阅读说明：本技术 一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件 (Positive and negative rotation interlocking anti-loosening threaded connection assembly suitable for strong vibration large load ) 是由 张家陶 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件,包括螺栓、紧固螺母、锁紧螺母和开口弹性棘齿环,紧固螺母包括紧固段和锁紧段,紧固段设有与螺栓相匹配的内螺纹,锁紧段设置有外螺纹和弹性锁片,弹性锁片上有内止回棘齿；锁紧螺母设置有单向止回棘齿、反旋内螺纹和凸起环；反旋内螺纹与紧固螺母上反旋外螺纹匹配,拧紧时凸起环沿着紧固螺母上弹性锁片外锥面滑动,并压紧弹性锁片,使其向中心收缩,最终让弹性锁片上的内止回棘齿与螺栓上外止回棘齿相互咬合。开口弹性棘齿环两面设置有单向止回棘齿,分别与紧固螺母和锁紧螺母上的单向止回棘齿配合,与正反旋一起构成互锁结构,能有效解决因振动导致的螺纹连接组件松动的问题。(The invention discloses a positive and negative rotation interlocking anti-loosening threaded connection assembly suitable for strong vibration and large load, which comprises a bolt, a fastening nut, a locking nut and an opening elastic ratchet ring, wherein the fastening nut comprises a fastening section and a locking section, the fastening section is provided with an internal thread matched with the bolt, the locking section is provided with an external thread and an elastic locking piece, and the elastic locking piece is provided with an internal non-return ratchet; the locking nut is provided with a one-way non-return ratchet, a reverse-rotation internal thread and a raised ring; the internal counter-rotation threads are matched with the external counter-rotation threads on the fastening nut, the bulge ring slides along the external conical surface of the elastic locking plate on the fastening nut when the fastening nut is screwed down, the elastic locking plate is compressed to contract towards the center, and finally the internal check ratchet on the elastic locking plate is meshed with the external check ratchet on the bolt. One-way non-return ratchets are arranged on two sides of the opening elastic ratchet ring and are respectively matched with the one-way non-return ratchets on the fastening nut and the locking nut to form an interlocking structure together with positive and negative rotation, and the problem that the threaded connection assembly is loosened due to vibration can be effectively solved.)

一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件

技术领域

本发明涉及一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件，其包括螺栓、紧固螺母、锁紧螺母和棘齿环，能有效防止螺纹连接组件的松动。

背景技术

静态载荷下，摩擦力使螺纹副之间形成自锁，螺栓不会松动；然而在交变载荷、冲击条件下，螺纹副之间的摩擦力瞬时消失，螺纹副之间产生相对回旋；防止这类松动的核心就是阻止螺纹副之间的相对回旋。

专利（申请号201520644396.3）设计了刚性锯齿形垫圈与带锯齿结构的螺母来防止松动。但是该专利面临的问题是刚性锯齿（或棘齿）之间无法跨越，不能使棘齿之间紧密配合，并且拧紧角度不能实现连续调节；

专利（申请号91230168.6）和专利（申请号200980149552.6）公开了一种利用带弹性棘片和带有棘轮结构的螺母来防止松动，但是这些专利中的螺母在拧紧过程中弹性棘片也无法连续调节，容易出现螺母拧到最佳预紧力角度时，弹性棘片无法刚好卡入螺母的棘轮槽中。这样就为螺母松动留有一个可松动的回旋角度；

专利（申请号200820222783.8）在螺母内腔设置了防松棘轮，通过弹簧使防松棘齿与螺杆端面上的棘齿配合，实现互锁。但是其螺母为非贯穿结构，螺杆旋入深度受到螺母内腔深度限制，通用性差；

正、反旋（或左、右旋）螺纹旋向不同，在同轴装配时拧紧和松动的方向是矛盾的，可用于防止螺栓连接的松动问题。

专利（申请号99114345.0）公开了左、右旋相互交错的复合螺纹（称为唐氏螺纹或螺栓），但是交错加工螺牙会减少螺牙的承载截面积，降低承载能力，仅适用于振动与交变载荷不太大的工况；

