一种自锁紧螺栓组件

技术领域

本发明涉及一种自锁紧螺栓组件，特别是提供了一种带有锥型窝孔的螺栓和与锥型窝孔配合的胀紧块和盖型螺帽，在用于联接件和紧固件的场合下具有自锁紧的功能且本体结构简单，能够降低螺栓受到的拉力，增加紧固或连接时螺栓的机械强度。

背景技术

目前自锁紧螺栓和螺母大都采用特殊的加工工艺或附带的结构实现锁紧的目的，特殊的加工工艺使螺栓的成本增加，并且使得螺栓的整体机械强度降低，而有附带结构的自锁紧螺栓又给使用带来不便，现有公开的发明专利201510462312.9和201822082675.1等,结构复杂,加工难度大,还使得螺栓本体的机械强度降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种自锁紧螺栓组件，组件中包括带有锥型窝孔的螺栓，与锥型窝孔配合的胀紧块和盖型螺帽；采用双头螺栓联接时，螺栓的两个端头开有锥型窝孔，螺栓在被联接件盲孔螺纹内的一端用胀紧块与锥型窝孔将螺栓与盲孔螺纹之间锁紧，采用的方法是先将胀紧块放入盲孔螺纹内，双头螺栓插入被联接件的开孔，加入弹垫和平垫，旋入被联接件的盲孔螺纹内，用一个不带胀紧力的垫块加在盖型螺帽和螺栓的外端并旋入，用合适的力度旋紧，盲孔螺纹内的胀紧块压紧双头螺栓的锥型窝孔，产生锥型窝孔边沿径向膨胀的胀紧力，将螺栓与盲孔螺纹之间相互锁紧；然后将外部盖型螺帽旋出，取下不带胀紧力的垫块，换上带胀紧力的胀紧块加入外部螺栓锥型窝孔和盖型螺帽之间，用合适的力度旋紧盖型螺帽，使被紧固件获得预紧力，同时胀紧块压紧螺栓的锥型窝孔，将螺栓的另一端与盖型螺帽相互锁紧，完成被联接件的联接并将螺栓的两头锁紧；普通螺栓联接时，螺栓带螺纹的一端开有锥型窝孔，加入弹垫和调节平垫并将螺栓插入被联接件的开孔，将胀紧块放在盖型螺帽和锥型窝孔之间，用合适的力度旋紧盖型螺帽，被联接件获得预紧力，同时胀紧块压紧螺栓的锥型窝孔，锥型窝孔边沿产生径向膨胀的胀紧力，将螺栓和盖型螺帽相互锁紧；采用螺钉联接时，螺栓带螺纹的一端开有锥型窝孔，在被紧固件盲孔螺纹内放入胀紧块，螺栓插入被联接件的开孔，加入弹垫和平垫，用合适的力度将螺栓旋入被联接件的盲孔螺纹内，获得被联接件的预紧力，同时胀紧块顶紧螺栓的锥型窝孔，锥型窝孔边沿产生径向膨胀的胀紧力，将螺栓锁紧在被连接件盲孔螺纹内；对参与锁紧的螺栓、盖型螺帽和胀紧块需要精确计算各自的工作长度，保证螺栓的预紧力和胀紧块的锁紧力达到预期的要求；也可以通过实验和测试确定螺栓、盖型螺帽和胀紧块各自的长度尺寸；实际安装时可通过选用不同厚度的调节平垫调整螺栓的预紧力和锁紧力。

