摘 要:本研究是通過在螺母和螺栓兩接觸界面之間增加滾柱機構(gòu)來實現(xiàn)螺母防松抗振目的,其基本結(jié)構(gòu)是在螺母上增加滾柱槽道,在槽道內(nèi)設置滾柱和彈簧壓片,設計結(jié)構(gòu)簡單,外形和普通螺母相似、制造方便且裝卸靈活。
關(guān)鍵詞:滾柱機構(gòu);防松;抗振;螺母
1 研究背景
一般的螺母在使用過程中,由于振動等其它原因會自行松脫,而且在當前機械設備的事故中,有80%以上的事故是由于緊固件的松動而造成的。為了減少此類事故的發(fā)生,自鎖螺母應運而生。
自鎖螺母主要應用在大型機械及高振動機械領(lǐng)域,能夠在一定范圍內(nèi)克服普通螺母在服役條件下易松動的缺點(不存在完全不松動的螺母,僅僅是在鎖定能力上有差別)。目前已經(jīng)出現(xiàn)并投入生產(chǎn)的自鎖螺母已有10多種,其中國內(nèi)廣泛應用的有3種,分別是:鋸齒式、偏心軸式(日本Hard Lock公司出品)、Spiralock式。通盤考察這10多種自鎖螺母,一般能提升自鎖能力約2-3倍,但是卻有如下缺點:
鋸齒式、緊環(huán)式、非圓螺廓式、卡圈式、雙金屬式、彈性變形式等自鎖螺母在振動作用下,螺栓與螺母之間、以及螺母外面與工件之間產(chǎn)生金屬的塑性變形,使外螺紋之間松動或使咬合面脫離;已有的自鎖螺母加工精度要求高,生產(chǎn)成本過大,如我國高速鐵路動車組(EMU)主要應用的Hard Lock偏心軸自鎖螺母,其生產(chǎn)時所需要的精度遠超國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)成本;Pilgrim式螺母需要在螺母內(nèi)部安裝液壓操控裝置,結(jié)構(gòu)過于復雜;Spiralock式螺母要把其內(nèi)螺紋的60°角牙局部加工成30°角;如鋸齒式、緊環(huán)式螺母等對被緊面的剛性、平整程度有一定要求;上述自鎖螺母除Hard Lock式、雙向緊固式、鋸齒式等之外,不支持螺母二次拆裝。
綜上所述,本研究擬采用滾柱鎖定原理,研制一種易加工生產(chǎn)、易安裝、低成本、適用范圍廣、抗振性好的“永不松動”自鎖螺母。
2 可行性研究
本研究立足于傳統(tǒng)螺母標準,對螺母的材料、外形尺寸、內(nèi)螺紋的機械加工等方面沒有較大改動,并且適用于已有的標準螺母。通過在螺母和螺栓兩接觸界面之間增加滾柱機構(gòu)來實現(xiàn)螺母防松抗振目的。
3 主要技術(shù)原理
圖1所示的是本研究設計的利用滾柱機構(gòu)的永不松動螺母的結(jié)構(gòu)原理圖。在螺母某一端面加工出滾柱槽道,在槽道內(nèi)安裝滾柱和彈簧壓片。滾柱和彈簧壓片是在螺母擰緊后安裝到滾柱槽道里的。
圖2所示的是本研究設計的永不松動螺母的滾柱機構(gòu)受力分析圖。圖中,F(xiàn)N1為滾柱槽道上端面給滾柱的約束力;FN2為被緊面給滾柱的約束力;Ff1為滾柱槽道上端面給滾柱的摩擦力;Ff1為被緊面給滾柱的摩擦力;FK為彈簧壓片給滾柱的彈力。

滾柱槽道上端面是傾斜的,在螺母擰緊方向低,在螺母松弛方向高,當螺母松弛時,即螺母向松弛方向運動時,由于槽道傾斜,螺母的運動受到滾柱阻礙,由此起到螺母防松的目的。在本研究設計中,在滾柱槽道內(nèi)增加了彈簧壓片,彈簧壓片對滾柱具有彈力作用,進一步加強了螺母的防松抗振作用。
4 結(jié)束語
本研究設計的螺母,對螺母加工精度要求不高,滾柱槽道斜面傾角可以在一定的范圍內(nèi)均有良好的鎖定效果,滾柱槽道的深度與寬度的加工范圍同樣可以放寬,對滾柱的長度、直徑等方面的精度要求同樣可以放寬。采用國家標準的螺母內(nèi)螺紋,則不對其進行修改。螺母上滾柱槽道的加工可以通過金屬切削或是沖壓來實現(xiàn),生產(chǎn)成本低,對已有設備的兼容性好,僅需對現(xiàn)有生產(chǎn)線和生產(chǎn)設備做微小改造,可以便捷地把已有的非自鎖螺母加工成本研究設計的螺母。對已有的被緊固機械設備兼容性好,易于安裝和拆卸,支持多次拆裝,且保證緊固效果相同。對螺母的外形尺寸沒有更多的要求,原有螺母的六角形結(jié)構(gòu)可保持不變。對原有螺母材料選擇和熱處理制度等方面沒有改動,應用前景非常廣泛。
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來源:《科技創(chuàng)新與應用》2017年13期