CN118532386A - 自锁紧固组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自锁紧固组件，包括：螺栓，螺栓包括螺栓头和螺杆；第一垫圈，第一垫圈套设于螺杆上；第二垫圈，第二垫圈套设于螺杆上且位于螺栓头和第二垫圈之间；螺栓头设置有第一斜齿，第一垫圈上靠近螺栓头的一侧设置有与第一斜齿配合的第二斜齿；第一垫圈另一端设置有第三斜齿，第二垫圈靠近第一垫圈的一侧设置有第四斜齿，当自锁紧固件组件处于第一状态时，第三斜齿与第四斜齿啮合，第一垫圈、第二垫圈可相对螺栓头同步转动；当自锁紧固件组件处于第二状态时，第一斜齿与第二斜齿啮合，螺栓头、第一垫圈可在预设范围内相对第二垫圈同步转动。通过上述设置，利用斜齿之间的相互作用，提供一种防松效果好且装拆成本低的自锁紧固组件。

Description

自锁紧固组件

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种自锁紧固组件。

背景技术

螺栓和螺母组成的紧固结构广泛应用于工农业生产加工、机械设备及仪器仪表等众多场合，特别是在振动工作状态下的机械设备如车辆机械等，需要采取措施防止紧固结构松动而影响机械连接部件正常运行。

目前常用的紧固结构防松方式一般包括不可拆卸的防松方式和增大摩擦力的防松方式。不可拆卸的防松方式一般采用点铆和焊接等方式将可拆卸螺纹连接改变为不可拆卸螺纹连接，常用于某些要求防松性能高而又不需拆卸的重要场合。然而在不可拆卸的防松方式中，紧固结构不能重复使用，且操作麻烦，装拆成本高。增大摩擦力的防松方式一般是通过增加螺纹间或螺栓头及螺母端面的摩擦力的方法来达到防松的目的。增大摩擦力的防松方式不受空间的限制，可以反复拆卸，但是可靠性较差，在工作一定时间后，会因摩擦力减小、振动等原因降低防松效果。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种防松效果好且装拆成本低的自锁紧固组件。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种自锁紧固组件，螺栓，螺栓包括螺栓头和螺杆；第一垫圈，第一垫圈套设于螺杆上；第二垫圈，第二垫圈套设于所螺杆上，第一垫圈设置在螺栓头和第二垫圈之间；螺栓头靠近第一垫圈的一侧设置有第一斜齿，第一垫圈上靠近螺栓头的一侧设置有与第一斜齿配合的第二斜齿；第一垫圈远离螺栓头的一侧设置有第三斜齿，第二垫圈靠近第一垫圈的一侧设置有第三斜齿配合第四斜齿，第二垫圈远离第一垫圈的一侧设置有第五斜齿；自锁紧固组件包括锁紧待紧固件的第一状态和防松的第二状态，当自锁紧固件组件处于第一状态时，第三斜齿与第四斜齿啮合，第一垫圈、第二垫圈可相对螺栓头同步转动；当自锁紧固件组件处于第二状态时，第一斜齿与第二斜齿啮合，螺栓头、第一垫圈可在一预设范围内相对第二垫圈同步转动。

进一步地，自锁紧固组件处于第一状态时螺栓转动一个第一斜齿的齿位在轴向上产生位移L1，第一斜齿的齿高为H1，L1大于等于H1。

进一步地，自锁紧固组件处于第二状态时，螺栓11转动一个第三斜齿的齿位在轴向上产生位移L2，第三斜齿的齿高为H2，L2小于H2。

进一步地，第一斜齿和第二斜齿的角度设置为第一角度，第三斜齿和第四斜齿的角度设置为第二角度。

进一步地，螺杆外壁设置有螺杆纹，螺杆纹的导程角大于等于第一角度且小于第二角度。

进一步地，第一斜齿设置有第一限位部，第二斜齿设置有第二限位部，自锁紧固组件处于第二状态时，第一限位部与第二限位部贴合，螺栓与第一垫圈不发生相对转动；第三斜齿设置有第三限位部，第四斜齿设置有第四限位部，自锁紧固组件处于第一状态时，第三限位部与第四限位部贴合。