本发明的自锁紧螺栓组件的实施例中，包括螺栓(1)、盖型螺帽(2)、胀紧块(3)和(31)，螺栓(1) 的端部带有锥型窝孔(101)和(102)，胀紧块(3)放入被联接件(5)的盲孔螺纹内，旋入螺栓(1)至被联接件(5)的盲孔螺纹后用合适的力度旋紧，胀紧块(3)压紧锥型窝孔(101)并将螺栓(1)的一端与被紧固件(5)的盲孔螺纹相互锁紧；胀紧块(31)，放在螺栓(1)的锥型窝孔(102)和盖型螺帽(2) 之间，盖型螺帽(2)旋入螺栓(1)的另一端并用合适的力度旋紧，被紧固件(5)和被紧固件(4)获得联接预紧力，同时压紧胀紧块(31)在螺栓(1)的锥型窝孔(102)内，将螺栓(1)和盖型螺帽(2)之间相互锁紧；本发明的一种自锁紧螺栓组件至少有一个锥型窝孔(111)和一个胀紧块(33)，用于普通螺栓联接时要有一个盖型螺帽(2)，将胀紧块放在螺栓(11)和盖型螺帽(21)之间，用合适的力度旋紧盖型螺帽(21)，使被联接件(41)和(51)获得预紧力，胀紧块(33)顶紧锥型窝孔(111)产生窝孔边沿径向膨胀的胀紧力将盖型螺帽(21)与螺栓(11)之间相互锁紧；本发明的自锁紧螺栓组件采用螺钉联接时用一个螺栓(14)和一个胀紧块(36)，将胀紧块(36)放入被紧固件(54)的盲孔螺纹内，旋入螺栓 (14)在被紧固件(54)的盲孔螺纹内并用合适的力度旋紧，提供被紧固件(44)和(54)间的预紧力，同时胀紧块(36)压紧螺栓(14)的锥型窝孔(141)，将螺栓(14)与被紧固件(54)盲孔螺纹之间相互锁紧；本发明的一种自锁紧螺栓，使用的胀紧块(3)为金属圆球型，也可以选择胀紧块(33)为圆锥型和胀紧块(35)为半球型；螺栓(1)锥型窝孔的圆锥角(101)一般为90度，与不同型状胀紧块(33)、 (34)、(35)配合时可选择锥型窝孔的圆锥角为60度至120度；本发明的自锁紧螺栓组件采用双头螺栓 (1)联接时，使用一个不带胀紧力的垫块(32)加在盖型螺帽(2)和螺栓(1)的锥型窝孔(102)之间，双头螺栓(1)旋入被联接件(5)的盲孔螺纹内，用盖型螺帽(2)先将螺栓(1)与被联接件(5)的盲孔螺纹之间锁紧；取下不带胀紧力的垫块(32)，换上带有胀紧力的胀紧块(31)，盖型螺帽(2)旋入螺栓(1)外部的一端并用合适的力度旋紧，被紧固件(4)和(5)获得预紧力，同时将螺栓(1)和盖型螺帽(2)之间相互锁紧；本发明的一种自锁紧螺栓组件在受力较小的场合下使用时，螺栓螺栓(18)的锥型窝孔的径向可开有槽(181)；实际使用时，螺栓(1)、被紧固件(4)和(5)、盖型螺帽(2)之间加入调节平垫(7)，通过选用不同厚度的平垫(7)，调节螺栓(1)与被联接件(4)和(5)之间的预紧力，同时调节螺栓(1)与盖型螺帽(2)之间的相互锁紧力；本发明的一种自锁紧螺栓组件，一个螺栓和一个胀紧块的组合可用于带盲孔内螺纹的被紧固件的联接和锁紧；采用双头螺栓联接时，螺栓的两个端部各有一个锥型窝孔，采用两个胀紧块锁紧，一端用胀紧块将螺栓锁紧在被紧固件盲孔螺纹内，另一端采用盖型螺帽和胀紧块将螺栓和盖型螺帽相互锁紧；普通螺栓连接时，螺栓带螺纹的一端开有锥型窝孔；螺栓插入被联接件的开孔，加入弹垫和调节平垫，将胀紧块放在螺栓锥型窝孔和盖型螺帽之间，旋紧盖型螺帽，被联接件获得预紧力，同时胀紧块压紧螺栓的锥型窝孔，产生锥型窝孔边沿径向膨胀的胀紧力，将螺栓和盖型螺帽之间相互锁紧；上述的各种联接方式下，都要准确选择螺栓、胀紧块和盖型螺帽的长度尺寸，保证螺栓旋紧后达到预期的预紧力和锁紧力；可通过计算求取螺栓、胀紧块和盖型螺帽各自的长度尺寸，也可经实验和测试确定；实际使用时可通过选用不同厚度的平垫加以调节，平垫的厚度增加，预紧力增加，锁紧力降低；平垫的厚度减小，预紧力减小，锁紧力增加；在螺栓受力较小的情况下，可在螺栓锥型窝孔处开槽，锥型窝孔在胀紧块较小的压力下即可获得较大的锁紧力；更多的情况下螺栓的锥型窝孔不开槽，螺栓被锁紧后型变较小，容易安装和拆卸。

