CN2436711Y - 蓄能防松缓系列螺纹联接装置 - Google Patents

Abstract

蓄能防松缓系列螺纹联接装置,通过在螺纹联接件上设置弹性蓄能结构,使螺纹联接储存足够的横向螺纹压紧能量及轴向预紧能量。在螺纹发生磨损或塑性变形等,致使螺纹联接锁紧力矩降低,或者轴向预紧力损失时,蓄能防松缓螺纹联接装置可以利用自身储存的弹性能量,有效地补偿螺纹联接的能量损失,从而有效地防止螺纹联接发生松、缓现象,可靠地维持螺纹联接的正常工作能力。

Description

蓄能防松缓系列螺纹联接装置

本实用新型涉及机械联接领域中的螺纹联接。

螺纹联接的松动和弛缓，是螺纹联接应用中存在的普遍现象。所谓螺纹联接的松动(以下简称松)，是指螺纹副发生相对转动；所谓螺纹联接的弛缓(以下简称缓)，是指预紧螺纹联接在工作过程中发生的预紧力损失。无论螺纹联接发生松或缓现象，都将使螺纹联接丧失正常的工作能力，亦即失效。这在螺纹联接应用中都是不允许的。目前螺纹防松的常见方法有三种，即摩擦防松、约束防松、破副防松。其中摩擦防松即利用螺纹纵向或横向压紧时的螺纹副摩擦力矩达到防松；约束防松即利用约束产生约束力矩，阻止螺纹松动；破副防松则是利用各种方法将螺纹副转化为非运动副，从而消除螺纹副相对运动的可能性。这些方法主要应用形式有：1、在螺纹件上加防缓铁线；2、在螺母下加弹簧垫圈；3、在螺纹上涂强力粘合剂；4、采用膨胀螺栓；5、加装防缓偶件等。理论和实践都证明，以上各种防松方法无法解决因螺纹磨损变形、联接塑性变形等导致的螺纹联接松、缓问题。

本实用新型的目的是提供一种蓄能防松缓系列螺纹联接装置。通过采用这种装置，解决现有螺纹联接装置普遍存在的因螺纹副磨损变形、螺纹件塑性变形等导致的螺纹联接松、缓问题，使螺纹联接能够在规定的使用期限内，始终维持足够的预紧力及足够的防松力矩，从而可靠地维持螺纹联接的正常工作能力。

蓄能防松缓系列螺纹联接装置含有螺纹横向蓄能防松结构或轴向蓄能防缓结构，也可以同时含有横向蓄能防松结构及轴向蓄能防缓结构。横向蓄能防松结构可以由单纯的空心曲面螺纹构成，也可以由膨胀螺纹构成。轴向蓄能防缓结构可以由普通螺纹联接件及弹性蓄能部件构成，也可以是设置在螺纹紧固件上的空心波纹管状结构。空心曲面螺纹设置在整个螺纹的中间部分，其螺纹外径包络面为外凸的曲面；空心曲面螺纹的内腔为膨胀腔，曲面螺纹的两端分别与螺纹的柱面部分平滑过渡；在空心曲面螺纹上，可以设置沿周向对称分布并贯通空心螺纹壁的若干轴向窄缝，这些窄缝可以沿轴向贯通到螺纹端部，也可以只分布在空心曲面螺纹轴向的局部区域。膨胀螺纹由膨胀腔、膨胀螺杆、锁紧母等组成。膨胀腔位于螺纹件的端部螺纹部位，具有一定锥度；在膨胀腔处，沿轴向切一条或多条沿周向均匀分布的有一定长度及宽度的膨胀缝，并与膨胀腔及螺纹端部相贯通。膨胀螺杆的底部是带锥度的膨胀头，膨胀头为空心结构，内设膨胀腔。膨胀螺杆穿入空心螺纹件的中心孔内，膨胀螺杆上的螺杆部分与螺纹件内腔有一定的间隙。膨胀螺杆上的膨胀头与膨胀腔构成锥度配合，膨胀螺杆的螺杆部分伸出空心螺纹件端部。锁紧螺母旋扣在膨胀螺杆端部的螺纹上，并压在螺纹件的端面上。空心波纹管状结构设置在螺纹紧固件上不含螺纹的部位，其内、外表面为与螺纹紧固件中心轴线对称的波纹环面，内、外波纹环面与螺纹紧固件的内、外柱面平滑连接。横向蓄能防松结构的作用，是在锁紧螺纹时，使螺纹副沿横向储存足够的弹性能量及弹性变形。在螺纹副因发生磨损或塑性变形等，致使螺纹副横向压紧力损失时，横向蓄能防松结构可以利用自身储存的弹性能量及弹性变形，对螺纹副损失的横向压紧力损失进行有效的补偿，从而使螺纹副在规定的工作期限内始终保持足够的横向锁紧力矩，进而达到要求的防松效果。轴向蓄能防缓结构的作用，则是在预紧螺纹时，为螺纹联接沿轴向储存足够的弹性能量及弹性变形。在螺纹副沿轴向产生塑性变形等能量损失，致使螺纹联接轴向预紧力降低时，轴向蓄能防缓结构可以利用自身储存的轴向弹性能量及弹性变形，对螺纹联接的轴向预紧力损失进行有效的补偿，使螺纹联接在规定的工作期限内，始终保持足够的轴向预紧力，从而达到要求的防缓效果。

