一种动态轴自锁螺母及其加工方法

技术领域

本申请涉及紧固件技术领域，尤其是涉及一种动态轴自锁螺母。

背景技术

螺母是常用的紧固件，为提高螺母的连接稳定性，避免螺母发生松脱或位移导致连接失效，市面上衍生出多种带自锁功能的螺母，这种螺母通常通过挤压弹性件实现自锁功能，安装紧固螺母时通过挤压弹性件，弹性件变形挤压内侧啮合安装的螺栓，以此达到锁止防滑的目的。

然而，这种螺母上的弹性件在多次挤压后会产生形变缺陷影响螺母的旋紧或旋松，螺母的使用寿命较短，若要延长螺母的使用寿命，需提高弹性件的性能，通常对弹性件的材料和制作工艺有较高的要求，这就会导致螺母的制造成本的增加。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种结构简单且自锁效果良好的螺母。

本申请的另一个目的在于提供一种进行上述自锁螺母加工的方法。

为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种动态轴自锁螺母，包括相互连接的旋合部和锁紧部；所述旋合部和所述锁紧部之间形成有斜切口；当所述动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧时，所述锁紧部在螺栓的挤压下适于绕连接位置向所述斜切口闭合的方向进行摆动，以使得所述锁紧部对螺栓进行径向的挤压，进而所述锁紧部和螺栓发生过盈配合以进行自锁。

优选的，所述动态轴自锁螺母的中心沿轴向设置有贯穿的螺纹孔；当所述动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧时，所述锁紧部中心的螺纹段适于和螺栓的螺纹段进行轴向和径向的过盈配合。

优选的，所述动态轴自锁螺母的中心沿轴向设置有相连通的螺纹孔和通孔，所述螺纹孔位于所述旋合部内，所述锁紧部的中心均为所述通孔；当所述动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧时，所述锁紧部适于通过所述通孔的侧部与螺栓的光轴段进行径向的过盈配合。

优选的，设所述斜切口的夹角为α；则夹角α的取值为10°-45°。

优选的，所述旋合部和所述锁紧部相靠近的端面分别为第一延伸面和第二延伸面，所述第二延伸面垂直于所述动态轴自锁螺母的轴线；所述第一延伸面倾斜于所述第二延伸面，以使得所述第一延伸面和所述第二延伸面之间形成所述斜切口。

优选的，所述锁紧部远离所述旋合部的端面为楔面，所述楔面与所述第二延伸面的夹角为β；夹角β大于等于夹角α，且所述楔面与所述第一延伸面的倾斜方向相反，以使得当所述动态轴自锁螺母与螺栓旋合并紧时，所述锁紧部适于在螺栓的挤压下向所述斜切口闭合的方向进行摆动，直至所述斜切口完全闭合。

优选的，所述楔面与所述第二延伸面的夹角为β等于夹角α，且所述楔面和所述第一延伸面于轴向的投影重合；从而在所述动态轴自锁螺母与螺栓旋合并紧时，所述楔面平行于所述动态轴自锁螺母的径向平面

优选的，设所述斜切口的深度为X，所述动态轴自锁螺母的外接圆直径为D，所述螺纹孔的直径为d；则X的取值为(D-d)/2＜X＜(D+d)/2。

优选的，所述旋合部和所述锁紧部通过径向平面的中部进行连接，以使得所述旋合部和所述锁紧部之间于连接位置的两侧均形成所述斜切口；则所述斜切口的深度X的取值为(D-d)/2＜X≤0.4D。

一种动态轴自锁螺母的加工方法，包括如下加工步骤：

S100：选择合适长度的螺母坯料，并根据使用要求完成外六角侧壁以及螺纹孔的加工；

S200：根据自锁强度的要求，计算得到动态轴自锁螺母和螺栓的过盈量e；

S300：根据过盈量e并选择合适的斜切口数量，得到所需斜切口的深度和夹角；

S400：根据步骤S300中得到的斜切口的参数并选取合适的楔面夹角，对螺母坯料进行切除加工以得到所需的动态轴自锁螺母。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

(1)当本申请的动态轴自锁螺母和螺栓进行并紧时，通过锁紧部沿斜切口的闭合方向进行摆动，以使得锁紧部和螺栓之间产生过盈配合，进而可以产生径向的锁紧力矩，以保证动态轴自锁螺母与螺栓之间进行自锁。相比较传统的自锁螺母，无需设置弹性件，使得本申请的动态轴自锁螺母结构简单化。

(2)通过动态轴自锁螺母和螺栓的自锁强度，可以反推出斜切口的加工参数，进而直接通过螺母坯料根据得到的加工参数即可加工得到所需的动态轴自锁螺母。整个加工过程简单且方便进行操作。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的结构示意图。