进一步地，多个第五斜齿依次排列沿螺栓的周向分布，第五斜齿与待紧固件抵接。

进一步地，自锁紧固组件还包括螺母，螺母的内壁设置有螺母纹，螺母纹与螺杆纹的导程角大小相同。

进一步地，第一垫圈、第二垫圈与螺母的内径中轴线基本沿上下方向重合。

进一步地，第一垫圈、第二垫圈的内径基本相同，螺杆的外径小于等于第一垫圈、第二垫圈的内径。

本发明提供的自锁紧固组件通过设置第一斜齿、第二斜齿、第三斜齿、第四斜齿及第五斜齿，自锁紧固件组件处于第一状态时，第三斜齿与第四斜齿啮合，第一垫圈与第二垫圈之间锁定不产生相对转动，第一垫圈、第二垫圈相对螺栓头同步转动，螺栓可以拧紧；自锁紧固件组件处于第二状态时，第一斜齿与第二斜齿啮合，螺栓头与第一垫圈之间锁定不产生相对转动，螺栓头、第一垫圈在预设范围内相对第二垫圈同步转动，第三斜齿相对第四斜齿无法转动大于等于一个第三斜齿的齿位，螺栓的转动受限，自锁紧固组件达到良好的防松效果。此外，自锁紧固组件的结构简单、装卸方便，进一步降低了成本。

附图说明

图1为本发明的自锁紧固组件的立体结构示意图；

图2为本发明的螺栓的立体结构示意图；

图3为本发明的第一垫圈、第二垫圈的立体结构示意图；

图4为本发明的自锁紧固组件处于第一状态的结构示意图；

图5为本发明的图4中A处的放大结构示意图；

图6为本发明的自锁紧固组件处于第二状态的结构示意图；

图7为本发明的图6中B处的放大结构示意图；

图8为本发明的自锁紧固组件的部分参数示意图；

图9为本发明的螺栓旋转一个第一斜齿的齿位后的示意图；

图10为本发明的螺栓旋转一个第三斜齿的齿位后的示意图；

图11为本发明的第二实施例中的自锁紧固组件的立体结构图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

图1示出了一种自锁紧固组件100，包括螺栓11、第一垫圈12、第二垫圈13和螺母14。其中，第一垫圈12、第二垫圈13和螺母14依次套设在螺栓11上。第一垫圈12、第二垫圈13设置为两个端面设置有斜齿的垫圈，螺栓11、第一垫圈12、第二垫圈13和螺母14搭配能够防止松动，满足机械在振动状态下连续正常工作的使用需求。为了清楚地说明本申请的技术方案，还定义了如图1所示的上、下。

如图1至图3所示，螺栓11包括螺栓头111和螺杆112，螺杆112上设置有螺杆纹1121。螺栓头111靠近第一垫圈12的一端设置有多个第一斜齿1111，第一斜齿1111围绕螺杆112的周向分布在螺栓头111的下端。沿上下方向上，第一垫圈12、第二垫圈13依次套设在螺杆112上，且位于螺栓头111的下方，其中，第二垫圈13位于第一垫圈12的下方。第一垫圈12与第二垫圈13的内径基本相同，且大于等于螺杆112的外径。螺杆111、第一垫圈1112、第二垫圈13与螺母14的中轴线基本沿上下方向重合。以第一垫圈12与螺栓头111接触的一端为第一连接端，第一连接端设置有多个第二斜齿121，第二斜齿121围绕螺杆112的周向分布，第一斜齿1111可与第二斜齿121啮合以使螺栓头111与第一垫圈12之间啮合。以第一垫圈12远离螺栓头111的一端为第二连接端，第二连接端设置有多个第三斜齿122，以第二垫圈13靠近第一垫圈12的一端为第三连接端，第三连接端设置有多个第四斜齿131，第三斜齿122可与第四斜齿131啮合以使第一垫圈12与第二垫圈13之间啮合。以第二垫圈13远离第一垫圈12的一端为第四连接端，第四连接端设置有多个依次排列呈圆周分布的第五斜齿132，第五斜齿132与待紧固件抵接。

