作用。然而例如特别是使用在有震动的地方，存在有由于震动而松动的缺陷。为了解决这个缺陷，重叠使用两个螺母的所谓双螺母方案已经存在。这样的双螺母结构使用在加有震动位置，和使用单螺母时的情况相比起到了较难;^动的功效。但是，使用双螺母结构，是需要两个螺母的，因此不仅提高了成本而且安装也变成要重复两次。有鉴于上述现有螺母存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的具备防止^^弛结构的螺母本体装置，能够改进一般现有的螺母容易4^弛,使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本皮明。
发明内容本发明的目的在于，克服发明者观察到的存在问题，经过反复的创意研究，终于开发出在使用单个螺母本体的前提下，即使发生震动也很难松动的螺母本体，这种螺栓紧固结构作为解决松弛问题的方案之一就是提供一种新的具有防止+〉弛功能的斜螺紋。本发明的另一目的在于，提^"种M防ibfi^结构的螺母本体装置，所要解决的技术问题是使本发明的斜螺紋螺母本体，虽然与普通六角螺母形状相同并可单个使用，在与螺栓连接时不需要复杂的工具和程序的紧固方法，其结果提供了一种即使有外加震动影响也不会发生松弛且又容易生产的螺母本体装置。而且，该螺母本体除了具备防止螺栓和螺母本体连接时松弛的结构之外，还提供了防止脱落的功能。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具备防止松弛结构的螺母本体装置，具有相对于垂直中心线的在同心圆形上穿设内螺紋的螺母本体，其中在螺母本体的水平中心线上方，同时在从一侧到另一侧超过所述内螺紋的垂直中心线位置为止形成有扁平槽的结构。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的具备防止松弛结构的螺母本体装置，其中所述的螺母本体的底面设计有相对水平面倾斜l°~5。角度的斜面。前述的防止松弛机构的螺母本体装置，其中所述的斜面，在其倾斜方向上螺母本体开设扁平槽，扁平槽的开放端部侧较高。前述的防止松弛机构的螺母本体装置，其中所述的斜面，在其倾斜方向上螺母本体开设的扁平槽，扁平槽的封闭端部侧较高。前述的防止松弛机构的螺母本体装置，其中所述的螺母本体的高度，与现在市场上销售的普通螺母本体的高度相比，是普通的螺母本体高度x0.8=螺母本体的高度。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明防止松弛的螺母本体装置的特征是，设有相对于垂直中心线的在同心圓形上穿设内螺纹的螺母本体，在螺母本体的水平中心线上方，同时在从一側到另一侧超过所述内螺紋的垂直中心线位置为止形成有扁平槽的结构。并且，在上述螺母本体的底面，设计有相对水平面倾斜1。~5。左右的斜面。更进一步说，在这种情况下，上述螺母本体的高度H，与目前市场上销售的普通螺母本体的高度H1相比，存在Hx0.8-HI的关系。本发明具备防止^^弛结构的螺母本体装置可达到相当的^t术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点一种具备防止松弛结构的螺母本体装置，具有在发生震动时也很难松动的螺母本体，这种螺栓紧固结构解决了螺母松弛问题。一种具备防止松弛结构的螺母本体装置，具有本发明的斜螺紋螺母本体，与普通六角螺母本体形状相同但可单个使用，在与螺栓连接时不需要复杂的工具和程序的紧固方法，即使有外加震动影响也不会发生松弛且又容易生产的螺母本体装置。该螺母本体除了具备防止螺栓和螺母本体连接时松弛的构造之外，还提供了防止脱落的功能。综上所述，本发明新颖的具备防止松弛结构的螺母本体装置，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的螺母本体具有增进的突出功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细iJL明如下。