实验仪器

一种螺栓棘齿防松装置的制作方法

  螺栓是应用极为广泛的一类机械零件,能把各零部件连接成为实现各种功能的机器设备。然而,当螺栓所在的设备受到各种运行工况的影响,部分螺栓发生松动,甚至脱落,从而引发设备故障甚至现场事故。在电力系统输变电设备、铁路及机车、航空航天等重要设备,尤其是关键部位的螺栓发生松动时损失往往达到数十万甚至数以千万元以上。实现螺栓的安全可靠连接具有非常重大的经济价值和社会意义。

  较多的防松解决方案是试图提升螺栓及螺母的摩擦力,降低松动的几率,如利用弹簧垫圈、垫片、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母等。摩擦防松简便,但不可靠。摩擦力等于摩擦系数乘以压力。一类防松技术方案是提高接触面的摩擦系数,如改变接触面的粗糙程度,直至把其中一个接触面设计成齿状;或者在接触面使用摩擦系数较大的材料,如高分子材料,尼龙等。这类防松技术方案在一些技术领域一定程度降低螺栓松动的几率,但未能做到确保不会松动。一类防松技术方案是增加接触面的压力,而压力来源于材料的应力,基本上螺栓在拧紧时压力会增大,但是当压力过大时,材料会发生塑性变形而丧失应力,俗称滑牙;在运行工况下,热时效和振动时效以及材料老化也会降低材料的应力,从而使得防松效果下降。采用依赖于摩擦力防松的技术方案,被紧固设备激烈振动、受压受拉等在被紧固设备受到垂直于螺栓轴心方向的作用力大于螺栓施加的紧固力时,螺栓松动的几率大大增加。

  一类较为可靠的方法是机械防松,如利用开口销、止动垫片、带翅垫片等。机械防松可以获得足够抵抗螺栓松动的作用力,良好的机械构造可以实现确保螺栓避免进一步松动趋势。当前机械防松的不足之处在于螺栓紧固的方位受限,通常只能在圆周360°二分之一至十二分之一的方位。即使使用了十二分圆周的技术方案,相邻两个止动方位相差30°角,导致螺栓往往未能拧紧到额定紧固力矩,或者超过紧固力矩,在许多场合,这是不允许的。例如高压架空输电线路上的导线引流板连接螺栓,要几十年日晒雨淋,风吹摆动和振动,运行工况非常恶劣,螺栓时有发生松动。如果螺栓发生松动,导致两块搭接的引流板接触不良,存在较大接触电阻,在通过大电流时发热量大,导致线夹发热,出现重大甚至紧急缺陷,可能导致断线事故,引发大面积停电事故。为了避免大面积停电事故的发生,电力运行单位需花费大量人力物力运行维护,包括定期停电紧固螺栓,周期人工巡线甚至直升飞机巡线开展红外线检测以及时发现线夹螺栓松动隐患。一些依靠提升摩擦力防松的技术声称可以比现有的热镀锌螺母加弹簧垫圈的连接副更能防止松动,但由于其不能杜绝松动,只要还存在千分之一乃至万分之一的几率出现螺栓松动,定期紧固和周期检测还是需要的。而且,其采用的结构、材料及表面防腐不能满足户外几十年日晒雨淋,也导致不能大面积推广应用。一些采用机械方法防松的技术,可靠性虽然更高,但是不能满足刚刚好在螺栓紧固至额定力矩时加以止动。如果螺栓紧固力矩不足,则两块搭接的引流板就不能紧密接触,存在较大接触电阻。同样的,螺栓拧紧至额定力矩时,螺母或螺栓头部所处的方位并非刚好处于相差30°角止动方位时,难以安装。又例如高压架空输电线路上的导线和地线上的防振锤,安装在振动最剧烈的位置,容易发生松动而移位,使得防振锤失去防振效果,不及时恢复安装会导致导线和地线断线,后果严重。而高空作业定期维护和故障检修的成本很高。类似的情况还存在于铁路轨道及机车、汽车、风力发电塔等设备,为了降低螺栓松动带来的风险损失,需要投入大量人力物力开展运行维护。航空航天设备,一旦在发射过程的剧烈振动中松脱,后果严重,关键是我们不能提供后期的紧固维护了,对螺栓的可靠性要求是确保不松动。现有技术在实现对螺栓永久防松的方法有采用厌氧胶粘接剂,在需要设备打开检修时会很困难。不管新设计的一些防松螺栓性能如何优越,可以在新设备上得到应用,但是对于世界上巨量的在运行设备,螺栓防松问题依然存在。而更换螺栓往往涉及解体设备重装,工艺复杂,中断设备运行时间长,成本远远高于螺栓本身。

  申请号为7.3的专利提出了一种利于棘齿原理防松的螺栓组件,防松性能可靠且易于安装。然而该方案需要在螺杆上沿轴向加工若干个凹槽,这种方式不仅会影响螺杆和螺纹本身的承力性,且加工凹槽带来的成本远远超出螺栓本身,螺纹断面处在加工后很难平整还会影响螺母的拧入。

  因此,能否设计一种刚好在拧紧至额定力矩的方位确保不会松动的螺栓,在现有设备上不需更换原有普通螺栓能否防止螺栓松动,以免除设备重装的繁琐及成本,依然是一个多年未解的重大又普遍的技术难题。

