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抗震防松螺钉
  专利类型: 实用新型展区
  技术领域: 机械加工
  专利号: 20192174668.8
  企业名称: 发明人
  通讯地址: 北京市朝阳区金台西路2号内民33-305
  发明人: 黄群
  联系人: 黄群
  状态: 研发成功
  电话: 加入付费会员,推荐展示!对接企业,加速转化!
  E-mail: 加入付费会员,推荐展示!对接企业,加速转化!
  合作方式: 专利权转让, 技术入股, 全国独占, 区域独占, 排它许可, 普通许可, 面议
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      专利项目介绍

勇 攀 世 界 高 峰 的《抗 震 防 松 螺 钉》

(一)原理
实用新型(申请号20192174668.8)抗震防松螺钉简称KZFS。
普通螺母在震动下产生松脱的原因是:螺母在螺杆上拧紧后,每相邻的两个螺纹斜面中只有一面是被压紧的而另一面是有空隙的,而此空隙则提供了震动中在被压紧的螺纹面上发生螺母与螺杆相互碰撞的运动空间;而螺母与螺杆在其螺纹被压紧的斜面上发生碰撞时,作用在螺母的内螺纹斜面上的碰撞力可分解出沿着螺纹圆周切线方向的分力F1,而有间隙的螺纹斜面上因无碰撞,故反向的分力当然为零:-F1=0;因分力F1无法得到平衡,随着震动的反复发生在F1的反复作用下螺母将沿着松脱的方向逐渐转动、最后使螺母与螺杆松脱。由此推论:如KZFS能使螺杆在相邻螺纹的两面上都能被紧密压合时,震动的碰撞在两螺纹斜面上将产生大小相等方向相反的两个切向分力F1与-F1,它们的合力将会是F1+(-F1)=ΔF1=0而完全抵消,因此KZFS才能从根本上抗震防松。


而世界顶尖的日本产的Hard Lock是靠改变螺纹啮合面的角度来缩小F1的大小以达到碰撞时防松的目的,它既需要有精细的加工能力,还需要有对被加工材质及加工工艺的准确掌握,这使全世界众多的模仿者难于逾越,而不得不花重金去日本购买Hard Lock的产品。但尽管如此,Hard Lock进行改变后F1虽很小但毕竟仍有F1>0,故F1仍有使Hard Lock啮合松动的可能,这也是它的缺陷。

为了克服Hard Lock的缺点,KZFS作出创新的一种产品KZFS-1如[图1]。它沿着螺钉1的轴线开有长的通孔2,并用通过螺钉1轴线的缝隙9把螺钉1的右端螺杆分割为若干等分,螺杆上被分割的右端又被沿着其轴线挤压成为鼓形,鼓形的最大半径与原来半径之差为Δh。


KZFS-1的抗震防松的目的是这样实现的:KZFS-1的螺杆被4条(或更多)轴向缝隙9均分为4等分,并且沿着螺钉的轴线从右端起开有被挤压成为鼓形的长孔2,当长孔2的鼓形的凸出部分∆h≧∆t时(∆t为大螺母与KZFS-1螺钉螺纹之间的径向间隙),可见鼓形螺杆将能与旋入的大螺母的螺纹在若干相邻的斜面上都实现双面紧密啮合,从而实现抗震防松的目的。


KZFS-1的鼓形螺杆制造的过程是:
①将定制好的常规螺钉的螺杆部分先进行轴向开通孔;
②再(如用线切割机床)按照通过螺杆轴线的平面切割有内孔的螺杆右端成设计规定的等份;
③再用一个带内螺纹的园垫圈旋入螺杆右端头部,固定螺杆头部使其当受轴向压力时勿变形扩大;
④在压力机上沿着螺钉轴向给KZFS-1施加定量压力,使KZFS-1螺杆中部受压而呈规定的鼓形弯曲、尾端横切面直径不变或者略小,达到设计要求值,并保证其螺距仍能与常规螺母配合;
⑤将KZFS-1按照设计需要进行热处理、时效处理;
⑥时效处理结束,退下带内螺纹的园垫圈,将KZFS-1进行表面处理,即得到合格的KZFS-1。


KZFS-1在压制的过程中可使用特制的模具来控制螺杆定型及提高产品的合格率。
第二种KZFS-2的产品进一步提高了抗震防松的可靠性。它在螺钉的长孔2中从左边插入了胀钉3来增强其抗震放松的可靠性和持久性。