作为一种实施方式，自锁紧固组件100安装时，先将第一垫圈12、第二垫圈13分别套设在螺柱112上，再将螺柱112穿设于待紧固件内，最后将螺母14套设于螺柱112末端并固定连接在待紧固件上。将螺栓11沿第一转动方向拧动直至第一垫圈12与第二垫圈13啮合、且第二垫圈13与待紧固件抵接，和/或第一垫圈12与第二垫圈13啮合、且第一垫圈12与螺栓头111抵接时，第一垫圈12与第二垫圈13之间沿第一转动方向不产生相对转动，第一垫圈12与第二垫圈13作为一个整体相对螺栓11产生转动。当第一斜齿1111与第二斜齿121保持贴合时，若要螺栓11相对第一垫圈12转动且相对螺母14拧紧，螺栓11不仅需要在第一转动方向上旋转一定角度，还需要在轴向上与第一垫圈12之间也有大于等于第一斜齿111的齿高的距离，即螺栓11在旋转一个第一斜齿1111齿位时在轴向上要产生大于等于第一斜齿1111的齿高的距离。螺栓11可以持续旋转至预设角度，直至螺栓头111、第一垫圈12、第二垫圈13及待紧固件依次抵接或啮合，此时自锁紧固组件100拧紧。自锁紧固组件100拧紧后，在发生振动的工作环境下，螺栓11产生沿第二转动方向的旋转力，其中，第二转动方向与第一转动方向相反。此时由于螺栓头111与第一垫圈12抵接，螺栓头111与第一垫圈12之间保持啮合且螺栓头111与第一垫圈12之间不产生相对转动，螺栓头111与第一垫圈12作为一整体相对第二垫圈13具有产生相对转动的趋势。若要第一垫圈12相对第二垫圈13转动且脱离，第一垫圈12不仅需要在第二转动方向上旋转一定角度，还需要轴向上与第二垫圈13之间也有大于等于第三斜齿122的齿高H2的距离，即螺栓11在旋转一个第三斜齿122齿位时在轴向上也需要大于等于第三斜齿122的齿高H2的距离。由于螺栓11转动一个第三斜齿122的齿位在轴向上产生的位移小于第三斜齿122的齿高。因此，第一垫圈12与第二垫圈13之间无法产生大于一个第三斜齿122的齿位的转动，即第一垫圈12与第二垫圈13之间也锁定，螺栓头111转动受限，此时，待紧固件被自锁紧固组件100锁紧。

如图4至图10所示，螺栓头111设置为内六角螺栓头，用于配合工具方便安装和拆卸，使螺栓11受到更大的外力。可以理解的是，螺栓头111还可以设置为外六角螺栓头，内五角螺栓头、外五角螺栓头等多角螺栓头，满足螺栓头11有一对应部位可以配合工具帮助安装和拆卸即可。如前述，作为一种实现方式，定义螺栓11拧紧时旋转的方向为第一转动方向，螺栓松动方向为第二转动方向。第一斜齿1111设置有第一倾斜部1111a与第一限位部1111b。第二斜齿121设置有第二倾斜部1211与第二限位部1212。第三斜齿122设置有第三倾斜部1221与第三限位部1222。第四斜齿131设置有第四倾斜部1311与第四限位部1312。

