自鎖定螺母的製作方法

2023-10-08 20:35:04 4

專利名稱：自鎖定螺母的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及自鎖定螺母，其中設置一個或多個布置成防止螺母在使用過程中鬆動的元件。更具體地，本發明涉及自鎖定螺母，其中，柱形端部通過螺旋彈簧壓縮，在這裡優選參照這種螺母。
背景技術：
已知很多種自鎖定螺母。例如，美國專利No. 4893977公開了一種自鎖定螺母，其中在柱形端部中設置V形或U形狹槽，該狹槽被布置成通過徑向作用的外部螺旋彈簧彈性地壓縮。同樣，美國專利No. 5160227中公開了一種上述種類的自鎖定螺母，其中為了改善其抗腐蝕性能和使其能夠在250度以上的溫度下使用，設想由彈簧不鏽鋼(例如AISI (美國鋼鐵協會)302鋼)製成螺旋彈簧。本申請人意識到，總體上，由於技術和市場的發展，越來越需要特別是具有針對螺釘的多個旋緊/旋鬆循環(例如30個循環)來說是恆定的但根據應用種類而不同的鬆動制動力矩(旋鬆制動轉矩)的螺母。實際上，已知螺母的尺寸被設置成確保，例如根據技術規格或製造標準，鬆動制動力矩值超過預定最小值。然而，已知螺母的尺寸沒有設置成確保性能穩定性和根據預定方式不同的鬆動制動力矩值，使得它們不僅確保預定最小值以上的最小值，而且確保不超過預定最大值的最大值。這種情況的共同問題在於，在存在不同需要時，不能向螺母購買者保證螺母的鬆動制動力矩值不超過預定最大值並且通常處於與購買者的實際需要對應的預定範圍內。例如，對於使用固定到金屬主體的螺釘或雙頭螺栓且雙頭螺栓的制動轉矩必須超過螺母的制動轉矩的應用中，螺母的鬆動制動力矩必須不超過可能會造成雙頭螺栓從主體旋鬆的值。這種情況例如在將進氣歧管或排氣歧管緊固到內燃機上時會出現。同種現象會出現在具有低振動的固定或緩慢運動部件的裝置中，其中需要具有低的鬆動制動力矩值的螺母。在這種應用中，鬆動制動力矩值高的螺母不僅是沒用的，而且它們會由於過度的剛性而對正在使用的螺釘或者對裝置本身造成損害。相反，對於具有高速運動和強烈振動部件的裝置的應用來說，同樣非常需要鬆動制動力矩值超過預定最小值的螺母，否則會出現螺母鬆動的風險，可能會損害裝置和/或可能會傷害裝置的使用者。對具有特別高的鬆動制動力矩值的螺母的需求同樣存在，例如在通過插入電絕緣材料緊固部件時，當然電絕緣材料必須不被太高的鎖定轉矩損害。本申請人因此意識到，隨著自鎖定螺母的應用的發展，不僅對於性能穩定性，而且對於針對此性能的預定最小和最大限制的需求變得越來越明顯。特別是，本申請人已經意識到，由於技術和市場需求的發展，確保鬆動制動力矩值高於預定最小值不再足夠，而是必須提供這樣的螺母，其具有的鬆動制動力矩值彼此不同並且包括在預定的最小值和最大值之間或者處於預定的範圍內。

發明內容