从KZFS-2如KZFS-1一样在螺钉的轴线上开有长的通孔2并经过分割及挤压成为鼓形,并且右端螺杆孔内有一个圆形断面的喉管8,通孔2的鼓形部分及喉管8被通过螺钉1轴线的缝隙9分割成等分,增加缝隙9可降低其弹力;胀钉3[图3]的右端具有圆锥形顶尖4,顶尖4具有双面锥度,可使顶尖4的底园插入喉管8后能被喉管锁定,使喉管8能在震动发生时阻止顶尖4向左退回。穿过喉管8后处于喉管8处的胀钉3的横截面直径略小于顶尖4的底园而略大于喉管8的直径,与后者的差∆d≧2∆t,∆t为螺母2与螺钉1螺纹之间的径向间隙。胀钉3的左端螺纹上配合着解锁螺母5,及与胀钉一体的螺母6。


从KZFS-2的左端插入胀钉3,用锤头打击螺母6使顶尖4插入KZFS-2喉管8并被其锁定,此时因处于喉管8处的胀钉3部分横截面直径略大于喉管8,喉管8被胀钉3挤压而使被分割开的螺杆的4等分被张开而能与大螺母(向KZFS-2螺杆上旋入的工作螺母称为大螺母)的N(将N定义为螺纹相邻斜面都被密切压合的区域。当胀钉3使螺杆鼓形部分张开而压迫大螺母的压力越大,则相邻的双面螺纹都被压紧的螺纹数N越多,从而形成一个轴向宽度为N的360°的圆周区域)个螺纹在相邻斜面上都被密切压合而使此处的∆t=0,使N个螺纹范围内并且影响到整个大螺母范围的螺纹在震动时都无碰撞发生,故ΔF1=0,从而实现KZFS-2的抗震防松。


当需要将被锁定的大螺母从螺钉1中退出时,应该先将解锁螺母5拧动向螺钉1压紧并用扳手固定住,再反向转动螺母6使胀钉3从解锁螺母5中逐渐向右退出,直到顶尖4从喉管8之内完全拔出,则螺钉1的螺杆的原来被撑开的4个部分被还原成原状,大螺母可以用扳手操作从KZFS-2退出。


从上述分析可见,除了KZFS-2被震动时在N个螺纹区间可使ΔF1=0(而Hard Lock中ΔF1>0)而根除螺钉被震松的可能性外,还因在KZFS-2在锁紧状态时其大螺母与螺钉1的螺杆上的N区螺纹中相邻斜面都能在螺杆轴线的垂直平面内能获得近360°的压合区域,而Hard Lock在每个螺母上被紧密压合的螺纹面区域各不到180°。同时,KZFS运行中的紧固情况可以由胀钉3是否松动而直观方便地看出,两相比较,可见KZFS-2在其抗震防松的可靠性、易加工性、维护的直观易行性、品种的多样性上均比Hard Lock要更胜一筹。


(三)拓展
KZFS的胀钉3的顶尖4及喉管8还可采用非旋转体椎形[图4],此时KZFS-2的螺杆1的鼓形部分及喉管8按照其椎体的椎面数或椎面数的倍数被分隔成等份。现以具有四陵锥顶尖4的胀钉3为例来说明。由于胀钉3具有四陵锥顶尖4,故与它配合的喉管8及胀钉3的柱体横截面也为正方形:


四陵锥形顶尖4的底边横截面边长≧胀钉3的方形柱体横截面的边长>喉管8横截面的边长;


用锤头打击胀钉3使顶尖4完全插入喉管8后,被胀钉方柱挤压而张开的喉管8将使被分割的螺杆1的4等分也被张开而使它们分别与大螺母上对应于N区螺纹相邻斜面都密切压合,使此区间∆t=0,达到在震动中KZFS-2的螺杆的N区螺纹与大螺母间无碰撞发生,ΔF1=0,无碰撞力也就不会导致螺母2松脱,同时喉管8也将胀钉3的方柱紧紧抱住,即使遭遇震动喉管8紧咬住胀钉3也不会向左松动,保证了KZFS-2的抗震防松功能的可靠性。


当需要将大螺母从KZFS-2卸下时,可将解锁螺母5向压紧螺钉1的方向拧转,使账钉受到向右方拔出的拉力;而方形顶尖4受到方形喉管8的约束使账钉不会随着螺母5旋转,故拧转解锁螺母5使它与螺钉1之间产生的压力将逐渐把胀钉的顶尖4从喉管8中拉出而使被撑开的螺钉1及螺纹复原,解除大螺母螺纹受到螺钉1的压紧力,随后大螺母即可用扳手卸下。由于此时旋转螺母5时账钉3不会随着旋转,所以KZFS-2可比KZFS-1可省去螺母6。