图l是螺母本体的平面图。图2是螺母本体的正面图。图3是螺母本体用转角法形成的弹塑性紧固模型的立体图。图4是螺母本体的转角以及紧固转矩关系的理论分析曲线图。图5是螺母本体与JIS标准螺母的转角与紧固转矩的关系曲线图。图6是螺栓的轴向力对紧固转矩的影响分析结果曲线图。图7是JIS标准螺母与有扁平槽的螺母本体的解析结果曲线图。图8是JIS标准螺母与有斜面的螺母本体的对比解析结果曲线图。图9是螺母本体与JIS标准螺母的对比解析结果曲线图。图10是螺母本体，JIS标准螺母，有斜面的螺母本体，有扁平槽的螺母本体四种模型的解析结果曲线图。图11是针对四种模型与螺母本体开始紧固时的关系解析结果曲线图。图12是轴向力与紧固转矩的关系的解析结果曲线图。图13是显示螺栓轴心与螺母本体的扁平槽之间幅度的变位量的曲线具体实施例方式为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具备防止松弛结构的螺母本体装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。请参阅图l所示，为本发明已经完成螺母本体(l)的一实施例，对于垂直中心轴(L2)，按同心圆形状穿设有内螺紋(2)。在这个螺母本体(l)的水平中心轴(L1)的上面，而且从一侧到另一侧，超过上述内螺紋(2)的垂直中心线(L2)位置为止，开设了一个扁平槽(3)。还有，在上述螺母本体(l)的底面，设计有相对水平面倾斜1°-5°左右的倾斜角(e)的斜面(4)。再有，在这个实施例中，重要的事是螺母本体(1)的高度(H)和目前市场上销售的普通螺母(图中未示)的高度(Hl)相比，存在Hx0.8-HI的关系。再有，上述螺母本体(1)的扁平槽(3)的高度(h)以及底面的倾斜角度(6)而构成的外部高度(L)之间存在有一定的关系，例如为了确保曰本国工业标准(JIS)B1052中规定的螺母本体强度，限制[h=H—H1—L]以下是很重要的。更进一步的，扁平槽(3)的幅宽度必须大于扁平槽(3)的深度(巾)以上，其结果[O.5<h<H—H1—L]并且[h=0.5x(H—Hl—L)]公式成立。(数字O.5是考虑尺寸的容许误差的数)下面利用这个结果，扁平槽(3)的高度(h)按下面的螺母本体(1)导出如下结果OHh16161.220201.524241.530302.2①.........螺母本体(1)的公称直径(M)0.5x(18—13—0.63)=1.2实际尺寸1.21.8实际尺寸1.51.8实际尺寸1.52.2实际尺寸2.2在M16的情况下，h=0.5x(H—H1—L)=在M20的情况下，h=0.5x(20—18—0.79)=在M24的情况下，h=0.5x(24—19一1.25)=在M30的情况下，'h=0.5x(30—24—1.61)=(以上尺寸表单位mm)当然，本发明螺母本体(l)，在机械或者构造物的组装时只是使用的安装方法的一种(如图3所示)拧在螺栓(5)上。另外，这种螺栓的紧固方法，因为从安装方便以及价格低廉等方面来看，其用途较为广泛。但，如果对螺母本体(1)或者螺栓(5)施加沖击或者震动，或者热负荷等动态的外力作用，螺母本体(l)通常就开始一点一点地回转，该螺母本体(l)和螺栓(5)的紧固结构体就会失去紧固力，就不能实现其紧固的功能。接下来，表1显示的是螺母本体(1)的外径尺寸，公称直径从MIO到M42的螺紋的各部分的尺寸。开槽的幅宽M10是0.8mm，M12是1.0mm，M16是.1.2mm,M20是1.2mm，M24是1.5mm，M30是2.Omm。而且，螺母本体(1)随着底面角度和开槽的变形，咬合的螺紋部分产生较大的接触力，发挥出防止松动的效果。作为防止松动的螺紋部分，选择螺母本体(l)之际，为了提供明确的指标，应该明确机械机理，以及对强度和力学特征产生的影响做出评价。在这里本发明应用三元有限元素法，对使用螺母本体(1)的螺栓紧固结构的性能作解说性质的评价。