本發明的目的在於提供一種自鎖定螺母，其既能保持已知螺母的結構，又能夠以可控的方式獲得彼此不同的旋鬆制動轉矩，由此可實現以下優點-可以根據實際應用需求選擇螺母；-所述螺母沒有鬆動制動力矩值太高或太低的風險；-所述螺母確保，在預定範圍內，對於多個旋緊/旋鬆循環(例如至少30個循環) 來說基本恆定的旋緊/旋鬆制動轉矩。所述目的通過要求保護的自鎖定螺母和相關製造方法來實現。權利要求是在這裡提供的關於本發明的技術教導的一體部分。根據本發明的優選實施方式的特徵，自鎖定螺母包括設置有適當形狀的縱向狹槽的上螺紋軸環以及外部螺旋彈簧，縱向狹槽在軸環本身中限定多個成形為圓周弧的區段， 外部螺旋彈簧設置成壓縮所述區段，所述彈簧由沉澱硬化不鏽鋼製成並被成形為使得所述螺母產生彼此不同並且對於具有相同直徑的螺母來說通過適當地修改所述彈簧的至少一個尺寸參數獲得的旋鬆制動轉矩。根據本發明的另一特徵，彈簧被構造成使得螺母產生多個部分重疊的旋鬆制動轉矩，其布置成覆蓋相應不同範圍的旋鬆制動轉矩。根據本發明的又一特徵，申請人已確認三個部分重疊範圍的旋鬆制動轉矩，以覆蓋利用現有技術的螺母不可能獲得的極廣範圍的旋鬆制動轉矩性能以及因此相應廣泛範圍的應用。


通過參照附圖以非限制性例子給出的優選實施方式的以下描述，本發明的以上和其他特徵和優點將變得更加清楚，附圖中由相同或類似附圖標記表示的元件對應於具有相同或類似功能和結構的部件，其中圖IA是具有螺旋彈簧的一種示例性自鎖定螺母的立體圖；圖IB表示可用在圖IA所示的自鎖定螺母上的彈簧；圖2至圖4表示通過改變與彈簧相關的尺寸參數，隨著旋緊/旋鬆循環數增加而在螺母MlO的樣本上測量的以牛頓/米(Nm)表示的制動力矩值；圖5至圖7表示通過改變與螺母M20中的彈簧相關的尺寸參數，隨著旋緊/旋鬆循環數增加而在螺母樣本上測量的以牛頓/米(Nm)表示的制動力矩值；圖8至圖10表示分別針對不同的螺母M10、M12、M20，在螺母樣本上測量的以牛頓 /米(Nm)表示的制動力矩值的對比曲線L、M、H，其中每副圖涉及具有相同直徑的螺母和具有不同尺寸參數的彈簧；以及圖11和12顯示通過分別在螺母MlO和M20中使用彈簧不鏽鋼(AISI 302)製成的彈簧，隨著旋緊/旋鬆循環數量增加而在螺母樣本上測量的以牛頓/米(Nm)表示的制動力矩值。
具體實施例方式參照圖1A，根據本發明的優選實施方式製成的螺母1被布置成旋緊在螺紋杆上， 該螺紋杆在圖中未顯示，位於螺母的內側並布置成用於例如緊固裝置的一次性部件。螺母具有常規的結構，包括軸環3，螺旋彈簧5纏繞在軸環3上並在軸環3上施加徑向壓縮，並且通過軸環在螺母旋緊到的螺紋杆上施加徑向壓縮。螺母1的結構包括設置在軸環3本身中的多個狹槽7，狹槽優選為U形。當然，在其他實施方式中，狹槽可以是V形或者具有尖角的U形。狹槽7在軸環3上限定多個成形為圓周弧並具有外部上肋11的區段9。在優選實施方式中，凹座13設置在螺母1的結構的上表面中。所述座容納螺旋彈簧5的給定數量、甚至是非整數匝6 (圖IA和1B)，以環繞軸環3並徑向壓縮區段9，區段9 又向螺母旋緊到的螺紋杆施加給定的壓力或力。彈簧5優選由絲fe製成，絲fe具有隨螺母尺寸變化而變化的直徑Φ j，並且根據優選實施方式其具有對於相同螺母尺寸或直徑來說多樣化的內徑Φ(1，以允許以預定方式使鬆動制動力矩或轉矩的最小和最大值多樣化，如接下來詳細描述的那樣。在使用中，彈簧優選安裝在相對於緊固部分(例如一次性部分)的相對位置，使得其通常受到比緊固部分受到的低的溫度，如對於本領域技術人員清楚的那樣。