与此类似，专利（201910043589.6）在唐氏螺栓基础上，通过锁紧螺母上的卡头片与紧固螺母上的棘齿配合，实现互锁。专利（申请号201910336972.0）、专利（申请号201910528658.2）公开了在螺杆上设置交叉正反螺牙，并且在正、反旋的两个螺母结合面设置有刚性棘齿，这些专利不仅面临与唐氏螺栓相同的问题，而且还面临刚性棘齿之间无法跨越的问题；

专利（申请号201810797516.1）、专利（申请号200920218937.0）、专利（申请号201711009526.6）、专利（申请号201010554795.2）、专利（申请号201620299446.3）中都试图利用与紧固螺母旋向相反的锁紧螺母来防止紧固螺母出现松动的问题。这些专利表面看似利用了正、反旋（或称为左、右旋）关系实现互锁，但是却忽略了锁紧螺母自身也面临松动的问题，只有反旋的锁紧螺母自身不松动时才会起到防松作用。因为锁紧螺母仅仅靠摩擦是难以满足强振动工况的防松需求的。可是这些专利中并没有有效的防止锁紧螺母松动的方法。虽然在专利（申请号201711009526.6）中提及反旋锁紧环利用侧壁的锥度和较高的表面粗糙度来增大摩擦，从而实现锁紧环自身防松的作用，但是在强振动、重载荷工况下，以及锁紧环侧壁不与其他物体接触时，摩擦防松将不起作用，反旋自锁环也将出现松动问题；

专利（申请号201721699037.3）公开了利用左旋螺纹套与螺杆上的右旋螺纹形成互锁的防松螺接组件，在螺纹套与螺栓头部接触面上分别设计了环形锥形套和锥形槽，将锥形套压入锥形槽后起到互锁作用。该专利虽然解决了锁紧部件自身的松动问题，但锥形套压入和取出都需要较大的力，多次拆装后磨损严重，导致后续失去互锁能力；另外该专利仅适用于盲孔螺纹连接；

专利（申请号201720839130.3）设计的防松动螺母组件欲通过锁紧螺母连接在基本螺母（紧固螺母）外周时，锁紧螺母的内周锥体结构将基本螺母外周锥体结构上的弹力部压紧在螺栓凹槽内，从而达到防松效果。但是该专利的问题在于强振动工况下，锁紧螺母自身没有防松动功能，同样会产生回旋松动。松动后的锁紧螺母无法为基本螺母锥体结构提供锁紧力，最终基本螺母也会松动；专利（申请号201510247155.X）也采用了相同的设计，但是都没有解决锁紧螺母自身松动的问题。

发明人在实现本发明的过程中发现，虽然现有专利设计了众多具有自锁能力的螺母或螺栓，但存在四类问题：（1）刚性棘齿（或锯齿）的组件无法相互跨越；（2）棘齿不能灵活连续匹配螺母预紧最佳转角；（3）锁紧螺母自身无防松能力导致正反旋没构成有效互锁。为了解决螺栓因振动等原因导致的松动问题，需要设计能让正反旋有效构成互锁的防松螺栓连接组件。

发明内容

发明构思：棘齿（或锯齿）结构具有防止回转的作用；正反旋螺纹因各自的旋向相反，可以相互制约。大量的专利都考虑到了利用棘齿和正反旋原理来设计防松动螺栓连接组件，但是现有的诸多设计中忽略了两个问题：（1）刚性棘齿不能跨越；（2）反旋锁紧部件自身无防松措施。因此，要解决这些问题，需要正、反旋螺母能够形成真正有效的互锁，并且不妨碍紧固螺母在拧紧时旋转角度的连续变化。所以，本发明提供了一种利用开口弹性棘齿环实现正、反旋螺母之间有效互锁，防止各部件因振动而产生回旋松动的问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件。

为此，本发明的技术方案为，一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件，包括螺栓、紧固螺母、锁紧螺母，棘齿环，其特征在于：