作为评价的性能内容，组装时的扭矩管理所不可缺少的安装扭矩和轴向力的关系以及螺紋各部位的强度进行了分析。在表1中，D:螺紋的公称直径，A:对角尺寸(mm)，B:平行面间的距离(mm)，D:螺母本体的高度(mm)，G:开槽的幅宽(mm)，H:螺母本体底面到开槽的高度(mm)，I:开槽的深度(mm),E:开槽侧的螺母本体高度(mm)，K:从开槽到螺母本体上表面的长度，P:螺紋距(mm)，W:重量(克)。螺母本体的外径尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>标准的拉伸强度试验，疲劳试验，震动试验等，其他研究结合起来对分析的结果和实际测试结果进行对照，验证分析了其解析结果的正确与否。特别是，讨论了螺母本体(1)的松动防止机能的结构机理与制造时磨损螺紋齿峰被减少部分对机械强度的影响。接下来用同样的手法，螺母本体(1)的防松动结构机理使用解析软件ADINA8，0进行三元有限元素法解析。解析是通过采用转角法来对螺母本体的弹塑性拧紧，如图3所示的模型来进行解析的。解析除了螺母本体(l)之外，还有JIS标准的螺母，螺母本体(l)的底面倾斜角(e),扁平槽(3)等4种零件实施了解析，并且对底面倾斜角(e)，扁平槽(3)等螺紋特性及其影响进行了研讨。而且，假设螺栓的未使用的螺紋齿峰为5个，把柄长80mm,被连接的物体为刚体，螺栓的底面和被紧固物是固定的。同时还假定螺紋的尺寸是印/6g公差范围内的公称直径为M16米的普通螺紋。元素使用一元四面体元素，螺纹的接触部以及螺母本体的底面部分为了对紧固转矩进行精确的解析，各元素被详细划分。用于该解析的材料的物理参数，螺栓.螺母本体的纵向弹性系数为200GPa。而且螺栓.螺母本体的泊松比为0.3。螺栓的强度分类为10.9,螺母本体(1)为8。初期的屈服应力螺栓(5)为790MPa。塑性体按照线形硬化弹塑性体，塑性的接线系数螺栓螺母本体同为2700MPa。解析的种类是考虑到材料非线性、几何学的非线性情况下进行的弹塑性解析。接触面的摩擦系数为0.15，在紧固过程中假定摩擦系数不变。这种场合，解析条件如表2所示。更进一步，系统的详细设定如表3所示设定。还有，HRN的三元有限元素模型的节点数为l8014，元素个数为71669。解析按螺母本体的转角每转0.1°计算一次直到150°。计算结果每转1°输出一次。使用计算机Pentium4,2.4GHz的CPU，计算时间40小时。另外，这时的解析条件正如表3所示。解析诸元素<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>还有，螺母本体(1)的转角和紧固转矩的关系也VJ里论Jl^以了分析。图4显示的曲线便是分析结果。这时的横轴是螺母本体(l)的转角，纵轴表示转矩。图上紧固转矩是底面转矩和螺紋面转矩，倒角转矩的和。HRN是从转角刚刚过ir时开始产生转矩的。这是因为螺母本体(l)的底面上具有倾斜角度(e)的斜面。图5显示的是螺母本体(l)和JIS标准螺母(l)的转角与紧固转矩的关系。但是对于图5来说，横轴是螺母本体(l)的转角(deg)，纵轴是螺栓紧固时的紧固转矩。细线表示是在JIS标准螺母的情况下，实线表示现有螺母本体(1)的解析结果。—而且，JIS标准螺母则是在螺母本体转角^^7。M开始紧固转矩一同增大的。转角一直到67。左右为止，紧固转矩显示出同样的增加倾向。可是，螺母本体(l)到转角11°左右为止，紧固转矩不会发生。这就是因为螺母本体(1)的底面有大约1°的倾斜面所达到的效果。旋转螺母本体(l)转到转角过了12°开始到50°为止，尽管变化是緩慢的，但是有紧固转矩发生。在这个区间内单位角度的紧固转矩增加率为0.770。再有，转角到50°以上，变化斜度将突然变大。这是因为螺母本体(1)的底面达到转角50。时螺母本体U)的底面完全被紧固物拧到位时所造成的。另外，JIS标准螺母和螺母本体(l)相比较，JIS标准螺母在紧固转矩超过300Nm之后增长率变小。