附图说明

图1是本发明的一种自锁紧螺栓组件采用双头螺栓联接的结构示意图；

图2、图3、图4是本发明的一种自锁紧螺栓组件采用普通螺栓联接的结构示意图；

图5、图6、图7是本发明的一种自锁紧螺栓组件采用螺钉联接的结构示意图；；

图8是本发明的一种自锁紧螺栓组件端部锥型窝孔开槽后的联接结构示意图。

图9是本发明的一种自锁紧螺栓组件端部锥型窝孔开槽的螺栓结构示意图。

具体实施方式

结合图1，双头螺栓1的两端带有锥型窝孔，锥型窝孔101和102的圆锥角均为90度，被紧固件5 的盲孔螺纹与双头螺栓1的螺纹相配合，用直径比圆孔直径稍小的金属圆球胀紧块3放入盲孔螺纹内，双头螺栓1加入弹垫6和调节平垫7并穿过被联接件4的开孔，旋入被联接件5的盲孔螺纹内，在双头螺栓的外部一端用不带锁紧功能的垫块32放入锥型窝孔102内，由于垫块32的锥型角小于90度，本例中的锥型角为87度，放入螺栓1的锥型窝孔102内不会产生径向的胀紧力；用盖型螺帽2旋入双头螺栓1的外部，用合适的力度旋紧双头螺栓1，胀紧块3压紧双头螺栓1的锥型窝孔101，锥型窝孔101的边沿产生径向膨胀的胀紧力，将双头螺栓1的一端锁紧在被紧固件5的盲孔螺纹内；然后将盖型螺帽2旋下来，取下垫块32，将带有胀紧功能的金属圆球胀紧块31放入外部螺栓的锥型窝孔102内，旋入盖型螺帽2并用合适的力度旋紧，被联接件4和5获得预紧力，同时胀紧块31压紧双头螺栓1的锥型窝孔102，产生锥型窝孔102边沿径向膨胀的胀紧力，将双头螺栓1和盖型螺帽2之间相互锁紧；调节平垫7可选用不同的厚度，用来调节螺栓的预紧力和外部螺栓与盖型螺帽2之间的锁紧力，平垫7的厚度增加，预紧力增加，锁紧力减小；平垫7的厚度减小，预紧力减小，锁紧力增加；一般为防止螺栓松动，需要给螺栓施加比较大的预紧力，但预紧力过大螺栓的拉力增加，在外力作用下螺栓会受到过大的应力作用而损坏，采用本发明的螺栓组件联接后，可以降低螺栓紧固时的预紧力，又由于螺栓被锁紧的同时会产生一个与螺栓预紧力方向相反的作用力，使螺栓受到的拉力减小，将螺栓锁紧的同时也提高了螺栓承载负荷的能力。