图2为本发明中图1所示实施例进行并紧时的状态示意图。

图3为本发明另一个实施例的结构示意图。

图4为本发明中图3所示实施例进行并紧时的状态示意图。

图5为本发明再一个实施例的结构示意图。

图6为本发明中图5所示实施例进行并紧时的状态示意图。

图7为本发明进行图1至图4所示实施例加工的状态示意图。

图8为本发明进行图5和图6所示实施例加工的状态示意图。

图中：斜切口100、第一延伸面101、第二延伸面102、旋合部110、锁紧部120、楔面121、螺纹孔130、通孔140、螺母坯料200、第一斜切块201、第二斜切块202。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的一个方面提供了一种动态轴自锁螺母，如图1至图6所示；其中一个优选实施例包括相互连接的旋合部110和锁紧部120。旋合部110和锁紧部120之间进行局部连接，以使得旋合部110和锁紧部120之间形成有斜切口100。在动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧的过程中，锁紧部120可以和螺栓进行持续的挤压配合，进而锁紧部120可以在螺栓的挤压下绕着与旋合部110的连接位置向斜切口100闭合方向进行摆动，以使得锁紧部120对螺栓进行径向的挤压；此时锁紧部120中心的配合孔发生了偏移，进而可以和螺栓发生过盈配合以进行自锁。

可以理解的是，传统的螺母和螺栓在进行连接时，螺母和螺栓之间一般都是间歇配合。而在本申请中，由于锁紧部120在和螺栓旋合的过程中发生了偏移，使得位于锁紧部120中心的配合孔的轴线与螺栓的轴线偏离。并且在锁紧部120偏移的过程中，锁紧部120中心的配合孔靠近旋合部110的一端向着螺栓的轴线方向进行移动，以使得锁紧部120的配合孔靠近旋合部110的一端与螺栓由间隙配合变为过盈配合，进而对螺栓形成沿径向的锁紧力矩，通过该锁紧力矩可以保证锁紧部120和螺栓保持自锁，即整个动态轴自锁螺母与螺栓保持自锁。由于锁紧部120的偏移为塑性变形，在动态轴自锁螺母的并紧力失去后，锁紧部120依旧可以保证形变与螺栓进行自锁。

还可以理解的是，锁紧部120在螺栓的挤压下向斜切口100闭合方向进行摆动时，可以通过斜切口100的闭合程度来实现对自锁力矩的调节。通俗的说，就是对螺栓施加越大的拧紧力，螺栓对锁紧部120所产生的挤压力越大，进而锁紧部120摆动的幅度越大，以使得斜切口100的闭合量越大，则所产生的过盈量越大。即锁紧部120对螺栓的自锁力矩是动态的，可以根据实际的需要进行选择。其中，当斜切口100完全闭合时所产生的过盈量最大，即自锁力矩最大；同时斜切口100的完全闭合还可以有效的提高紧固件的使用结构稳定性。所以，为了方便理解，后续的内容均以斜切口100在自锁过程中完全闭合为例进行阐述。

本申请中，动态轴自锁螺母的中心配合孔的结构可以根据螺栓的种类来进行选择，下面可以通过具体的实施例来进行说明。

实施例一：如图3至图6所示，当螺栓的螺杆侧壁设置有全尺寸的螺纹段时，动态轴自锁螺母的中心沿轴向设置有贯穿的螺纹孔130。从而在动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧时，锁紧部120中心的螺纹段可以和螺栓的螺纹段进行轴向和径向的过盈配合。

可以理解的是，当锁紧部120向斜切口100的闭合方向摆动至斜切口100完全闭合时，锁紧部120中心的螺纹段靠近旋合部110的端部不仅在径向发生偏移，还在轴向发生了偏移，进而导致锁紧部120中心的螺纹段和螺栓的螺纹段在径向以及轴向上都发生过盈配合，进而可以有效的提高对螺栓的自锁效果。

实施例二：如图1和图2所示，当螺栓的螺杆侧壁部分设置有螺纹段时，动态轴自锁螺母的中心沿轴向设置有相连通的螺纹孔130和通孔140；其中，螺纹孔130完全位于旋合部110内，锁紧部120的中心均为光滑的通孔140。当动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧时，锁紧部120可以通过通孔140的侧部与螺栓的光轴段至少进行径向的过盈配合。

可以理解的是，当锁紧部120向斜切口100的闭合方向摆动至斜切口100完全闭合时，锁紧部120中心的通孔140靠近旋合部110的端部不仅在径向发生偏移，还在轴向发生了偏移。其中，通孔140端部的径向偏移可以挤压螺栓以确保螺栓和旋合部110的螺纹游隙被消除，进而可以保证螺栓和旋合部110之间进行螺纹自锁。由于螺栓与锁紧部120的配合位置为光轴段，则通孔140端部的轴向移动可以和螺栓的光轴段发生相对滑动，也可以对螺栓于轴向上提供一定的自锁能力。