在優選實施方式中，彈簧5由沉澱硬化不鏽鋼(PH鋼)製成，其中存在高溫下可溶的硬化化合物或元素，例如鋁或鋁化合物。更優選地，彈簧由半奧氏體PH鋼製成，例如17-7ΡΗ鋼，也稱為AISI 631鋼。申請人:首先意識到，例如通過利用ΡΗ-17-7鋼的彈簧進行測試，通過使用沉澱硬化不鏽鋼製成的螺母甚至在例如至少30次循環的重複旋緊/旋鬆循環後具有帶高度恆定特性的鬆動制動力矩。更特別地，申請人已經意識到，制動力矩特性隨著旋緊/旋鬆循環重複的恆定性不僅出現在在環境溫度下(例如溫度範圍在-50度至100度)使用的情況，而且出現在在高溫下(例如溫度範圍在300度至400度)使用的情況。總之，申請人已經注意到，隨著旋緊/旋鬆循環重複，在範圍為-50度至400度的溫度時制動力矩特性具有高度恆定性，使得根據本發明的螺母尤其適用於需要其可靠重複使用的情況。申請人:還意識到，特性的恆定性也在修改彈簧5的一個或多個尺寸參數同時保持螺母直徑不變時得以保持。這種現象的檢測使得能夠通過優選地修改彈簧的尺寸參數同時保持螺母直徑不變來進行實驗測試，並獲得具有彼此不同且處於預定最小值和最大值之間的旋鬆制動轉矩的螺母。在保持螺母直徑不變的同時可以修改的尺寸參數有-彈簧5的內徑Φ(1;-絲5a的直徑Φj ；
-匝6的數量(甚至是非整數)。在優選實施方式中，已經選擇彈簧5的內徑Φ d作為要修改的尺寸參數，因為其修改被認為較少地影響螺母1的軸環3的可能尺寸修改(加長或縮短)。因此，以下優選參照彈簧5的內徑Φd作為要修改的尺寸參數。在對不同直徑的螺母進行實驗測試時，其最小值為第五次旋鬆操作時的制動轉矩最小值的轉矩被認為是參考旋鬆制動轉矩，如標準ISO 2320規定的。具有這種平均轉矩的螺母被認為是具有標準特性的螺母(標準螺母或標準或中等轉矩螺母)，所使用的彈簧5的尺寸參數被認為是參考參數(圖3和6)。考慮到標準螺母作為參考，彈簧5的直徑Φ d被修改。作為進行的實驗測試的結果，申請人已經意識到，通過增加彈簧5的內徑(「直徑」)Φ(1並保持相同彈簧的其他尺寸參數不變，可以獲得比標準螺母低得多的中等、最小和最大旋鬆制動轉矩值，同時針對重複旋緊/旋鬆循環，例如30次循環保留特性的恆定性 (圖2和圖…。在這種情況中，具有這種特性的螺母在這裡被定義為低轉矩螺母。申請人:還意識到，通過減小彈簧5的直徑Φ(1並且保持相同彈簧的其他尺寸參數不變，可以獲得比標準螺母高得多的中等、最小和最大旋鬆制動轉矩值，同時在重複旋緊/ 旋鬆循環，例如30次循環上保留特性的恆定性(圖4和圖7)。在這種情況中，具有這種特性的螺母在這裡被定義為高轉矩螺母。總之，申請人已經意識到，通過針對每種預定尺寸的螺母適當地改變直徑Φ(1，可以獲得制動轉矩的多個部分重疊的值，或者值範圍，但如隨後的表1所示的，最小、中等和最大值不同，此表1通過對種類8中的螺母的測試並通過只考慮三個值範圍獲得。表 1