而螺母本体(1)在紧固转矩超过250Nm左右开始增长率变小。斜率开始变小的点的紧固转矩的比较结果，和JIS标准螺母相比，螺母本体(l)小50Nm左右。这是因为螺母本体底面有斜面，被紧固物体被拧到位时螺栓弯曲，在较低的轴向力作用下发生塑性延伸的结果。图6是解析轴向力对紧固转矩影响的解析结果的显示，横轴是螺母本体(l)的轴向力，纵轴表示紧固转矩。图7到图1O是表示其计算结果。横轴是螺栓本体(l)的轴向力，纵轴表示紧固转矩。图7是JIS的标准螺母和有开槽的螺母本体(l)的解析结果，轴向力略微超过80kN时，显示出紧固转矩比JIS标准螺母大的倾向。因为随着轴向力的增大，开槽的影响就表现出来了。图8是关于JIS标准螺母和具有倾斜角度(6)斜面(4)的螺母本体(1)的解析结果。具有倾斜角度(6)的螺母本体(1)在螺栓(5)的全部轴向力范围内，显示出紧固转矩比JIS标准螺母大的倾向。图9是关于螺母本体(1)和JIS标准螺母的解析结果。也就是说，螺栓(5)的轴向力在全部的范围内，显示出紧固转矩比JIS标准螺母大的倾向。特别是轴向力大的范围内显得更大。这是因为随着轴向力的增大，也增大了扁平槽(3)的效果的缘故。例如，轴向力为60kN时紧固转矩，螺母本体(l)是157Nm,JIS标准螺母是147Nm。又如，轴向力为100kN时紧固转矩，螺母本体(1)是263Nm,JIS标准螺母是244Nm。以此类推可以发现，本发明的螺母本体(1)具有紧固转矩在10到20Nm左右的特征。图lO是对螺母本体(l),JIS标准螺母，具有斜面(4)的螺母本体(1)[但是，从螺母本体(1)中除去扁平槽(3)的模型]，以及带有扁平槽(3)的螺母本体(1)[螺母本体(1)除去底面有斜面(4)的模型]的4种模型的分析结果。在这里显示了螺栓(5)的轴向力到20kN为止的详细情况。从这里可以看出，螺母本体(l)从一开始拧紧时螺母本体(l)和JIS标准螺母的比较就表现出拧紧的效果具有的特性。图l1显示了螺母本体(l)开始拧动到最后拧紧的位置为止，4种模型的解析结果。JIS标准螺母和具有斜面(4)的螺母本体(l)对螺栓(5)的轴向力在整个区域内具有同程度的斜率这一特征。然而，螺母本体(l)，具有斜面(4)的螺母本体(1)从开始拧动到紧固转矩为25Nm的范围之内斜率比前者大。这是底面螺母本体(l)上设有斜面的模型的共性。刚才的螺栓(5)在转角40°时和紧固转矩25Nm的值一致。因此，我们认为，底面完全拧到位为止，螺栓弯曲或者被压弯所需要的能量加到底面无斜度的模型的紧固转矩所需要的能量上算的结果。而且，轴向力在60kN以上的时候，螺母本体(1)和开有扁平槽(3)的螺母本体(1)的紧固转矩显示出有逐渐增大的倾向。这是开有扁平槽(3)的螺母本体(1)模型的共同特征，根据计算条件通过解析奉得的轴向力存在上限值。这就是有限要素模型的局部网格发生了很大变形，计算变得无法得到结论所引起的。但实际上在紧固时，直到螺母本体(l)的螺紋齿峰被拧变形都一直可以继续下去。因此，延长图1l所显示的特性，进一步可以期待发生很大的紧固转矩，在同一轴向力的情况下，紧固转矩大的得到的防松动的效果就更大。以上的分析结果表明，从拧动初期起具有斜面(4)的螺母本体(1)有扩大紧固转矩的效果，在轴向力60kN以上螺母本体(1)上的扁平槽(3)有扩大紧固转矩的效果。而且图12显示解析轴向力和紧固转矩的关系的解析结果，以及与实测结果的比较。在轴向力的全部范围内两者的转矩值是很一致的，这就表明这个解析的结果有很充分的可信赖性。图13是显示关于螺栓(5)轴心和螺母本体(1)的扁平槽(3)的变位量的曲线，横轴表示轴向力，纵轴表示螺栓(5)轴心的变位量，于是随着螺栓(5)的轴向力增加的同时，螺栓(5)也同样的发生变位直到0.65mm左右。之后，虽然轴向力增加但这个变位值维持不变，从轴向力10000kgf左右开始变位恢复，12000kgf左右时恢复到大约O.45mm。