本实施例中，如图1至图6所示，旋合部110和锁紧部120相靠近的端面分别为第一延伸面101和第二延伸面102。第一延伸面101和第二延伸面102相互配合可以形成斜切口100。

可以理解的是，若想要锁紧部120与螺栓产生径向的力矩，则需要锁紧部120在向斜切口100的闭合方向完成摆动后，锁紧部120靠近旋合部110的一端相对于初始位置需要产生向着轴线方向的偏移。

为了满足上述锁紧部120对螺栓的自锁要求，第一延伸面101和第二延伸面102的设置方式包括如下三种情况。

设置方式一：如图1至图6所示，第二延伸面102垂直于动态轴自锁螺母的轴线，即平行于动态轴自锁螺母的径向平面。第一延伸面101向着旋合部110的方向倾斜于第二延伸面102，以使得第一延伸面101和第二延伸面102之间形成所需的斜切口100。

设置方式二：第二延伸面102和第一延伸面101均向着旋合部110的方向相对于动态轴自锁螺母的径向平面进行倾斜，以使得第一延伸面101和第二延伸面102之间形成斜切口100。

设置方式三：第一延伸面101向着旋合部110的方向相对于动态轴自锁螺母的径向平面进行倾斜，第二延伸面102向着背离旋合部110的方向相对于动态轴自锁螺母的径向平面进行倾斜，以使得第一延伸面101和第二延伸面102之间形成所需的斜切口100。并且，第一延伸面101与动态轴自锁螺母的径向平面的夹角需要大于第二延伸面102与动态轴自锁螺母的径向平面的夹角。

通俗的说，上述三种设置方式均是需要第一延伸面101的于侧视方向的投影长达大于第二延伸面102于侧视方向的投影长度，以使得第一延伸面101和第二延伸面102相互贴合时，第二延伸面102相对于第一延伸面101向轴向方向靠近以挤压螺栓，进而形成所需的自锁径向力矩。

可以理解的是，上述的三种设置方式中，由于设置方式一的第二延伸面102为平行于径向平面的基准面，可以方便进行加工。因此，本申请中对于第一延伸面101和第二延伸面102的设置方式优选采用上述的设置方式一，后续的内容也以设置方式一为例。

本实施例中，如图1至图6所示，可以设斜切口100的夹角为α；则夹角α的取值为10°-45°。

应当知道的是，夹角α的取值越大，则在锁紧部120发生摆动后与螺栓所产生的过盈量越大，即所产生的自锁力矩越大。但是夹角α的值过大，则会导致锁紧部120摆动所产生的塑性变形越大，进而容易造成锁紧部120和旋合部110的断裂。因此，夹角α的取值不易过大，一般的取值范围在10°-45°，优选范围在15°-20°。

还应当知道的是，若想要本申请的动态轴自锁螺母与螺栓进行旋合并紧时锁紧部120能够向着斜切口100闭合的方向进行摆动；需要锁紧部120与螺栓相接触的端面与径向平面存在一定的夹角，以确保螺栓与锁紧部120的端面接触后能够产生驱使锁紧部120发生摆动的挤压力。

因此，如图1至图6所示，锁紧部120远离旋合部110的端面为楔面121，楔面121与第二延伸面102的夹角为β。夹角β大于等于夹角α，且楔面121与第一延伸面101的倾斜方向相反，以使得当动态轴自锁螺母与螺栓旋合并紧时，锁紧部120可以在螺栓的挤压下向斜切口100闭合的方向进行摆动，直至斜切口100完全闭合。

可以理解的是，楔面121与第二延伸面102的夹角至少要等于第一延伸面101与第二延伸面102的夹角。从而在螺栓与锁紧部120进行接触挤压的过程中，螺栓具有足够的轴向压缩行程来带动锁紧部120进行摆动至斜切口100闭合。

当然，若夹角β的值大于夹角α，则在斜切口100闭合是，锁紧部120的端面与螺栓可能为部分的面接触，进而容易造成螺栓与锁紧部120的挤压位置的接触面积过小所形成的挤压结构不稳定。

因此，在本实施例中，可以优选采用楔面121与第二延伸面102的夹角为β等于夹角α，且楔面121和第一延伸面101于轴向的投影重合。从而在动态轴自锁螺母与螺栓旋合并紧时，楔面121可以平行于动态轴自锁螺母的径向平面，进而锁紧部120的整个端面都可以和螺栓进行接触，以提高锁紧结构的稳定性。

