一种具有双重防松脱和估测预紧力功能的防松脱螺母的制作方法

一种具有双重防松脱和估测预紧力功能的防松脱螺母
1.技术领域 本实用新型涉及机械紧固件或螺纹紧固件领域，尤其是紧固件或螺母的防松脱技术。
2.

背景技术：
现有的紧固件防松脱技术有三大类，即永久防松脱、机械防松脱和摩擦防松脱。其中永久防松脱即破坏螺纹副关系，把螺纹副转变为非运动副，从而排除螺纹副相对运动的可能，例如焊接、冲点、在螺纹副间涂粘接剂，以及预紧螺母后砸弯螺母之上的螺杆部分。永久防松脱在拆卸时必须破坏紧固件，是一种一次性紧固方案；机械防松脱，即采用便于更换的金属元件约束螺纹副，包括利用开口销、止动垫圈、串钢丝绳等固定螺纹副。机械防松脱可重复性使用，但施用复杂。所谓摩擦防松脱就是利用各种增大摩擦力的方式，达到防止螺纹松脱的技术。
3.中国专利cn1114766c《螺母的防松用垫圈》提出了一种利用摩擦防松原理的、具有倾斜支承面的垫圈。该垫圈利用其上的螺母在预紧后对螺杆形成力偶的效应产生防松脱作用。但由于在强大的横向振动分量下，即使螺母与螺杆之间的摩擦力很大，但零件表面与垫圈、垫圈与螺母之间仍然是产生横向滑移薄弱环节。而这种滑移一旦出现，垫圈在静摩擦和动摩擦状态转换瞬间所受到的冲击，会被螺母传递到螺母与螺杆之间的啮合处，致使螺母对螺杆产生倾向于减小压力的退出式运动，导致螺纹松脱。另外，该技术是一种垫圈支承面与螺母支承面完全贴合的应用，是一种传统应用观念，没有考虑预紧力控制和检测方面的需要。
4.中国专利cn101598168b《防松防盗螺栓结构体》提出了一种用于支承面的棘齿构造。该技术特别提出棘齿采用等角度排列方式分布于支承面上，但这种方式过于依赖预紧力。由于预紧力具有因蠕变而导致时变的特点，因此一旦预紧力降低，棘齿对支承面的压力降低，仅凭棘齿构造难于遏制螺纹在高强振动环境下的自发松脱。
5.现有的紧固件防松脱技术大多都是在保持螺杆轴线直顺的前提下发展起来的，虽然方案众多且不乏有效之作，但工程应用还需要继续更好的技术。另外，现有几种防松脱技术都存在加工复杂成本高，自身或配件寿命低的问题。再者，由于现有防松脱技术方案构造复杂，对于较小直径甚至是微小直径紧固件的防松脱方面难于涉足。即使如此，大多数防松脱技术还是存在意外失效的可能性，技术可靠性还有待提高。
6.

技术实现要素：
本实用新型提出一种具有双重防松脱和估测预紧力功能的防松脱螺母。这种防松脱螺母具有两个支承面，其中至少一个支承面具有相对于螺纹轴线的不对称性。不对称性的构造包括支承面不垂直于螺纹轴线，以及在支承面上设置偏置于螺纹轴线的支点或棘齿，或者是倾斜支承面、偏置支点和偏置棘齿这三者构型的组合。所谓支点既可以是简单地凸起，也可以是倾斜支承面上的最高点。也即倾斜支承面上的最高点是偏置支点的一种特殊形式。位于支承面上的偏置支点，确保将预紧力全部压在支撑面的偏置支点上，以便获取更大的力矩，并使棘齿更深地嵌入零件表面。偏置棘齿是偏置支点的一种特殊形式。为了防止偏置支点在滑移中使螺纹松脱，支点以单棘齿的形式存在，棘齿的禁止方向即螺纹的松脱方向。偏置的棘齿在预紧力作用下，使螺母在螺栓杆部产生一对强大的径向力偶，该力偶在螺母和螺栓的螺纹之间产生巨大的摩擦力，从而防止螺纹松脱。即使力偶
作用在光杆上，也会产生巨大的摩擦力，从而杜绝力偶作用点的移动，更何况是作用在螺纹上。单棘齿在强大的预紧力作用下，其尖利的棘齿齿刃会嵌入零件表面，以刮削材质表面的形式形成巨大的阻止松脱的作用。较高的棘齿高度使单棘齿嵌入零件表面之后还具有足够的剩余高度，通过用塞规测量支承面上最低点与零件表面之间的高度，可以估测出预紧力的剩余值。
7.本实用新型所表现的技术形式，其加工成本与普通螺母的差异几乎可以完全忽略，生产工序也完全相同，并且使用寿命与普通螺母无异。