所述螺栓的螺纹杆外端均布有轴向排列的外止回棘齿；

所述紧固螺母包括连为一体的紧固段和锁紧段，紧固段的内螺纹与螺栓外螺纹相配合，紧固段外端面的环形凸台上设置有呈扇形分布的单向止回棘齿；锁紧段上具有外螺纹、锁紧段的外端向外延伸连接有外径逐步缩小呈外锥体结构的弹性锁片，从弹性锁片的外端面向锁紧段与紧固段的连接端延伸均布有轴向槽，弹性锁片外锥体结构的内圈均布有与螺栓上的外止回棘齿相配合的沿轴向排列的内止回棘齿；

所述锁紧螺母包括单向止回棘齿、内螺纹、凸起环，单向止回棘齿呈扇形均布在锁紧螺母内端面上的环形凸台上，锁紧螺母的内螺纹与紧固螺母锁紧段的外螺纹相配合，凸起环沿锁紧螺母的内螺纹外端径向向中心延伸设置，凸起环顶部的半径小于紧固螺母上弹性锁片外锥体的最大半径；

所述棘齿环为开口弹性棘齿环，开口弹性棘齿环具有接近一圈螺旋形状的圈体，圈体首尾端上下错开形成弹性开口，开口弹性棘齿环的两侧面部分圈体上分别设置有多个呈扇形连续排列的单向止回棘齿；

其中：

紧固螺母紧固段的内螺纹与螺栓的外螺纹旋向相同；锁紧螺母的内螺纹和紧固螺母锁紧段的外螺纹旋向相同、与螺栓的螺纹旋向相反；开口弹性棘齿环与螺栓的外螺纹旋向相同；

紧固螺母通过其紧固段螺纹连接在螺栓上，开口弹性棘齿环穿设在紧固螺母的锁紧段上，锁紧螺母通过其内螺纹螺纹连接在紧固螺母锁紧段的外螺纹上，开口弹性棘齿环夹设在紧固螺母和锁紧螺母之间，开口弹性棘齿环两侧的单向止回棘齿分别与紧固螺母紧固段上的单向止回棘齿、锁紧螺母内端面的单向止回棘齿相适配；

锁紧螺母在拧紧过程中，紧固螺母紧固段上的单向止回棘齿和开口弹性棘齿环上的单向止回棘齿相配合，仅允许紧固螺母沿拧紧方向旋转，阻止紧固螺母沿松动方向回旋；开口弹性棘齿环上的单向止回棘齿与锁紧螺母上的单向止回棘齿相配合，仅允许锁紧螺母沿拧紧方向旋转，阻止锁紧螺母沿松动方向回旋；

锁紧螺母在拧紧过程中，开口弹性棘齿环受压缩产生弹力，并反作用于锁紧螺母；锁紧螺母内的凸起环沿着紧固螺母上的弹性锁片外锥面向紧固螺母方向滑动，并压迫弹性锁片，使其向中心收缩，让弹性锁片上的内止回棘齿与螺栓上的外止回棘齿相互咬合，内止回棘齿仅允许螺栓沿着拧紧方向旋转，阻止螺栓沿着松动方向旋转；外止回棘齿仅允许紧固螺母沿着拧紧方向旋转，阻止紧固螺母沿着松动方向旋转。

作为优选，所述螺栓外螺纹为正旋时，紧固螺母内螺纹为正旋，紧固螺母锁紧段的外螺纹为反旋，锁紧螺母内螺纹为反旋，开口弹性棘齿环为正旋；同样的，螺栓外螺纹为反旋时，紧固螺母内螺纹为反旋，紧固螺母锁紧段的外螺纹为正旋，锁紧螺母内螺纹为正旋，开口弹性棘齿环为反旋。

作为优选，所述开口弹性棘齿环的其中一开口端延伸设置有便于拆卸解锁的尾柄、另一开口端延伸设置防止锁死的重叠段，其中：重叠段设置有切口，重叠段与开口弹性棘齿环主体之间通过细颈连接。