本申请的其中一个实施例，如图1、图3和图5所示，设斜切口100沿径向的深度为X，动态轴自锁螺母的外接圆直径为D，螺纹孔130的直径为d；则X的取值为(D-d)/2＜X＜(D+d)/2。

可以理解的是，若想要锁紧部120能够对螺栓产生径向的自锁力矩，则需要斜切口100至少要从本申请的动态轴自锁螺母的侧壁贯穿至中心的配合孔(螺纹孔130或通孔140)的位置，即X＞(D-d)/2。同时，斜切口100的深度不易过深，过深的斜切口100容易造成锁紧部120与旋合部110的连接长度较短，进而在锁紧部120摆动的过程中容易发生断裂；因此，斜切口100的深度不易贯穿整个配合孔，即X＜(D+d)/2。

本实施例中，斜切口100的数量可以是一个，也可以是多个。为了方便理解，下面可以以斜切口100的数量为一个和两个进行详细的说明。

当斜切口100的数量为一个时，如图1至图4所示，锁紧部120和旋合部110通过位于一侧的局部区域进行连接。此时，为了保证锁紧部120在摆动至斜切口100闭合后能够对螺栓产生足够的自锁力矩，则斜切口100的深度X的取值可以为D/2≤X＜(D+d)/2。当然，锁紧部120远离旋合部110的端面设置有一个对应的楔面121。

当斜切口100的数量为两个是，如图5和图6所示，旋合部110和锁紧部120通过径向平面中部的局部区域进行连接，以使得旋合部110和锁紧部120之间于连接位置的两侧均形成斜切口100。此时，为了保证锁紧部120在摆动至斜切口100闭合后能够对螺栓产生足够的自锁力矩，同时避免锁紧部120在摆动后发生断裂，则斜切口100的深度X的取值可以为(D-d)/2＜X≤0.4D。当然，锁紧部120远离旋合部110的端面设置有两个对应的楔面121。

本申请的另一个方面提供了一种动态轴自锁螺母的加工方法，如图7和图8所示，其中一个优选的实施例具体包括如下加工步骤：

S100：选择合适长度的螺母坯料200，并根据使用要求完成外六角侧壁以及螺纹孔130的加工。

可以理解的是，为了保证本申请的动态轴自锁螺母与螺栓具有足够的螺纹连接强度，则需要旋合部110的长度至少等于传统螺母的长度m

S200：根据自锁强度的要求，得到动态轴自锁螺母和螺栓的过盈量e。

可以理解的是，根据本申请的动态轴自锁螺母的适于环境不同，所需要的自锁力也不相同。当使用环境确定后，可以通过所需要的自锁力的值来得到动态轴自锁螺母和螺栓的过盈量e，过盈量e的值与自锁力的值的具体关系为本领域技术人员的公知常识，故不在此进行详细的阐述。

S300：根据确定的过盈量e以及所选取的斜切口100数量，得到所需斜切口100的深度和夹角。

可以理解的是，由图1至图6可知，过盈量e与斜切口100的深度X以及夹角α的关系。

具体的推导过程如下：设第一延伸面101在侧向上位于配合孔内的投影长度为L，同时可以得到第二延伸面102在侧向上位于配合孔内的投影长度为X-(D-d)/2；则第一延伸面101和第二延伸面102在侧向上位于配合孔内的投影长度的差值Y＝L-[X-(D-d)/2]。

则根据夹角α的余弦计算公式：

cosα＝[X-(D-d)/2]/L；

cosα＝e/Y；

将上述的两个公式进行整理，可以得到过盈量e与斜切口100的深度X以及夹角α的关系式为

其中，若斜切口100的数量为一个，则斜切口100的深度为X，对应的过盈量为e；若斜切口100的数量为两个，在进行公式计算时过盈量e的取值可以选取一般，进而得到单边的斜切口100的深度X的值。

S400：根据步骤S300中得到的斜切口100的参数并选取合适的楔面121夹角，对螺母坯料200进行切除加工以得到所需的动态轴自锁螺母。

具体的，若切斜口100的数量为一个，则如图7所示，可以在螺母坯料200的下部对应位置通过切削加工去除一个第一斜切块201，第一斜切块201的轮廓对应斜切口100的尺寸和形状；同时在螺母坯料200的底部通过切削加工去除一个侧向投影形状为直角梯形的第二斜切块202，第二斜切块202的斜面轮廓正好对应为锁紧部120的楔面121。

若斜切口100的数量为两个，则如图8所示，可以在螺母坯料200的下部对应位置的两侧通过切削加工去除两个对称的第一斜切块201，第一斜切块201的轮廓对应斜切口100的尺寸和形状；同时在螺母坯料200的底部通过切削加工去除一个侧向投影形状为等腰梯形的第二斜切块202，第二斜切块202的两个斜面轮廓正好对应为锁紧部120的两个楔面121

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。