附图说明：
8.图1是本实用新型的第一优选实施例的倾斜支承面构造；
9.图2是本实用新型的第二优选实施例的偏置棘齿构造；
10.图3是本实用新型的第三优选实施例的斜面棘齿构造；
11.附图标号示例：1.普通螺母；13.头端支承面；15.螺纹轴线；2.倾斜支承面；21.斜面最高点；22.斜面最低点；3.棘齿；31.棘齿齿刃；32.棘齿齿背；33.棘齿齿面。
12.具体实施方式：本实用新型的第一优选实施例，其头端支承面是一个倾斜支承面。如图1所示，螺母(1)的头端支承面(13)不垂直于螺母内螺纹轴线(15)。所述头端支承面(13)就是螺母(1)与零件接触的支承面，或者是螺母与螺母接触的支承面，而螺母的另一个支承面通常是非承载的，即为不会与任何物体接触的自由端。
13.在头端支承面(13)上有一个斜面最高点(21)。所述斜面最高点(21)，就是头端支承面上沿螺母内螺纹轴线距离螺母另一个支承面最远的点。当预紧螺母时，螺母头端支承面上的最高点(21)最先接触垂直于螺纹轴线的零件表面。头端支承面上的斜面最低点(22)则是螺母头端支承面(13)上最后接触垂直于螺纹轴线(15)的零件表面的点，或是在螺母头端支承面上距离螺母上垂直于螺纹轴线(15)另一支承面最远的点。
14.斜面最高点(21)承受全部的预紧力，使得螺母(1)对啮合位置的螺栓杆部产生巨大的弯曲力矩，该力矩产生的力效应是以力偶的形式表现的。巨大的力偶在螺栓杆部螺纹上产生巨大的摩擦力，使螺纹免于松脱。
15.当旋紧螺母(1)至斜面最高点(21)接触到零件表面时，预紧力开始增大。由于斜面最高点(21)偏离螺母内螺纹轴线(15)，斜面最低点(22)距离零件表面的距离，从开始预紧螺母(1)，斜面最高点(21)接触零件表面之后，随着预紧力越来越大，斜面最低点(22)距离零件表面越来越近。这种现象一是由于斜面最高点(21)压入零件表面越来越深，但这种压深毕竟属于弹性模量巨大的微变级别；二是螺纹间的间隙，但间隙是在预紧力开始提升时就用完了，螺纹开始出现弹性变形；三是随着预紧力的增加，螺栓杆部的弹性弯曲的效果逐渐增大。这三者因素共同使得螺母(1)的头端支承面(13)上的斜面最低点(22)距离零件表面的距离越来越小，并表现出预紧力与斜面最低点(22)与零件表面的距离成单调关系。由于螺栓杆部的弯曲弹性模量远小于倾斜支承面最低点之下零件表面的抗压弹性模量，因此通过测量斜面最低点(22)关于零件表面的距离，就可以估计预紧力的数值，甚至通过粗略估测这个距离，就可以判断螺栓是否已经松脱。
16.在横向振动过程中，由于支承面滑移现象的存在，以斜面最高点(21)为偏置支点，会反复受到在滑动摩擦力和静止摩擦力之间周而复始转变的冲击，可能出现支点带动螺母
做周向扭振现象。由于螺纹的退出总是易于旋紧，因此一旦出现扭振就必然会出现旋紧少于松脱的现象。这就意味着螺纹的松脱。
17.本实用新型的第二实施例，是在普通螺母的支承面上偏置于螺纹轴线设置一组棘齿。
18.如图2所示，为了对螺杆产生一个弯矩，在普通螺母(1)的基础上，于其垂直于螺纹轴线(15)的头端支承面(13)上，偏置于螺纹轴线(15)设置一组棘齿(3)。该组棘齿(3)包括至少一个棘齿。
19.本实施例具备两个单向禁止棘齿。棘齿具有棘齿齿刃(31)、棘齿齿背(32)和棘齿齿面(33)，其禁止方向为螺纹的松脱方向。棘齿齿刃(31)即本实施例的支承面最高点(21)，两个棘齿(3)之间位置关于螺纹轴线(15)对称位置的支承面上对应点，即本实施例的支承面最低点(22)。在预设的预紧力下，两个棘齿(3)稳定地承受被压入零件表面所需要的压力而不被压溃。由于存在棘齿的剩余高度，支承面上的最低点(22)并未接触零件表面，从而在预紧力的作用下，螺母以两个棘齿(3)为支点向轴线一侧倾斜，导致在螺杆上产生弯矩。弯矩的产生积蓄了对棘齿的压力，使得螺母(1)即使有微小的松脱而损失了敏感的应变力，也不至于使作用于棘齿上的压力陡减。