与现有螺纹联接装置相比，蓄能防松缓系列螺纹联接装置的突出特点，就是采用了蓄能结构。首先，利用蓄能结构的弹性，使螺纹联接储存足够的纵向及横向弹性能量及有效弹性变形。在螺纹联接发生蠕变等塑性变形时，蓄能防松缓装置可以通过与系统间的超静定联系，对螺纹联接发生的弹性能量及弹性变形损失进行有效的补偿。使螺纹联接在规定的时间内，可以始终保持足够的预紧力及预紧力矩，从而达到防止松、缓的效果。其次，通过弹性蓄能，也可以显著降低螺纹联接件的轴向或横向刚度，从而显著降低螺纹联接件上承受的轴向及横向动负荷幅度，这对提高螺纹联接件的疲劳寿命也是十分有利的。相比之下，普通螺纹联接装置由于没有蓄能结构，螺纹联接储存的弹性能量及弹性变形极其微小，这些弹性能量及弹性变形在螺纹承受动载过程中，很快便损失殆尽。根本无法补偿螺纹联接的能量及弹性变形损失，因此，在工作期限内，螺纹联接必然容易发生松、缓现象，使联接丧失正常的工作能力。另外，普通螺纹联接装置由于轴向及横向刚度相对于蓄能防松缓螺纹联接装置的要大得多，其抗疲劳能力相对就要低得多，在承受交变负荷时就容易发生疲劳而失效。

图1为实施例一的示意图；

图2为实施例二的示意图；

图3为实施例三的示意图；

图4为实施例四的示意图；

图5为实施例五的示意图；

图6为实施例六的示意图；

图7为实施例七的示意图。

为进一步说明本实用新型，特列举实施例如下：

<实施例一>：

本实施例主要由设置在螺栓(螺钉或单头螺柱)端部的空心曲面螺纹1、螺栓(钉)杆部的空心波纹管状结构2两部分组成。空心曲面螺纹内腔为膨胀腔3。空心曲面螺纹设置在整个螺纹的中间部分；曲面螺纹的两端分别与螺纹的柱面部分平滑过渡。在空心螺纹上，可以设置沿周向对称分布并贯通空心螺纹壁的若干轴向窄缝11，这些窄缝可以沿轴向贯通到螺纹端部，也可以只分布在空心螺纹轴向的局部区域。空心波纹管状结构内、外环面两端分别与空心螺杆的内、外柱面平滑过渡。空心波纹管状结构的内腔与空心曲面螺纹的内腔可以相互贯通，也可以相互分开。

当紧固螺栓(螺钉或单头螺柱)时，由于空心曲面螺纹与普通内螺纹之间存在过盈，使内、外螺纹沿横向弹性压紧，从而形成足够的防松力矩；又由于曲面螺纹为中空结构，其刚度显著降低，柔度相应增大，因而在同样的许用负荷下，可以产生较大的横向压缩弹性变形，从而能储存足够的横向锁紧力矩，进而能有效地补偿因螺纹磨损等造成的横向压紧能量及横向锁紧力矩损失，显著提高螺纹的防松能力。另一方面，螺栓(螺钉或单头螺柱)在预紧时，也使其杆部的空心波纹管状结构沿轴向产生较大的弹性变形，从而能有效地补偿螺栓(螺钉或单头螺柱)联接因塑性变形等导致的轴向预紧力损失，确保螺栓(螺钉或单头螺柱)联接维持正常的工作能力；同时，轴向刚度的降低，也可以有效降低作用于联接上的交变负荷幅度，从而显著提高联接的抗疲劳能力。所有这些都能有效提高联接的可靠性。