作为优选，所述“开口弹性棘齿环的两侧面部分圈体上分别设置有多个呈扇形连续排列的单向止回棘齿”，单向止回棘齿仅设置在靠近圈体开口端的一段上。

作为优选，所述所有单向止回棘齿、外止回棘齿、内止回棘齿的截面均为直角三角形结构，相互配合的棘齿间的贴合面为导向斜面和一限位直角面，该结构和作用遵循“止回基本原则”：允许相互匹配的部件之间沿着各自拧紧的方向通过导向斜面旋转，相互贴合的限位直角面阻止其沿着松动方向回旋，棘齿的止回方向随螺纹旋向变化而变化。

有益效果：

本发明中设计的开口弹性棘齿环具有以下几点突出创新：（1）两面的棘齿分别与紧固螺母和锁紧螺母上的棘齿配合，使正、反旋关系的紧固螺母与锁紧螺母构成整体，真正的实现相互制约，解决了锁紧螺母自身松动的问题；（2）开口弹性环的可压缩性解决了刚性棘齿环不能跨越的问题。

利用正反旋关系的矛盾来防止螺母松动的思路在多项专利中已经出现，但是部分专利忽略了反旋锁紧螺母仅仅靠摩擦是不能抵抗振动的。因为不管螺纹旋向如何，振动都会导致摩擦力瞬时消失，此时不管是紧固螺母也好，锁紧螺母也好，都会松动，所以利用正反旋互锁的前提是解决锁紧螺母自身松动的问题，换句话说，靠摩擦不能构成有效互锁。在本专利中，利用开口弹性棘齿环使正反旋螺母构成的互锁是结构性互锁，任何振动都不能导致该互锁结构失效。

开口弹性棘齿环上设置尾柄和重叠段，是因为当尾柄与重叠段之间的缝隙小于棘齿高度时，开口弹性棘齿环和锁紧螺母上相互咬合的单向止回棘齿无法脱离咬合状态，即锁死，此时需要向重叠段施加周向力，让细颈处发生断裂，再向尾柄施加轴向力时，此时开口弹性棘齿环尾部下落的空间大于棘齿高度，相互咬合的棘齿可以分离，完成解锁。

多个呈扇形连续排列的单向止回棘齿设置在开口弹性棘齿环上靠近圈体开口端的一段上，即在开口弹性棘齿环的头部和尾部的外侧面设置数个棘齿。这是因为开口处的头部和尾部的棘齿最先与螺母上的棘齿相咬合，随着开口弹性棘齿环沿轴向的压缩量增大，其他位置的棘齿才逐步与螺母上的棘齿相咬合。所以，开口弹性棘齿环两侧面的单向止回棘齿仅设置在部分圈体上而不是整圈设置，整圈都设置棘齿一方面加工量增加，另一方面在解锁时开口背面的棘齿如果与锁紧螺母的棘齿咬合就无法解锁了。

所有单向止回棘齿、外止回棘齿、内止回棘齿的截面均为直角三角形结构，加工方便，该结构和作用可以实现“止回基本原则”，即允许相互匹配的部件之间沿着各自拧紧的方向通过导向斜面旋转，相互贴合的限位直角面阻止其沿着松动方向回旋，同时根据螺纹旋向调整棘齿的止回方向。