图2、图3和图4中是普通螺栓联接的结构示意图；图2中螺栓11的一端开有76度圆锥角的锥型窝孔111，胀紧块33采用圆锥型，圆锥角为90度，螺栓插入被联接件41和51的开孔时两侧放入弹垫6和调节平垫71，盖型螺帽21的右侧一段的内径大于螺纹低牙的直径，胀紧块33用弹性固定圈8固定在盖型螺帽21的中心位置，当盖型螺帽21旋入螺栓11并用合适的力度旋紧时，被联接件41和51获得预紧力，同时胀紧块33的圆锥体顶紧螺栓11端部锥型窝孔111，锥型窝孔111的外沿在径向力作用下产生向外膨胀的胀紧力，将螺栓11与盖型螺帽21之间相互锁紧；通过选用不同厚度的平垫71，调节螺栓11与被联接件41和51之间的预紧力，同时调节螺栓11与盖型螺帽21之间的相互锁紧力；平垫71的厚度增加，预紧力增大，锁紧力减小；平垫71的厚度减小预紧力减小，锁紧力增加；螺栓11的长度、盖型螺帽21 孔的深度和胀紧块33的高度要根据被联接件的厚度确定，通过计算或实际测试选取；实际使用时由于被联接件的厚度会有变化，通过使用不同厚度的平垫71加以调节；图3中螺栓12的一端开有70度圆锥角的锥型窝孔121，盖型螺帽22的内孔螺纹与螺栓12的螺纹相配合，位于锥型窝孔121和盖型螺帽22之间的胀紧块34采用直径稍小于盖型螺帽22内螺纹孔径的金属圆球；螺栓插入被紧固件42和52的开孔，同时两侧分别加入弹垫6和调节平垫72，加入胀紧块34并用合适的力度旋紧盖型螺帽22，被联接件42和 52获得预紧力，同时胀紧块34压紧螺栓12的锥型窝孔121，产生锥型窝孔边沿径向膨胀的胀紧力，将盖型螺帽22和螺栓12之间相互锁紧；根据被联接件42和52的厚度，计算或实测确定螺栓12的长度和盖型螺帽22孔的深度，用不同厚度的平垫72进行微调，使得螺栓12紧固后获得预期的预紧力和锁紧力；这种结构由于螺栓锥型窝孔121被胀紧块34压紧后产生的轴向力较大，可使用在对螺栓要求承载较大负荷的情况下；图4中螺栓13的一端开有80度圆锥角的锥型窝孔131，使用半圆球型的胀紧块35并用弹性固定圈81定位在盖型螺帽23的中心位置，盖型螺帽23右侧一段的孔径大于螺纹底牙的直径，提供螺栓 13锥型窝孔131外部边沿径向胀开的空间；螺栓13插入被紧固件43和53的开孔，同时两侧加入弹垫6 和调节平垫73，将胀紧块35加在盖型螺帽23和螺栓13锥型窝孔131之间,旋入盖型螺帽23并用合适的力度旋紧，被联接件43和53获得预紧力，同时胀紧块35压紧螺栓13的锥型窝孔131，将螺栓13与盖型螺帽23之间相互锁紧；根据被联接件43和53的厚度，选择合适的螺栓13长度尺寸和盖型螺帽23孔的深度，通过选用不同厚度的平垫73，当螺栓13旋紧后获得被联接件43和53之间预期的预紧力，同时将螺栓13与盖型螺帽23之间相互锁紧；由于盖型螺帽23内的一段直径增大，使得螺栓13锥型窝孔131的外边沿在较小压力作用下即可产生较大的锁紧力，适合在螺栓受力较小的场合下使用。