  本发明的目的在于提出一种螺栓棘齿防松装置,在现有螺栓上直接加装本防松装置,即可实现在螺栓拧紧至额定力矩后的任意方位防止螺栓松动。

  一从动齿环,设有第一侧与螺母或螺头的外六角面啮合以跟随旋转,设有第二侧为若干个在圆周方位均布的弹性止回棘齿,设有第三侧被压紧于螺母或螺头下;

  安装后的固定齿环、从动齿环与螺杆同轴心,齿槽与弹性棘齿相接触并排列组合出多个止回方位,阻止螺头或螺母松动。

  进一步,所述固定齿环周向固定的方式包括两个相邻固定齿环连接在一起、设有折边贴靠在被紧固件侧面、或设有与周边凸起部件衔接止旋的形状。

  进一步,所述的螺栓不被螺栓棘齿防松装置固定的螺头或螺母通过被连接件自有的凹槽或增加一止旋片周向固定于被连接件上。

  进一步,所述止旋片在应用于输电线路引流板,具体结构为一块拉伸出两个内六角形孔以及带有光滑过渡卷边的钣金件。

  本发明可以实现的有益效果:1、巧妙利用棘轮的止退原理,使得螺母或螺杆在松动方向受到限制,防松机理十分可靠。2、结构简单,安装方便,只需在现有螺栓上加装上本装置即可实现防松,且制造成本低,适合大量推广。3、棘爪和齿槽经排列组合可形成上百个止回方位,可实现螺栓在满足额定力矩的情况下实现永不松动。4、在实现确保螺栓永不松动的技术支持下,将实现螺栓连接的免维护可靠运行,既可避免因螺栓松动引起的事故损失,又可以节省大量运维成本。

  下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。

  如图1-2所示,本防松装置在输电线路引流板上的应用,包括螺杆1、止旋片2、引流板3、固定齿环4、从动齿环5、螺母6。止旋片2为一片拉伸出两个内六角形孔以及带有光滑过渡卷边的钣金件,光滑过渡的结构使其在通过电流时有防止电晕放电的特性。固定齿环4相当于相邻两个螺栓的固定齿环设计为一体。从动齿环设有第一侧冲压折边501与螺母6的外六角面配合,设有第二侧502为16个周向均布的弹性棘齿在螺母紧固后可与固定齿环4的14个周向均布的齿槽组成止回方位,设有第三侧用于被紧固后的螺母压住。

  安装时,将两螺杆1依次穿过止旋片2、引流板3、固定齿环4,分别装入从动齿环5、螺母6。止旋片2与固定齿环4在两螺杆1的作用下与引流板3周向固定,而螺杆1又因头部与止旋片2的内六角孔配合实现周向固定。从动齿环第一侧501与第二侧502共同作用使螺母6只能向紧固方位旋转,无法向松动方式旋转。由此,被周向固定的螺杆1与无法松动的螺母6使螺栓整体具备防松能力。

  本实施中弹性棘齿501与固定齿环4的齿槽实现的止回特性:16和14存在最大公约数2,因此弹性棘齿501在每个止回方位上同时且仅有2个棘齿恰好卡入固定齿环4的齿槽,螺母每拧一圈经过止回方位16*14/2=112个。

  如图3-4所示,本防松装置在输电线路防振锤上的应用,包括螺杆1、防振锤连接件2、固定齿环3、从动齿环4、螺母5。防振锤连接件2具有一六角沉孔201,以及一凸起端202。固定齿环3设有矩形端301安装后贴靠于凸起端202使固定齿环3与防振锤连接件2周向固定。从动齿环4设有第一侧冲压折边401与螺母5的外六角面配合,设有第二侧402为16个周向均布的弹性棘齿在螺母紧固后可与固定齿环3的15个周向均布的齿槽组成止回方位,设有第三侧用于被紧固后的螺母压住。

  安装时,将螺杆1依次穿过防振锤连接件2、固定齿环3后,装入从动齿环4、螺母5。螺杆1在六角沉孔201作用下,与防振锤连接件2周向固定,从动齿环第一侧401与第二侧402共同作用使螺母5只能向紧固方位旋转,无法向松动方式旋转。由此,被周向固定的螺杆1与无法松动的螺母5使螺栓整体具备防松能力。

  本实施中弹性棘齿401与固定齿环3的齿槽实现的止回特性:16和15存在最大公约数1,因此弹性棘齿501在每个止回方位上同时且仅有1个棘齿恰好卡入固定齿环4的齿槽,螺母每拧一圈经过止回方位16*15=240个。

  如图5所示,本发明棘齿螺栓防松装置同样可以应用于外六角螺钉,包括螺钉1,从动齿环2、固定齿环3、被连接件4。固定齿环3设有折边301,安装后贴靠在被连接件4的侧面,使固定齿环3和被连接件4周向固定。从动齿环2设有第一侧为焊接的带六角内孔凸台201与螺钉1的外六角头部配合,设有第二侧202为14个周向均布的弹性棘齿在螺钉紧固后可与固定齿环3的13个周向均布的齿槽组成止回方位,设有第三侧用于被紧固后的螺钉1的头部压住。从动齿环第一侧201与第二侧202共同作用使螺钉1只能向紧固方位旋转,无法向松动方式旋转。由此,螺钉1具备防松能力。

  本实施中弹性棘齿202与固定齿环3的齿槽实现的止回特性:14和13存在最大公约数1,因此弹性棘齿202在每个止回方位上同时且仅有1个棘齿恰好卡入固定齿环4的齿槽,螺母每拧一圈经过止回方位14*13=182个。