具体地，在将螺栓11锁紧的过程中，第一垫圈12与第二垫圈13先套设于螺栓11上，将螺栓11穿设于待紧固件内，第一垫圈12与第二垫圈13设置于待紧固件的一端。再将螺母14通过螺栓11的末端穿设于螺杆111上，旋转螺母14至抵接待紧固件的另一端，并通过电焊、胶粘等方式将螺母14与待紧固件之间进一步固定。此时，使用工具将螺栓11沿第一转动方向转动，以转动过程中螺栓11沿第一转动方向拧动直至第一垫圈12与第二垫圈13啮合、且第二垫圈13与待紧固件抵接，和/或第一垫圈12与第二垫圈13啮合、且第一垫圈12与螺栓头111抵接时为第一状态。当自锁紧固组件100处于第一状态时，第一垫圈12与第二垫圈13之间通过第三限位部1222与第四限位部1312抵接，第一垫圈12与第二垫圈13不发生相对转动。第一垫圈12与第二垫圈13作为一个整体，可沿第一转动方向相对螺栓头111转动。此时在螺栓头111与第一垫圈12之间，第一斜齿1111上设置的第一倾斜部1111a与第二斜齿121上设置的第二倾斜部1211接触，螺栓头111在外力作用下可与第一垫圈12发生相对转动，第一倾斜部1111a与第二倾斜部1211产生相对位移。

自锁紧固组件100进入第一状态时，第一斜齿1111与第二斜齿121的抵接，螺栓11沿第一转动方向转动，第一倾斜部1111a与第二倾斜部1211之间产生相对转动，在转动一个第一斜齿1111的齿位的过程中，螺栓11在轴向上产生位移L1，第一倾斜部1111a与第二倾斜部1211之间在轴向上间距达到最大值，即第一斜齿1111的齿高H1，L1设置为大于等于H1，因此，螺栓11可以持续转动多个齿位。继续沿第一转动方向旋转螺栓11，第一斜齿1111脱离与当前第二斜齿121的啮合状态，第一斜齿1111在绕第一转动方向转动一个第一斜齿1111的齿位后继续与后续的第二斜齿121啮合。以此类推，当螺栓11绕第一转动方向旋转至预设角度时，第一斜齿1111将绕第一转动方向转动n个第一斜齿1111的齿位并保持与第二斜齿121啮合，且第五斜齿132顶紧待紧固件的一端。此时自锁紧固组件100装配完成，满足紧固需求，开始连接工作，装配成本低。

如图6、图7所示，自锁紧固组件100正常工作时，由于振动或其他外界因素导致螺栓11产生松动的趋势，以螺栓11松动时旋转趋势的方向为第二转动方向，以自锁紧固组件100具有松动趋势且第一限位部1111b与第二限位部1212贴合时为第二状态。自锁紧固组件100进入第二状态时，螺栓头111与第一垫圈12之间通过第一斜齿1111与第二斜齿121啮合，第一限位部1111b与第二限位部1212抵接，螺栓头111与第一垫圈12之间锁定，螺栓头111与第一垫圈12不发生第二转动方向的转动。螺栓头111与第一垫圈12作为一个整体，具有相对第二垫圈13转动的趋势。若将螺栓11沿第二转动方向转动一个第三斜齿122的齿位，则螺栓11在轴向上将产生位移L2。第三倾斜部1221与第四倾斜部1312在轴向上产生最大相对位移，即第三斜齿122的齿高H2。由于L2设置为小于H2，螺栓11沿第二转动方向转动时，第三倾斜部1221与倾斜部1312在轴向上将无法发生最大相对位移H2，即螺栓11与第一垫圈12作为一个整体无法沿第二转动方向转动大于等于一个第三斜齿122的齿位，第一垫圈12与第二垫圈13之间锁定。在自锁紧固组件100处于第二状态时，由于螺栓11与第一垫圈12之间通过第一限位部1111b与第二限位部1212锁定，第一垫圈12与第二垫圈13之间通过轴向距离锁定，达到了良好的紧固效果。

进一步地，如需解除自锁紧固组件100的第二状态，将自锁紧固组件100从物体拆卸，只需使用工具配合螺栓头111上的角纹，通过外力作用使螺栓11沿第二转动方向转动，第一垫圈12与第二垫圈13发生形变，第三斜齿122脱离与当前第一个第四斜齿131的抵接状态，第三斜齿122将沿第二转动方向转动一个第三斜齿122的齿位并继续与第四斜齿131啮合。再继续沿第二转动方向旋转螺栓11，第三斜齿122脱离与当前第四斜齿131的啮合状态，第三斜齿122将沿第二转动方向转动一个第三斜齿122的齿位并继续与第四斜齿131啮合。以此类推，当螺栓11沿第二转动方向旋转至一定程度，第三斜齿122将与第四斜齿131脱离接触，自锁紧固组件100解除第二状态。自锁紧固组件100不需要完全破坏，拆卸成本低。