各型左插KZFS的胀钉端部的螺母5、6都可取消而改为具有端部螺纹及由一字或者十字形改锥操作的螺钉头的型式。即如[图4]所示为具有由一字形改锥操作的螺钉头11的左插胀钉,其中G≦从KZFS的螺钉头到螺杆尾的总长,胀钉左端有与KZFS-2的螺钉1长孔2的左端的内螺纹相配合的长度为g1的外螺纹(图1中螺钉1长孔2的左端表示出了该内螺纹),当胀钉从左端旋入KZFS螺钉头到胀钉的顶尖4插入喉管8到位时该胀钉左端螺纹g1恰全部拧入,而使受到震动时喉管8能咬紧并制止胀钉3倒退;g2是g1全部拧入后KZFS-2螺钉头部螺纹末端至喉管尖端的距离,g1全部拧入到位时该距离能保证胀钉顶尖4可靠插入喉管;g为胀钉全部拧入后胀钉3左端外露部分长度,g处横截面可为园形、方形或六角形。由于有螺纹g1的作用,此时可取消账钉的螺母5、6。图中顶尖4的底园直径应略小于胀钉头部11处的直径,胀钉3处直径要大于喉管8的直径。

[图5]给出了一种从右边插入账钉3的形式;其中2为大螺母,10为工件,其他标记同前不变。其中如喉管8及账钉顶尖4都具有方形断面,喉管后的空间为7。账钉插入喉管后就要靠解锁螺母5向压紧螺杆1的方向压紧并连续旋转,才能使账钉逐渐从喉管中退出;如喉管8及账钉顶尖都具有园形断面,则先要将解锁螺母5压紧螺杆1并用扳手固定后,再反向旋转螺母6才能将账钉从喉管中逐渐退出。


进一步推广,在KZFS[图5]的轴线上还可设置从左端到右端的通孔,通孔中部设置喉管,将大螺母2旋入KZFS并被紧固后还可在KZFS螺杆的通孔中从左端或右端打入胀钉3都能使它与螺杆1通孔中的喉管咬紧而可达到抗震防松的目的。


因为各型KZFS松动只能发生在胀钉松动之后,故可采用先进技术对胀钉状态进行监视而大大提高KZFS运行维护的效率。例如,将监视系统的某电路触点的两极分设于被监视的KZFS的胀钉及螺钉1上或者胀钉与其穿入的螺孔的边缘上,使KZFS未发生松动时监视系统的该触点为接通,在KZFS发生松动前必胀钉先产生松动,而必致该触点被断开而发出报警信号,而使系统在KZFS螺钉松动前及时进行维护处理。KZFS可选择与垫圈配合使用,来调整KZFS的工作位置,以求能最有效地达到抗震防松效果。KZFS在螺纹的N区内因可与大螺母密切压合、降低了接触电阻而利于电信号的传输。
(四)结论
从上述可见,KZFS的抗震防松性能及普适性远超Hard Lock。
①KZFS被震动时在N个螺纹区间可使ΔF1=0(而Hard Lock中ΔF1>0)而根除螺钉被震松的可能性外,还因在KZFS在锁紧状态时其大螺母与螺钉1的螺杆上的N区螺纹中相邻斜面都能在螺杆轴线的垂直平面内能获得近360°的压合区域,而Hard Lock不到180°。②KZFS采用喉管锁定胀钉,从根本上排除了被震动而松动的可能性,③KZFS的紧定和退出操作简单易行,④KZFS运行中的紧固情况可以由胀钉3是否松动而直观方便地看出,两相比较,可见KZFS在其抗震防松的可靠性、易加工性、维护的直观易行性、品种的多样性上均比Hard Lock要更胜一筹。⑤KZFS作为螺钉除了能与大螺母配合之外,还可与带相应的内螺纹孔的工件配合进行锁定抗震,极端情况下KZFS还可与不带螺纹的孔洞配合仍可获得一定的抗震防松的效果;而Hard Lock作为螺母只能与螺钉配合发挥抗震作用,故KZFS的适用面更广。⑥而且KZFS制造、操作、维护可更简单、更方便、更可靠,因此也更价廉物美。


KZFS可供用户选择的型式更多,可见KZFS的制品将能获得比Hard Lock螺母更加广大的市场。不仅如前述在跨海大桥、高铁等各个特殊重要的建筑可用KZFS,其实任何需要使用螺钉的场合,谁不想以更廉价的投入来获得防止螺钉松脱的功能?谁不想减轻紧固件运行维护的工作量?谁不想降低紧固件的事故率提高安全生产的质量?因此,可以肯定,将来在特别重要及一般需要紧固连接的场合、甚至包括日用家电、电动玩具等等与震动有关的一切常规装置,将会更加普遍的都愿意采用价廉物美的KZFS来实现紧固件连接的抗震防松的要求!


可以肯定,KZFS将在祖国的各行各业的建设中发挥积极、健康的重要作用!也可予见KZFS的推广应用必将是历史的必然。

 

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