<实施例二>：

本实施例主要由设置在螺栓(螺钉)端部的膨胀螺纹、螺栓(螺钉)杆部的空心波纹管状结构2构成。膨胀螺纹由膨胀腔10、膨胀螺杆4、锁紧母5组成。膨胀腔位于螺栓(螺钉)的端部螺纹部位，具有一定锥度。在膨胀腔处，沿轴向切一条或多条沿周向均匀分布的有一定长度及宽度的膨胀缝6，并与膨胀腔10及螺纹端部相贯通。膨胀螺杆的底部是带锥度的膨胀头7；膨胀头为空心结构，内设膨胀腔8。膨胀螺杆穿入螺栓(螺钉)的中心孔内，膨胀螺杆上的螺杆部分与螺栓(螺钉)圆柱腔有一定的间隙，膨胀螺杆上的膨胀头与螺栓(螺钉)的膨胀腔构成锥度配合，膨胀螺杆的螺杆部分伸出空心螺栓(钉)。锁紧螺母旋扣在膨胀螺杆端部的螺纹上。空心波纹管状结构内、外环面两端分别与空心螺杆的内外柱面平滑过渡。空心波纹管状结构的内腔与螺纹的膨胀腔相互贯通。

当预紧螺栓(螺钉)时，其杆部的空心波纹管状结构沿轴向产生较大的弹性变形，从而能有效地补偿螺栓(钉)联接因塑性变形等导致的轴向预紧力损失，确保螺栓(螺钉)联接维持正常的轴向预紧力；同时，轴向刚度的降低，也可以有效降低作用于螺栓联接上的交变负荷幅度，从而显著提高联接的抗疲劳能力。另一方面，旋紧锁紧螺母，则膨胀螺杆与螺栓膨胀腔内腔沿轴向产生相对运动，致使膨胀头的锥面与膨胀腔的锥面相互挤压；由于膨胀腔上布有膨胀缝，膨胀头为空心结构，刚度相对较小，从而使螺栓(螺钉)膨胀部位的螺纹沿横向产生显著的弹性膨胀，通过弹性膨胀将螺栓(螺钉)的螺纹与螺母或被联接件上的(内)螺纹沿横向压紧，从而储存足够的足够的横向压紧能量及横向锁紧力矩，确保螺纹联接不发生松动现象。

<实施例三>：

本实施例主要由设置在螺柱(双头螺柱及等长双头螺柱)栽入端部的空心曲面螺纹1、双头螺柱杆部的空心波纹管状结构2两部分组成。空心曲面螺纹设置在整个螺纹的中间部分；曲面螺纹的两端分别与螺纹的柱面部分平滑过渡。在空心曲面螺纹上，可以设置沿周向对称分布并贯通空心螺纹壁的若干轴向窄缝11，这些窄缝可以沿轴向贯通到螺纹端部，也可以只分布在空心曲面螺纹的轴向局部区域。空心波纹管状结构内、外环面两端分别与空心螺杆的内、外柱面平滑过渡。空心波纹管状结构的内腔与空心曲面螺纹的内腔可以相互贯通，也可以相互分开。在螺柱的上部空心螺纹壁上，可以设置止动销孔9。

当栽入螺柱时，由于空心曲面螺纹与普通内螺纹之间存在过盈，使内、外螺纹沿横向弹性压紧，从而形成足够的横向压紧力矩；又由于曲面螺纹为中空结构，其刚度显著降低，柔度相应增大，因而在同样的许用负荷下，可以产生较大的横向压缩弹性变形，从而能储存足够的横向锁紧力矩，进而能有效地补偿因螺纹磨损等造成的横向锁紧力矩损失，显著提高螺纹的防松能力。另一方面，螺柱在预紧时，也使其杆部的空心波纹管状结构沿轴向产生较大的弹性变形，从而能有效地补偿螺柱联接因塑性变形等导致的轴向预紧力损失，确保螺柱联接维持正常的工作能力；同时，轴向刚度的降低，也可以有效降低作用于螺柱联接上的交变负荷幅度，从而显著提高联接的抗疲劳能力。