如图5至图10所示，以下介绍自锁紧固组件100的原理。具体地，螺栓11与套设在螺栓11上的部件能否自锁，即螺栓11、与第一垫圈12之间、第一垫圈12与第二垫圈13之间是否锁定。套设在螺栓11上的部件与螺栓11之间转动一个齿位并产生轴向方向上的相对位移，螺栓11上转动一个齿位在轴向上产生的位移，两个位移的大小关系由螺栓11自身的螺杆纹1121的导程角和套设在螺栓11上的部件的斜齿的角度共同决定，螺杆纹1121的导程角越大，螺栓11旋转一个齿位，在轴向上产生位移越大。以垂直于上下方向的平面为第一平面101，第一斜齿1111与第二斜齿121贴合，以第一倾斜部1111a、第二倾斜部1211所在的平面为第二平面102，第二平面102与第一平面101之间形成的夹角为第一角度a。第三斜齿122与第四斜齿131贴合，以第三斜齿122与第四斜齿131的切面为第三平面103，第三平面103与第一平面101之间形成的夹角为第二角度b。螺杆纹1121的螺旋线与第一平面101之间形成的夹角为导程角c。第一角度a、第二角度b与导程角c之间的关系为：第一角度a≤导程角c<第二角度b。

其中，自锁紧固组件100处于第一状态时，第一垫圈12与第二垫圈13处于相对静止，以第一倾斜部1111a上一点X为参照，螺栓11沿第一转动方向旋转一个第一倾斜部1111a，X到达X1的位置，螺栓11在轴向上产生位移L1，螺栓11与第一垫圈11在轴向上间距达到最大值H1，当L1大于等于H1时，螺栓11可以沿第一转动方向旋转大于等于一个第一倾斜部1111a的距离，因此导程角c设置为大于等于第一角度a。自锁紧固组件100处于第二状态时，螺栓11与第一垫圈12相对静止，以第三倾斜部1221上的一点Y为参照，将螺栓11沿第二转动方向转动一个第三倾斜部1221的距离，Y到达Y1的位置，则螺栓11在轴向上产生位移L2，第一垫圈12与第二垫圈13在轴向上间距需达到最大值H2，因此要令L2小于H2，此时螺栓11无法沿第二转动方向旋转大于等于一个第三倾斜部1221的距离，第一垫圈与第二垫圈之间自锁，即设置为导程角c小于第二角度b。

在本实施方式中，自锁紧固组件100设置有螺栓11、第一垫圈12与第二垫圈13，第一垫圈12与第二垫圈13的两端具有多个斜齿，螺栓11的螺柱112上具有螺纹，在螺栓拧紧时，螺栓11、第一垫圈12抵接的斜齿与第一平面101之间的夹角小于等于螺杆112的螺纹导程角，这时螺栓11在轴向上位移大于等于螺栓11与第一垫圈12之间轴向的所需的最大位移，螺栓得以拧紧。如螺栓遇到振动发生松动趋势，由于在旋转松动方向上第一斜齿1111与第二斜齿121呈顶紧状态，第一垫圈12与螺栓11构成一体并相对静止，第一垫圈12、第二垫圈13抵接的的斜齿与第一平面101之间的夹角大于螺杆112的螺纹的导程角，这时螺栓11在轴向上位移小于第一垫圈12与第二垫圈13之间轴向的所需的最大位移，螺栓11无法松动。自锁紧固组件100在螺栓11、第一垫圈12与第二垫圈13的配合下，通过自身几何结构达到自锁的效果，提高了紧固效果，同时装配和拆卸的步骤简单，成本低，实用性极好。

图9示出了本申请第二实施方式中的自锁紧固组件200，其与第一实施方式具有相同的部分包括螺栓21、第一垫圈22、第二垫圈23，第一实施方式与本实施方式中相适应的部分均可适用至本实施例中，以下仅介绍本实施方式与第一实施方式相区别的部分。