附图说明

图1是本发明的装配实体图。

图2是本发明的装配实体剖视图。

图3是本发明的装配主视图。

图4是图3的剖视图。

图5是图3的右视图。

图6是本发明的螺栓（正旋）实体图。

图7是图6的主视图。

图8是图7的俯视图。

图9是本发明的紧固螺母（正旋内螺纹和反旋外螺纹）的实体图。

图10是图9的俯视图。

图11是本发明的紧固螺母（正旋内螺纹和反旋外螺纹）的实体剖视图。

图12是本发明的紧固螺母（正旋内螺纹和反旋外螺纹）的剖视图。

图13是本发明的锁紧螺母（反旋内螺纹）的实体图。

图14是图13的俯视图。

图15是本发明的锁紧螺母（反旋内螺纹）的实体部视图。

图16是本发明的锁紧螺母（反旋内螺纹）的剖视图。

图17是本发明用于正旋螺栓的开口弹性棘齿环的正面实体图。

图18是本发明用于正旋螺栓的开口弹性棘齿环的正面视图。

图19是本发明用于正旋螺栓的开口弹性棘齿环的背面实体图。

图20是本发明用于正旋螺栓的开口弹性棘齿环的背面视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是：本说明书中的正、反仅表示螺栓、螺母的螺纹旋向相互之间不同或相同，不特指确定的旋向。同时，将螺栓具有螺纹的一端称之为外端或外侧，相反的一端的螺栓头部一侧称之为内侧或内端，与螺栓组合时的紧固螺母和锁紧螺母的方向也同螺栓一致，即靠近螺栓头部一侧的为内端或内侧，靠近螺纹外端部的一侧为外端或外侧。

针对现有螺栓普遍为正旋螺纹的情况，结合图1至图20阐述本发明中螺栓连接组件的互锁防松紧固的实施方式。

一种适用于强振动大载荷的正反旋互锁防松螺纹连接组件，包括螺栓10、紧固螺母20、锁紧螺母30、开口弹性棘齿环40，

所述螺栓10的螺纹杆外端均布有轴向排列的外止回棘齿12；

所述紧固螺母20包括连为一体的紧固段和锁紧段，紧固段的内螺纹21与螺栓外螺纹11相配合，用于提供紧固力，紧固段外端面的环形凸台上设置有呈扇形分布的单向止回棘齿22；锁紧段上具有外螺纹23、锁紧段的外端向外延伸连接有外径逐步缩小呈外锥体结构的弹性锁片24，锁紧段与弹性锁片24连接部设有环状弧形凹槽，环状弧形凹槽可增强外锥体的变形程度、使锁紧段更好地抱紧螺栓，从弹性锁片的外端面向锁紧段与紧固段的连接端延伸均布有轴向槽，弹性锁片23外锥体结构的内圈均布有与螺栓上的外止回棘齿12相配合的沿轴向排列的内止回棘齿25；

所述锁紧螺母30包括单向止回棘齿33、内螺纹32、凸起环31，单向止回棘齿33呈扇形均布在锁紧螺母内端面的环形凸台上，锁紧螺母的内螺纹与紧固螺母锁紧段的外螺纹相配合，凸起环沿锁紧螺母的内螺纹外端径向向中心延伸设置，凸起环顶部的半径小于紧固螺母上弹性锁片24外锥体的最大半径；

所述开口弹性棘齿环40具有接近一圈螺旋形状的圈体，圈体首尾端上下错开形成弹性开口，开口弹性棘齿环40的其中一开口端设置有便于拆卸解锁的尾柄43、另一开口端延伸设置有防止锁死的重叠段44，其中：重叠段设置有切口46，重叠段与开口弹性棘齿环主体之间通过细颈45连接；开口弹性棘齿环的两侧面靠近开口端的圈体上分别设置有多个连续的单向止回棘齿41\42，而不是整圈设置，开口弹性棘齿环40上的单向止回棘齿41和紧固螺母20紧固段上的单向止回棘齿22相配合；开口弹性棘齿环40上的单向止回棘齿42与锁紧螺母上的单向止回棘齿33相配合；

所述所有单向止回棘齿41\42\22\33、外止回棘齿12、内止回棘齿25的截面均为直角三角形结构，相互配合的棘齿间的贴合面为导向斜面和一限位直角面，棘齿的止回方向随螺纹旋向变化而变化，该结构和作用遵循“止回基本原则”：即允许相互匹配的部件之间沿着各自拧紧的方向通过导向斜面旋转，相互贴合的限位直角面阻止其沿着松动方向回旋。

选用的螺栓为正旋外螺纹，与其对应，紧固螺母20紧固段的内螺纹与螺栓的外螺纹旋向相同，为正旋内螺纹；锁紧螺母30的内螺纹32和紧固螺母20锁紧段的外螺纹23旋向相同、而与螺栓的螺纹旋向相反，为反旋内螺纹；开口弹性棘齿环40与螺栓的外螺纹旋向相同，开口弹性棘齿环40为正旋方向。