<实施例四>：

本实施例主要由设置在螺柱(双头螺柱及等长双头螺柱)端部的膨胀螺纹、螺柱杆部的空心波纹管状结构2组成。膨胀螺纹由膨胀腔10、膨胀螺杆4、锁紧母5等组成。膨胀腔位于螺柱端部螺纹部位，具有一定锥度。在螺柱的膨胀腔处，沿轴向切一条或多条沿周向均匀分布的有一定长度及宽度的膨胀缝6，并与膨胀腔及螺纹端部相贯通。膨胀螺杆底部是带锥度的膨胀头7；膨胀头为空心结构，内设膨胀腔8。膨胀螺杆穿入螺柱的中心孔内，膨胀螺杆上的螺杆部分与螺柱内腔有一定的间隙，膨胀螺杆上的膨胀头与螺柱的膨胀腔构成锥度配合，膨胀螺杆的螺杆部分伸出空心螺柱。锁紧螺母扣在膨胀螺杆端部的螺纹上。空心波纹管状结构的内、外环面两端分别与空心螺杆的内、外柱面平滑过渡。空心波纹管状结构的内腔与空心膨胀螺纹的膨胀腔相互贯通。在螺柱上部的空心螺纹壁上，可以设置止动销孔9。

旋紧锁紧螺母，则膨胀螺杆与螺柱膨胀腔内腔沿轴向产生相对运动，致使膨胀头的锥面与膨胀腔的锥面相互挤压；由于膨胀腔上布有膨胀缝，膨胀头为空心结构，刚度相对较小，从而使螺柱膨胀腔螺纹沿横向产生显著的弹性膨胀，通过弹性膨胀将空心双头螺柱的螺纹与螺母或被联接件上的(内)螺纹横向压紧，从而储存足够的横向压紧能量及横向锁紧力矩，确保螺纹联接不发生松动现象。另一方面，当预紧螺柱时，其杆部的空心波纹管状结构沿轴向产生较大的弹性变形储备，从而能有效地补偿螺柱联接因塑性变形等导致的轴向预紧力损失，确保螺柱联接维持正常的工作能力；同时，轴向刚度的降低，也可以有效降低作用在螺柱联接上的交变负荷幅度，从而显著提高联接的抗疲劳能力。

<实施例五>：

本实施例主要由设置在螺栓(螺钉或单头螺柱)杆部的空波纹管状结构2组成。空心波纹管状结构内、外腔两端分别与空心螺杆的柱面部分平滑过渡。

当预紧螺栓(螺钉或单头螺柱)时，使其杆部的空心波纹管状结构沿轴向产生较大的弹性变形，从而能有效地补偿联接因塑性变形等导致的轴向预紧力损失，确保联接维持正常的工作能力；同时，轴向刚度的降低，也可以有效降低作用在联接件上的交变负荷幅度，从而显著提高联接的抗疲劳能力。

<实施例六>：

本实施例主要由设置在单头螺柱(U形螺栓)端部的空心曲面螺纹1、单头螺柱(U形螺栓)杆部的空心波纹管状结构2两部分组成。空心曲面螺纹设置在整个螺纹的中间部分；曲面螺纹的两端分别与螺纹的柱面部分平滑过渡。在空心曲面螺纹上，可以设置沿周向对称分布并贯通空心螺纹壁的若干轴向窄缝11，这些窄缝可以沿轴向贯通到螺纹端部，也可以只分布在空心螺纹轴向的局部区域。空心波纹管状结构内、外腔两端分别与空心螺杆的柱面部分平滑过渡。空心波纹管状结构的内腔与空心曲面螺纹的内腔相互贯通。

当预紧单头螺柱(U形螺栓)时，由于空心曲面螺纹与普通内螺纹之间存在过盈，使内、外螺纹沿横向弹性压紧，从而形成足够的防松力矩；又由于曲面螺纹为中空结构，其刚度显著降低，柔度相应增大，因而在同样的许用负荷下，可以产生较大的横向压缩弹性变形，从而能储存足够的横向压紧能量及横向锁紧力矩，进而能有效地补偿因螺纹磨损等造成的横向锁紧力矩损失，显著提高螺纹的防松能力。另一方面，单头螺柱(U形螺栓)在预紧时，也使其杆部的空心波纹管状结构沿轴向产生较大的弹性变形，从而能有效地补偿螺柱联接因塑性变形等导致的轴向预紧力损失，确保联接维持正常的工作能力；同时，轴向刚度的降低，也可以有效降低作用在联接件上的交变负荷幅度，从而显著提高联接的抗疲劳能力。