图5、图6和图7是采用螺钉紧固的方式，螺栓的一端带有锥型窝孔，使用一个胀紧块，被紧固件之一带有盲孔螺纹；图5中的螺栓14一端开有锥型窝孔141，圆锥角142为90度，被联接件54加工有盲孔螺纹与螺栓14相配合，盲孔螺纹的底部有一个自然的加工窝孔，圆锥角度541为120度，胀紧块36采用直径稍小于螺纹孔径的金属圆球放入盲孔螺纹内，螺栓14旋入被紧固件54的盲孔螺纹前插入被紧固件44的开孔并加入弹垫6和平垫74，用合适的力度将螺栓14旋紧，被联接件44和54获得预紧力，同时胀紧块 36压紧螺栓14的锥型窝孔141，产生锥型窝孔边沿径向膨胀的胀紧力，将螺栓14与被紧固件54的盲孔螺纹之间相互锁紧；根据被联接件44的厚度和被连接件54孔的深度确定螺栓14的长度，使得螺栓14 旋紧后获得预期的预紧力和胀紧块36与螺栓锥型窝孔141之间的锁紧力；实际使用时通过选用不同厚度的平垫74调整预紧力和锁紧力的大小；图6中的螺栓15的一端开有锥型窝孔151，胀紧块37采用双头圆锥型结构，下部的圆锥型与钻孔留下的锥型窝孔角度相配合，上部圆锥型的圆锥角371的值ф大于螺栓15 锥型窝孔圆锥角152的值α；将胀紧块37放入被联接件55的盲孔螺纹内，加入弹垫6和平垫75并将螺栓15插入被联接件45的开孔，旋入被联接件55的盲孔螺纹内，用合适的力度旋紧，被联接件45和55 获得预紧力，同时胀紧块37压紧螺栓15的锥型窝孔151，产生锥型窝孔径向膨胀的胀紧力，将螺栓15与被联接件55的盲孔螺纹之间相互锁紧；根据被联接件45的厚度和被联接件55盲孔的深度，确定螺栓15 的长度，通过选用不同厚度的平垫75调整预紧力和锁紧力；图7中螺栓16的一端开有锥型窝孔161,圆锥角为90度,被联接件56加工有盲孔螺纹与螺栓16的螺纹相配合，盲孔底部一段加工出扩孔561，给螺栓 16锥型窝孔161边沿的部分留出径向膨胀的空间，胀紧块38的一端为圆锥型，与盲孔底部加工后留下的自然圆锥窝孔相配合，另一端为半圆型，与螺栓16的锥型窝孔161相配合，提供螺栓16与盲孔螺纹之间的锁紧力；将胀紧块38放入被联接件56的盲孔螺纹内，半圆型的一端向上，螺栓16加入弹垫6和调节平垫76并穿过被联接件46的开孔，旋入被联接件56的盲孔螺纹内，用合适的力度旋紧，产生被联接件 46和56之间的预紧力，同时胀紧块38压紧螺栓16的锥型窝孔161，将螺栓16锁紧在被联接件56的盲孔螺纹内；根据被联接件46的厚度和被联接件56盲孔的深度，确定螺栓16的长度和胀紧块38的高度，通过选用不同厚度的平垫76调节预紧力和锁紧力的大小；通过计算或实际测试确定胀紧块的高度L3、螺栓的有效长度L2和螺栓紧固后总高度L1，可获得预期的螺栓预紧力和锁紧力；改变平垫76的厚度761的值δ可调整螺栓预紧力和锁紧力的大小，加入厚的平垫76使δ值增加时，预紧力增大，锁紧力减小；当平垫76的厚度值δ减小时，预紧力减小，锁紧力增大；螺栓16旋紧后的预紧力用F1表示，螺栓16的锥型窝孔161在胀紧块38的作用下产生作用力FA，可分解为轴向力FB和径向力FC，径向力FC使螺栓16 与被紧固件56的盲孔螺纹之间相互锁紧；从受力分析可知，锥型窝孔161的圆锥角增大，轴向力增加，径向力减小；圆锥角减小，轴向力减小，径向力增大；由于轴向力FB与螺栓的预紧力F1方向相反，使螺栓受到拉力的合力F降低，产生的效果是螺栓锁紧的同时也提高了螺栓的载荷能力。

图8和图9是将螺栓的锥型窝孔开槽使用的结构图，一般在螺栓受力较小的情况下使用，便于锁紧螺栓；图8中的螺栓17的一端开有锥型窝孔171，锥型窝孔171的径向铣削出槽口172，被紧固件47和57 的两侧加有弹垫6和调节平垫77，当盖型螺帽24旋紧时，圆球型金属胀紧块39用较小的作用力即可将螺栓17和盖型螺帽24之间锁紧；图9是在螺栓18锥型窝孔处开槽的螺栓结构，加工完成的开槽181的宽度183用T表示，开槽的深度182用H表示，槽的深度增加，H的值较大时螺栓更容易被锁紧。