在本实施方式中，自锁紧固组件200不再包括螺母。待紧固的物体300自身设置有通孔(图未示)，通孔内壁设置有螺纹(图未示)，螺纹与螺杆纹2121的导程角大小相同。在将螺栓11锁紧的过程中，第一垫圈22与第二垫圈23依次套设于螺栓21上，再将螺栓21穿设于待紧固件300内，使用工具配合螺栓头211将螺栓21沿第一转动方向转动以拧紧，直至第五斜齿232顶紧待紧固件，自锁紧固组件200装配完成，满足紧固需求，开始连接工作。

以上对本申请提供的自锁紧固组件进行了详细介绍。本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，但本申请的技术特征并不限于此。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自锁紧固组件，包括：

螺栓，所述螺栓包括螺栓头和螺杆；

第一垫圈，所述第一垫圈套设于所述螺杆上；

第二垫圈，所述第二垫圈套设于所述螺杆上，所述第一垫圈设置在所述螺栓头和所述第二垫圈之间；

其特征在于，

所述螺栓头靠近所述第一垫圈的一侧设置有第一斜齿，所述第一垫圈上靠近所述螺栓头的一侧设置有与所述第一斜齿配合的第二斜齿；所述第一垫圈远离所述螺栓头的一侧设置有第三斜齿，所述第二垫圈靠近所述第一垫圈的一侧设置有所述第三斜齿配合第四斜齿，所述第二垫圈远离所述第一垫圈的一侧设置有第五斜齿；所述自锁紧固组件包括锁紧待紧固件的第一状态和防松的第二状态，当所述自锁紧固件组件处于所述第一状态时，所述第三斜齿与所述第四斜齿啮合，所述第一垫圈、所述第二垫圈可相对所述螺栓头同步转动；当所述自锁紧固件组件处于所述第二状态时，所述第一斜齿与所述第二斜齿啮合，所述螺栓头、所述第一垫圈可在预设范围内相对所述第二垫圈同步转动。

2.根据权利要求1所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述自锁紧固组件处于所述第一状态时，所述螺栓转动一个所述第一斜齿的齿位在轴向上产生位移L1，所述第一斜齿的齿高为H1，L1大于等于H1。

3.根据权利要求1所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述自锁紧固组件处于所述第二状态时，所述螺栓转动一个所述第三斜齿的齿位在轴向上产生位移L2，所述第三斜齿的齿高为H2，L2小于H2。

4.根据权利要求1所述的自锁紧固结构自锁紧固组件，其特征在于，

所述第一斜齿和所述第二斜齿的角度设置为第一角度，所述第三斜齿和所述第四斜齿的角度设置为第二角度。

5.根据权利要求4所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述螺杆外壁设置有螺杆纹，所述螺杆纹的导程角大于等于所述第一角度且小于所述第二角度。

6.根据权利要求1所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述第一斜齿设置有第一限位部，所述第二斜齿设置有第二限位部，所述自锁紧固组件处于所述第二状态时，所述第一限位部与所述第二限位部贴合，所述螺栓与所述第一垫圈不发生相对转动；所述第三斜齿设置有第三限位部，所述第四斜齿设置有第四限位部，所述自锁紧固组件处于所述第一状态时，所述第三限位部与所述第四限位部贴合。

7.根据权利要求1所述的自锁紧固组件，其特征在于，

多个所述第五斜齿依次排列沿所述螺栓的周向分布，所述第五斜齿与待紧固件抵接。

8.根据权利要求1所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述自锁紧固组件还包括螺母，所述螺母的内壁设置有螺母纹，所述螺母纹与所述螺杆纹的导程角大小相同。

9.根据权利要求8所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述第一垫圈、所述第二垫圈与所述螺母的中轴线基本沿上下方向重合。

10.根据权利要求1所述的自锁紧固组件，其特征在于，

所述第一垫圈、所述第二垫圈的内径基本相同，所述螺杆的外径小于等于所述第一垫圈、所述第二垫圈的内径。