螺母直徑低轉矩中等轉矩高轉矩Μ080. 3-1. 00. 6-2. 01. 0-3. 0MlO0. 5-1. 71. 0-2. 82. 0-4. 0Μ121. 0-2. 51. 6-4. 03. 0-5. 0Μ141. 2-3. 02. 3-7. 03. 5-8. 0Μ161. 5-4. 03. 0-8. 04. 5-10. 0Μ203. 0-8. 05. 3-11. 07. 0-14. 0Μ223. 5-9. 06. 5-13. 08. 5-17. 0Μ244. 0-10. 08. 0-15. 010. 0-20. 0Μ275. 0-12. 010. 0-18. 012. 0-25. 0
特別是，在所述例子中，彈簧5的尺寸參數的變型意在獲得以下效果-與低轉矩螺母相關的制動轉矩的最大值在任何情況下高於標準轉矩螺母的制動轉矩的最小值；-與標準轉矩或中等轉矩螺母相關的制動轉矩的最大值在任何情況下高於高轉矩螺母的制動轉矩的最小值；容易理解，這與高轉矩螺母的制動轉矩的最小值低於標準轉矩螺母的制動轉矩的最大值對應。因此，對於每個預定尺寸的螺母，獲得通過使用現有技術螺母不可能獲得的極廣範圍的旋鬆制動轉矩性能覆蓋和由此同樣廣範圍的應用覆蓋。而且，獲得的結果不會修改對於重複旋緊/旋鬆循環的性能恆定性。優選地，如隨後的表2指出和圖8、9和10針對種類8螺母所示的，對於每個預定尺寸的螺母來說，通過低、中等和高轉矩螺母獲得的寬覆蓋範圍還使得-低轉矩螺母的旋鬆制動轉矩的平均值的範圍在標準轉矩螺母的旋鬆制動轉矩的大約45%至55% ；-標準轉矩螺母的旋鬆制動轉矩的平均值的範圍在高轉矩螺母的旋鬆制動轉矩的大約75%至85%。表2
螺母直徑低轉矩中等轉矩高轉矩Μ080. 61. 31. 5MlO1. 12. 02. 6Μ121. 63. 03. 5Μ141. 84. 05. 0Μ162. 75. 16. 0Μ203. 77. 510. 0Μ225. 011. 013. 0Μ247. 012. 015. 6Μ278. 513. 117. 4特別是，表1和表2中報告的制動轉矩值優選通過以下獲得-通過使用例如相對於用於尺寸低於M20的螺母的標準轉矩彈簧的直徑增加大約 8%至10%且對於尺寸大於或等於M20的螺母增加大約2%至4%的直徑作為低轉矩彈簧5 的內徑Φ ；-通過使用例如相對於標準轉矩彈簧的直徑減小大約2%至4%的直徑作為高轉矩彈簧5的內徑Φd。總之，申請人已經意識到，為了獲得高轉矩螺母，相對於標準轉矩螺母的彈簧直徑減小彈簧直徑Φ(1基本恆定的百分比值通常就足夠，在具有充分大的直徑的螺母的情況下，為了獲得低轉矩螺母，可以適用類似的規則，即通過相對於標準轉矩螺母的彈簧直徑增加彈簧直徑Φ(1。當然，在其他實施方式中，特別是在希望獲得高轉矩螺母時，除了減小彈簧5的內徑Φd外，還增加絲fe的直徑Oj可能是方便的。申請人:還驚訝地意識到，對於相同尺寸參數的標準轉矩彈簧，通過用例如AISI 302鋼的彈簧不鏽鋼代替製成彈簧的材料，例如沉澱硬化不鏽鋼AISI 631鋼，可以獲得基本相同的旋鬆制動轉矩值，具有相同的特性恆定性，如同表1和2針對低轉矩螺母給出的。總之，申請人已經意識到，為了獲得具有高恆定性特性的低轉矩螺母，選擇例如 AISI 302鋼的彈簧不鏽鋼作為製成彈簧的材料的替代，同時保持與針對標準轉矩螺母的彈簧設想的基本等同的尺寸參數就已足夠。這裡的術語「基本等同的」意在表示具有處於在這裡考慮的技術領域中的通常公差範圍內的相同值的尺寸參數。