螺母的制作方法

1.本实用新型涉及螺栓紧固技术领域，特别涉及一种抗疲劳性能较强的螺母。


背景技术：

2.风力发电机应尽量减少维护的次数和成本，但若不及时维护又会造成严重事故，故两者是矛盾的。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种螺母，以减少风力发电机螺栓紧固件失效，减少维护的次数和降低维护成本，提高风力发电机全性。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种螺母，包括：
5.螺母本体，被配置为具有螺纹；以及
6.卸荷槽，布置在螺母本体上，所述卸荷槽被构造为改变螺母底部拓扑结构以改变载荷的传递路径。
7.可选的，在所述的螺母中，所述卸荷槽在螺母本体上相对于螺纹被布置为使得螺纹受到的载荷基本均匀分布。
8.可选的，在所述的螺母中，
9.所述螺母本体为环柱体，螺纹布置在环柱体的内侧表面；
10.环柱体的外侧表面的一端具有法兰状结构，其至少沿轴向延伸至螺母本体的底面；以及
11.卸荷槽为环形槽，其布置在螺母本体的底面上。
12.可选的，在所述的螺母中，
13.卸荷槽从螺母本体的底面沿轴向延伸将螺母本体分隔为外侧的法兰状结构和内侧的锥台；以及
14.螺纹受载时，锥台的结构刚度小于其他螺纹处的结构刚度，导致锥台处的螺牙承载减少，螺纹的轴向载荷向后传递增加。
15.可选的，在所述的螺母中，
16.锥台的底面高于法兰状结构的底面，以使得：
17.螺纹受载时，锥台处的螺牙后退，螺纹的轴向载荷向后传递增加。
18.可选的，在所述的螺母中，
19.锥台处起始螺纹的至少1颗螺牙锐角倒钝使其牙高小于其他螺纹处的牙高，以使得：
20.螺纹受载时，降低锥台处的螺牙的应力，螺纹的轴向载荷向后传递增加。
21.可选的，在所述的螺母中，
22.锥台处的螺栓孔口径大于其他螺纹处的螺栓孔口径，以使得：
23.螺纹受载时，降低锥台处的螺牙的应力，螺纹的轴向载荷向后传递增加。
24.可选的，在所述的螺母中，
25.卸荷槽的深度至少超过2个螺牙；
26.卸荷槽的宽度截面的形状包括三角形、圆形、矩形或梯形；
27.法兰状结构的外轮廓为圆柱、锥台或棱柱。
28.可选的，在所述的螺母中，法兰状结构的底端垂直于螺母本体的轴向，以及
29.通过法兰状结构的底端与被夹持件表面的摩擦力自锁。
30.可选的，在所述的螺母中，
31.所述螺母安装在风力发电机叶片叶根螺栓上；以及
32.螺栓和螺母连接叶片叶根与变桨轴承和/或变桨轴承与轮毂。
33.本实用新型的发明人通过研究发现，减少风力发电机应的维护的次数和成本的难点在于，在风力发电机长时间运行以后，风力发电机的螺母容易出现应力疲劳，尤其是风机叶片叶根处，该处的载荷较大且多变，造成载荷设计十分复杂，进一步的，若维护不及时会造成严重事故，故和风力发电机的维护成本需求是矛盾的。
34.进一步的，轮毂也是风力发电机(简称“风机”)的核心部件之一，其作用是以可旋转的方式承载叶片(及叶片的变桨轴承等风机组件)以产生电能。变桨轴承为风力发电机中关键的零部件之一，其用于改变风力发电机叶片的桨角以促进发电。变桨轴承通常安装于几十米或上百米的高空中，装拆及运维工作较为困难，导致运维费用高昂。但是变桨轴承在运行过程中通常需承受较大的径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩，因此业内一直关注的重点是，如何在尽量少维护的情况下保证其与叶片或轮毂连接的螺纹结构具有较高的可靠性和较低的结构损伤以使其满足尽量久的使用寿命。