<实施例七>：

本实施例主要由设置在螺栓(螺钉或单头螺柱)端部的空心曲面螺纹1组成。空心曲面螺纹设置在整个螺纹的中间部分；曲面螺纹的两端分别与螺纹的柱面部分平滑过渡。在空心曲面螺纹上，可以设置沿周向对称分布并贯通空心螺纹壁的若干轴向窄缝11，这些窄缝可以沿轴向贯通到螺纹端部，也可以只分布在空心曲面螺纹的轴向局部区域。

当紧固螺栓或螺钉时，由于空心曲面螺纹与普通内螺纹之间存在过盈，使内、外螺纹沿横向弹性压紧，从而形成足够的防松力矩；又由于曲面螺纹为中空结构，其刚度显著降低，柔度相应增大，因而在同样的许用负荷下，可以产生较大的横向压缩弹性变形，从而能储存足够的横向压紧能量及横向锁紧力矩，进而能有效地补偿因螺纹磨损等造成的横向锁紧力矩损失，显著提高螺纹的防松能力。

Claims (8)

1．蓄能防松缓系列螺纹联接装置，其特征是在螺纹紧固件上含有螺纹横向蓄能防松结构或轴向蓄能防缓结构，也可以同时含有横向蓄能防松结构及轴向蓄能防缓结构；横向蓄能防松结构可以是单纯的空心曲面螺纹，也可以是膨胀螺纹；轴向蓄能防缓结构可以由普通螺纹联接件及弹性蓄能部件构成，也可以是设置在螺纹紧固件上的空心波纹管状结构；空心曲面螺纹设置在整个螺纹的中间部分，其螺纹外径包络面为外凸的曲面，空心曲面螺纹的内腔为膨胀腔，曲面螺纹的两端分别与螺纹的柱面部分平滑过渡，在空心曲面螺纹上，可以设置沿周向对称分布并贯通空心螺纹壁的若干轴向窄缝，这些窄缝可以沿轴向贯通到螺纹端部，也可以只分布在空心曲面螺纹轴向的局部区域；膨胀螺纹由膨胀腔、膨胀螺杆、锁紧母等组成，膨胀腔位于螺纹件的端部螺纹部位，具有一定锥度；在膨胀腔处，沿轴向切一条或多条沿周向均匀分布的有一定长度及宽度的膨胀缝，并与膨胀腔及螺纹端部相贯通；膨胀螺杆的底部是带锥度的膨胀头，膨胀头为空心结构，内设膨胀腔；膨胀螺杆穿入空心螺纹件的中心孔内，膨胀螺杆上的螺杆部分与螺纹件内腔有一定的间隙，膨胀螺杆上的膨胀头与膨胀腔构成锥度配合，膨胀螺杆的螺杆部分伸出空心螺纹件端部；锁紧螺母旋扣在膨胀螺杆端部的螺纹上，并压在螺纹件的端面上；空心波纹管状结构设置在螺纹紧固件上不含螺纹的部位，其内、外表面为与螺纹紧固件中心轴线对称的波纹环面，内、外波纹环面与螺纹紧固件的内、外柱面平滑连接。

2．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是螺栓、螺钉或单头螺柱端部螺纹为空心曲面螺纹，螺栓、螺钉或单头螺柱杆部为空心波纹管状结构，空心波纹管状结构的内腔与空心曲面螺纹的内腔可以相互贯通，也可以相互分开。

3．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是螺栓或螺钉端部螺纹为膨胀螺纹，螺栓或螺钉杆部为空心波纹管状结构，空心波纹管状结构的内腔与膨胀螺纹的膨胀腔相互贯通。

4．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是双头螺柱或等长双头螺柱栽入端部螺纹为空心曲面螺纹，螺柱杆部为空心波纹管状结构，空心波纹管状结构的内腔与空心曲面螺纹的内腔可以相互贯通，也可以相互分开。在螺柱上部的空心螺纹壁上，可以设置止动销孔。螺柱两端螺纹的中径可以相同，也可以不同。

5．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是双头螺柱或等长双头螺柱栽入端部的螺纹为膨胀螺纹，螺柱杆部为空心波纹管状结构，在螺柱上部的空心螺纹壁上，可以设置止动销孔。螺柱两端螺纹的中径可以相同，也可以不同。

6．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是螺栓或螺钉杆部为空心波纹管状结构。

7．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是单头螺柱或U型螺栓端部的螺纹为空心曲面螺纹。

8．根据权利要求1所述的螺纹联接装置，其特征是螺栓或螺钉端部的螺纹为空心曲面螺纹。

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