轴向力增加时，螺栓(5)轴心的变位恢复的现象是因为轴向力增加时，开槽的幅度变形使得螺栓的变位减少了。接下来关于螺母本体(1)的防松动结构，我们试着观察研究一下那个扁平槽(3)的位置和防止松动的效果的关系、也就是说，使得扁平槽(3)的幅度变窄的力量是将螺栓(5)的轴向力传送到螺母本体(1),螺母本体(1)内咬合的螺紋齿峰中，在扁平槽(3)之上的咬合的螺紋齿峰分担的轴向力而引起的。扁平槽(3)设置在螺母本体(1)的上部则分担的轴向力较小，如果扁平槽(3)到了下部，使得扁平槽(3)变的狭小的力量就增加了。其结果是由于保持干涉螺距的力量很强，防止松动的效果就更大。螺母本体(1)设置直角的扁平开槽(3)，通过拧紧扁平槽变小使得紧固螺栓(5)在扁平开槽(3)的位置n弯曲。根据螺栓(5)的刚性以及其力学性能，也就是说随着扁平槽(3)的幅度变小，导致了螺栓(5)的弯曲，另外螺栓(5)借助于扁平槽(3)的上和下，螺母本体(1)的螺紋结合而被束縛。在这种情况下，扁平槽(3)的幅度变小是通过外螺紋的齿峰和内螺紋的齿峰相互干涉程度而体现的，这种相互的干涉起到了防止松动的作用。另外，该螺母本体(l)，螺栓(5)与螺母本体(1)的结构中具有防止松动的构造以及防止脱落的构造。也就是说，这个实际案例有螺栓(5)以及螺母本体(1)与紧固面，外螺紋内螺紋的结合面的两个面的防止松动结构。防止松动的能力是这两个面的摩擦力和摩擦中心半径的乘积。摩擦系数大的螺栓(5)和螺母本体(1)以及半径大的螺栓(5),螺母本体(1)不易松动。特别是该具有扁平槽(3)的螺母本体(1)的防松动结构，由于内螺紋的螺紋间距的窄小化而有所干涉。紧固的轴向力上升会引起横向槽(3)以上的部分的内螺紋被横向槽(3)的下面的部分牵引，横向槽(3)变窄。这样，螺母本体(1)的螺距仅只在扁平槽(3)位置变窄。扁平槽(3)的幅度较宽的话，使得螺距变窄产生较小的轴向力。但是，螺距变小，没有必要比1个螺距要大。而且横向槽(3)变宽后，相互咬合的螺紋齿峰的个数变少，从螺母本体(1)的构造上来说是不太好的。以上的发明可以提供一种在不需要复杂的柠紧操作和工具等的情况下具有充分发挥防止松动功能的螺母本体。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。权利要求1、一种具备防止松弛结构的螺母本体装置，具有相对于垂直中心线的在同心圆形上穿设内螺纹的螺母本体，其特征在于在螺母本体的水平中心线上方，同时在从一侧到另一侧超过所述内螺纹的垂直中心线位置为止形成有扁平槽的结构。2、根据权利要求1所述的防止松弛机构的螺母本体装置，其特征在于在所述螺母本体的底面设计有相对水平面倾斜1。~5。角度的斜面。3、根据权利要求1或2所述的防止松弛机构的螺母本体装置，其特征在于所述斜面，在其倾斜方向上螺母本体开设扁平槽，扁平槽的开放端部侧较高。4、根据权利要求1至3所述的防止松弛机构的螺母本体装置，其特征在于所述斜面，在其倾斜方向上螺母本体开设的扁平槽，扁平槽的封闭端部侧较高。5、根据权利要求1至4所述的防止松弛机构的螺母本体装置，其特征在于所述螺母本体的高度，与现在市场上销售的普通螺母本体的高度相比，是螺母本体的高度XO.8=普通的螺母本体高度。全文摘要一种具备防止松弛结构的螺母本体装置，具有相对于垂直中心线的在同心圆形上穿设内螺纹的螺母本体，其中在螺母本体的水平中心线上方，同时在从一侧到另一侧超过内螺纹的垂直中心线位置为止形成有扁平槽的结构。在螺母本体的底面设计有相对水平面倾斜1°～5°角度的斜面。本发明与普通六角螺母形状相同并可单个使用，在与螺栓连接时不需要复杂的工具和程序的紧固方法。本发明的目的在于提供了一种即使有外加震动影响也不会发生松弛且又容易生产的螺母本体装置，还提供了防止脱落的功能。文档编号F16B37/00GK101392783SQ200710151630公开日2009年3月25日申请日期2007年9月21日优先权日2007年9月21日发明者右田博章申请人:株式会社伊柯沃德