例如為了清楚起見，隨著如描述的那樣改變直徑Φ(1所測量的螺母MlO的樣本的制動力矩特性顯示在圖2、3和4中，旋鬆制動力矩的平均值的對比曲線顯示在圖8中。例如為了清楚起見，隨著如描述的那樣改變直徑Φ(1所測量的螺母Μ20的樣本的制動力矩特性顯示在圖5、6和7中，旋鬆制動力矩的平均值的對比曲線顯示在圖10中。圖9中顯示了針對螺母Μ12，旋鬆制動力矩的平均值的對比曲線。通過使用沉澱硬化不鏽鋼(例如AISI 631鋼)製成的彈簧在環境溫度下對種類 8螺母進行結果在圖2-圖10中報告的實驗測試。還對種類10螺母和不鏽鋼螺母進行了實驗測試，具有基本等同的結果。這些測試的結果沒有報告，因為它們相對於針對更加常用的種類8螺母所獲得的結果沒有顯著區別。在所有情況下，在重複旋緊/旋鬆循環(35次循環)中進行測量。最後，圖11和12中顯示了通過使用例如AISI 302鋼的彈簧不鏽鋼製成的與用於標準轉矩螺母和由AISI 631鋼製成的彈簧具有基本相同的尺寸參數的彈簧在環境溫度下確定的種類8螺母MlO和Μ20的樣本的制動力矩特性。由於本發明，不僅可以在工作壽命期間需要多次替換的部件上很多次且沒有風險地使用根據本發明的螺母，而且可從不同直徑的螺母中選擇對於相同部件的緊固需求來說最合適的旋鬆制動轉矩的特性範圍。有利地，針對相同形狀選擇具有不同特性的螺母的可能性允許螺母的使用者根據希望的特定應用以最大靈活性管理它們。本說明書利用圖IA中所示的自鎖定螺母為參照，但如本領域技術人員容易理解的，對於具有帶軸向效應的金屬插入件的自製動螺母和帶螺紋上的錐形部分的校正變形的截錐螺母，通過適當地修改金屬插入件的尺寸參數或者錐形部分的校正變形，也可以預期獲得範圍廣泛的旋鬆制動轉矩。當然，可以在不脫離權利要求中限定的本發明的範圍的情況下，在尺寸、形狀、部件方面以及在所示結構和操作方式的細節方面對上述描述進行明顯的改變和/或修改。
權利要求
1.一種自鎖定螺母(1)，包括設置有V形或U形的縱向狹槽(7)和鋒利邊緣的上螺紋軸環(3)，所述縱向狹槽在軸環中限定由金屬絲(5a)製成的外部螺旋彈簧(5)的一個或多個匝(6)壓縮的多個圓弧區段(9)，所述狹槽的寬度不允許所述圓弧區段(9)相互接觸，其特徵在於，所述彈簧(5)的所述絲(5a)由沉澱硬化不鏽鋼製成，並且所述螺母具有彼此不同並且對於具有相同直徑的螺母(1)來說通過修改所述彈簧的至少一個尺寸參數(Φ(1，Φ」， 6)獲得的旋鬆制動轉矩值。
2.根據權利要求1所述的自鎖定螺母(1)，其中所述至少一個尺寸參數(Φ(1，Φ」，6) 從包括以下項的組選擇-所述彈簧(5)的內徑(Φ(1)； -所述絲(5a)的直徑(Φ」)； -所述彈簧的匝數(6)。
3.根據權利要求1或2所述的自鎖定螺母(1)，其中所述至少一個尺寸參數是彈簧(5) 的內徑(Φ(1)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的自鎖定螺母(1)，其中所述至少一個尺寸參數被選擇以獲得-第一制動轉矩或標準或平均轉矩，其具有作為最小值的在一旋鬆狀態下的預定最小制動轉矩值和一最大制動轉矩值；-處於比所述第一制動轉矩低的範圍內的第二制動轉矩，所述第二制動轉矩或低轉矩具有比標準轉矩的最小值高的最大制動轉矩值，作為最大值；-處於比所述第一制動轉矩高的範圍內的第三制動轉矩，所述第三制動轉矩或高轉矩具有比所述標準轉矩的最大制動轉矩值低的最小制動轉矩值，作為最小值。