20.无论哪种棘齿，在旋紧过程中都仅是产生程度不同的压痕而不会严重损坏零件表面，而只有在松脱过程中，压入零件表面的棘齿才会严重划伤零件表面。因此这种带棘齿的螺母可以被用来做产品的出厂封装标识，产品客服人员可以凭借外壳表面是否有本实用新型所述螺母在松脱时棘齿所造成的创痕，来确认产品外壳是否被用户擅自开启。
21.本实用新型的第三优选实施例，是将棘齿齿刃设置在斜面最高点的另一种技术形式。
22.如图3所示，螺母(1)的头端支承面是一个倾斜支承面(2)，在斜面最高点(21)和最低点(22)之间，将该斜面沿垂直于螺纹轴线(15)的方向剖切，形成四分之一是平台，四分之三是斜面的形式。棘齿齿刃(31)就是二者的部分分界线，棘齿齿面(33)就是这个分界线上的立面，而剩下的倾斜支承面(2)就是棘齿齿背(32)。这种构型的棘齿确保了棘齿齿刃(31)位于倾斜支承面最高点(21)，并同时加强了棘齿齿刃(31)的强度。
23.螺母头端支承面上的棘齿，或是一组间隔相近的偏置棘齿组，可以限制棘齿接触点的周向位移，但却不能限制平行于棘齿齿刃的径向位移。因此，如果在预紧结束时将棘齿位置选择在预知的横向振动方向，比如桥梁桁架的长度方向，就可以对该方向上的振动免疫，避免该方向上的横向振动分量对螺母的松脱影响。
24.本实施例的倾斜支承面与棘齿组合的构型，也为本实施例的双螺母应用提供了可能。第一优选实施例的构型也具有同样的可能。在双螺母应用下，接触零件表面的是第一螺母垂直于螺纹轴线的普通支承面，而其带棘齿的支承面朝向上方的第二螺母。第二螺母即使是普通螺母，由于其预紧在第一螺母的倾斜支承面上，也就具有了将螺栓杆部掰弯的能力，产生了强大的力偶，使其无法松脱。而由于构建在第一个螺母上的棘齿与第二螺母头端支承面的嵌入式接触，使得两个螺母无法彼此松脱。这样，即达到了双螺母的防松脱形式，也避免了棘齿伤害贵重的零件表面。
25.为了避免倾斜支承面对旋入螺纹的干扰，本优选实施例在倾斜支撑面上清除了与倾斜支承面相干的螺纹。
26.本优选实施例的构型只是一种典型构型，通常平台面积占斜面面积的比例，对应棘齿高度。棘齿高度的选择与应用场景有关。
27.本实用新型的根本在于凭借支承面上数量很少的偏置支点或棘齿的构造，使每个支点或棘齿上承受全部预紧力，达到使支点或棘齿嵌入零件表面的目的，达成阻止螺纹松脱的第一要素。利用支点或棘齿的偏置分布，将预紧力转化为力矩，并作用在螺母与螺栓接触的位置上，以产生力偶效果。而由于偏置支点的力臂与螺母厚度的比值大于1，使得力偶的数值在转化中呈现大于预紧力的数值，再加上由一个预紧力变成两个大于预紧力力偶的作用效果，使得由力偶产生的摩擦力远远大于支承面上由预紧力产生的摩擦力，从而达成阻止螺纹松脱的第二要素。
28.另外，力偶使螺杆产生弹性弯曲，弯曲的程度与预紧力的大小直接相关。螺杆弯曲与支点或棘齿嵌入零件表面共同作用，减小了相同预紧力下螺母头端支承面上最低点与零件表面之间的距离。这个距离可以大于零也可以等于零。精细化的设计可以规定当支承面上的最低点接触零件表面时，预紧力恰好达到预设数值。如果目视发现最低点脱离零件表面，那么就可以断定预紧力出现了蜕减。
29.本实用新型所提出的技术可以适用于各种尺寸的螺母。斜面的角度和棘齿的剩余高度应该视应用条件决定，其中自身结构或螺纹的强度是决定斜面角度和棘齿剩余高度的极限条件，因此寻求斜面角度或棘齿剩余高度的最优化对于本实用新型来说并非创新，本实用新型对此不再做细致说明。