本发明的工作原理：

螺栓穿过工件上的螺孔以后，把紧固螺母20以最佳预紧力拧紧在螺栓上；然后把开口弹性棘齿环40安装在紧固螺母20的锁紧段上，开口弹性棘齿环上的单向止回棘齿41与紧固螺母上的单向止回棘齿22相配合，仅允许紧固螺母20沿拧紧方向旋转，阻止紧固螺母20沿松动方向回旋。开口弹性棘齿环40另一侧单向止回棘齿42与锁紧螺母上的单向止回棘齿33相配合，仅允许锁紧螺母30沿拧紧方向旋转，阻止锁紧螺母30沿松动方向回旋。锁紧螺母30安装在紧固螺母20上锁紧段反旋的外螺纹23上，锁紧螺母的反旋内螺纹32与反旋外螺纹23配合并拧紧；

拧紧过程中，开口弹性棘齿环40受压缩产生弹力，并反作用于锁紧螺母30；锁紧螺母上的凸起环31，其内径小于紧固螺母上弹性锁片24外锥面的外径，锁紧螺母30拧紧过程中，锁紧螺母内圈的凸起环31沿着紧固螺母上的弹性锁片24外锥面滑动，并压迫弹性锁片24，使其向中心收缩，让弹性锁片上的内止回棘齿25与螺栓上的外止回棘齿12相互配合。内止回棘齿25仅允许螺栓10沿着拧紧方向旋转，阻止螺栓10沿着松动方向旋转；外止回棘齿12仅允许紧固螺母20沿着拧紧方向旋转，阻止紧固螺母20沿着松动方向旋转。

由此，通过开口弹性棘齿环和螺母上的棘齿相配合，使整个防松螺栓连接组件构成一个整体，形成互锁。当振动导致紧固螺母或螺栓出现松动时，紧固螺母和螺栓之间出现相对转动，但是螺栓上的外止回棘齿12阻止紧固螺母沿松动方向回旋。同样的，紧固螺栓上的内止回棘齿24也阻止螺栓沿松动方向回旋。因此，在锁紧螺母不松动的情况下，内止回棘齿12和外止回棘齿24将保持相互咬合的状态，有效防止螺栓和紧固螺母之间出现相互回旋松动。

同时，由于锁紧螺母拧紧时开口弹性棘齿环受压缩，产生的弹力将使开口弹性棘齿环上的单向止回棘齿与锁紧螺母上的单向止回棘齿始终保持配合状态。当振动导致锁紧螺母沿着松动方向回旋时，将通过单向止回棘齿带动开口弹性棘齿环一起回旋；开口弹性棘齿环回旋时，将通过另一侧的单向止回棘齿带动紧固螺母沿着与锁紧螺母松动方向相同的方向旋转。然而锁紧螺母回旋松动方向正好是紧固螺母的拧紧方向，因此无法进一步旋转。最终，锁紧螺母不能脱离开口弹性棘齿环的制约而单独回旋松动，所以整个互锁连接组件将不会出现松动。

由于开口弹性棘齿环使正反旋的螺母构成了互锁，所以在拆卸时咬合的单向止回棘齿会阻碍锁紧螺母沿松动方向旋转。此时需要使单向止回棘齿脱离咬合状态。当尾柄和重叠部的缝隙大于棘齿高度时，按压尾柄，可以使棘齿脱离咬合状态，然后拧松锁紧螺母。当锁紧螺母旋入太深，导致开口弹性棘齿环尾柄和重叠部的缝隙小于棘齿的高度时，棘齿无法脱离咬合状态。此时，可以对重叠部施加切向力，让细颈处断裂，把重叠部掰掉。这样可以按压尾柄，让开口弹性棘齿环与锁紧螺母之间咬合的棘齿脱离咬合状态，完成解锁。

本发明中其他未详述部分均属于现有技术，故在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。