5.根據權利要求4所述的自鎖定螺母(1)，其中所述低轉矩通過選擇由具有與針對通過所述沉澱硬化不鏽鋼製成的彈簧獲得所述標準轉矩所選擇的基本同等的尺寸參數的不鏽彈簧鋼製成的彈簧來獲得，作為對於所述由沉澱硬化不鏽鋼製成的彈簧的代替。
6.根據權利要求5所述的自鎖定螺母(1)，其中所述基本同等的尺寸參數由所述彈簧 (5)的內徑(Φ )構成。
7.一種用於實現自鎖定螺母的方法，包括以下步驟-實現包括上螺紋軸環(3)的螺母結構(1)，所述上螺紋軸環設有V形或U形的縱向狹槽(7)和鋒利邊緣，所述縱向狹槽在所述軸環中限定由金屬絲(5a)製成的外部螺旋彈簧 (5)的一個或多個匝(6)壓縮的多個圓弧區段(9)； -利用沉澱硬化不鏽鋼形成所述絲(5a)；-對於具有相同直徑的螺母(1)，修改所述彈簧的至少一個尺寸參數(Φ(1，Φ」，6)以獲得具有不同旋鬆制動轉矩值的螺母(1)。
8.根據權利要求7所述的方法，其中對於具有相同直徑的螺母(1)，修改所述彈簧的至少一個尺寸參數(Φ(1，Φ」，6)的步驟包括修改從包括以下項的組選擇的至少一個尺寸參數(Φ , Φ」，6)的步驟-所述彈簧(5)的內徑(Φ(1)； -絲(5a)的直徑(Φ」)； -所述彈簧的匝數(6)。
9.根據權利要求7或8所述的方法，包括選擇所述至少一個尺寸參數(Φ(1，Φ」，6)的步驟以獲得-第一制動轉矩或標準或平均轉矩，其具有作為最小值的在一旋鬆狀態下的預定最小制動轉矩值和一最大制動轉矩值；-處於比所述第一制動轉矩低的範圍內的第二制動轉矩，所述第二制動轉矩或低轉矩具有比標準轉矩的最小值高的最大制動轉矩值，作為最大值；-處於比所述第一制動轉矩高的範圍內的第三制動轉矩，所述第三制動轉矩或高轉矩具有比所述標準轉矩的最大制動轉矩值低的最小制動轉矩值，作為最小值。
10.根據權利要求9所述的方法，其中提供選擇由具有與針對通過所述沉澱硬化不鏽鋼製成的彈簧獲得所述標準轉矩所選擇的基本同等的尺寸參數的不鏽彈簧鋼製成的彈簧作為對於所述由沉澱硬化不鏽鋼製成的彈簧的代替的步驟。
全文摘要
本發明涉及自鎖定螺母(1)，包括設置有V形或U形縱向狹槽(7)和鋒利邊緣的上螺紋軸環(3)，所述縱向狹槽在軸環本身中限定由金屬絲(5a)製成的外部螺旋彈簧(5)的一個或多個匝壓縮的多個圓弧區段(9)，其中所述軸環狹槽(7)的寬度不允許所述圓弧區段(9)被所述彈簧(5)壓縮而相互接觸。所述彈簧(5)的所述絲(5a)由沉澱硬化不鏽鋼製成，並且所述螺母具有彼此不同並且對於具有相同直徑的螺母(1)來說通過改變所述彈簧的至少一個尺寸參數(Φd，Φj，6)獲得的旋鬆制動轉矩值。本發明還涉及一種製造根據本發明的螺母的方法。
文檔編號F16B39/284GK102597545SQ201080045049
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月5日 優先權日2009年10月5日
發明者M·德扎尼 申請人:嘉利股份公司