35.在本实用新型提供的螺母中，通过将安装在风力发电机叶根螺栓上的螺母设计为抗疲劳螺母，可提高其使用寿命，该螺母具体包括布置在螺母本体上的卸荷槽结构能够改变载荷的传递路径，使得螺纹受到的载荷分布均匀，因此在螺栓在服役过程中，叶片的交变载荷通过结构传递至叶根螺栓上，由于该抗疲劳螺母的分散力流的作用，螺栓与螺母配合的第一牙处交变应力极大降低，螺栓疲劳寿命提高。
36.进一步的，本实用新型的技术方案在于：其一是使锥台的结构刚度小于其他螺纹处的结构刚度，导致锥台处的螺牙承载减少，螺纹的轴向载荷向后传递增加，其二是使锥台的底面高于法兰状结构的底面，锥台处的螺牙后退，螺纹的轴向载荷向后传递增加，其三是锥台处起始螺纹的至少1 颗螺牙锐角倒钝使其牙高小于其他螺纹处的牙高，降低锥台处的螺牙的应力，螺纹的轴向载荷向后传递增加。与传统螺母相比，以上三种方式的任意一种都实现了抗螺栓疲劳螺母通过卸荷槽和锥台的特殊结构将螺栓载荷更多地向螺栓与螺母啮合的前2-3颗螺牙之后传递，降低螺栓最大受力螺牙的载荷，从而增强螺栓寿命。
附图说明
37.图1是本实用新型第一实施例螺母的剖面示意图；
38.图2是本实用新型第一实施例螺母的外轮廓示意图；
39.图3是本实用新型第一实施例卸荷槽通过槽结构隔断载荷传递的原理示意图；
40.图4是本实用新型第二实施例锥台处的螺牙的牙高小于其他螺纹处的牙高的原理示意图；
41.图5是本实用新型第三实施例锥台处的螺栓孔口径大于其他螺纹处的螺栓孔口径的原理示意图；
42.图6是本实用新型第四实施例螺母应用场合示意图；
43.图中所示：1-螺母本体；2-法兰状结构；3-卸荷槽；4-锥台；5-螺纹； 6-螺栓；100-叶片；101-螺栓套；102-叶根螺栓；103-叶根法兰；104-抗疲劳螺母；105-变桨轴承外圈螺栓；106-轮毂；107-抗疲劳螺母；108-变桨轴承。
具体实施方式
44.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的螺母作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
45.另外，除非另行说明，本实用新型的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本技术的公开范围或记载范围。
46.本实用新型的目的在于提供一种螺母，以实现风力发电机尽量减少维护的次数和成本又保证安全的问题。
47.在本实用新型中，术语“载荷基本均匀分布”是指，不同位置的载荷的差异小于15％、尤其是小于10％、优选小于5％。
48.为实现上述目的，本实用新型提供了一种螺母，包括：螺母本体，被配置为具有螺纹；以及卸荷槽，布置在螺母本体上，通过槽结构能够隔断载荷传递以改变载荷的传递路径，使得螺纹受到在载荷分布均匀。本实用新型提出的螺母不限于应用在风力发电机领域，在其他领域或使用场合下应用本实用新型中的螺母，也在本实用新型的保护范围之内。例如航空航天、船舶制造、大型机械等。
49.图1～3提供了本实用新型的第一个实施例，如图1所示，其示出了螺母的剖面示意图，螺母包括螺母本体1、法兰状结构2、卸荷槽3、锥台4 和螺纹5，其中卸荷槽3，布置在螺母本体1上，通过卸荷槽结构改变螺母底部拓扑结构以改变载荷的传递路径，使得螺纹受到的载荷分布均匀。其中卸荷槽的形式、布置位置、开槽方式不应仅仅限制于本实用新型提出的构型，但凡通过螺母底部槽沟使得螺纹受到的载荷分布均匀的槽结构，都在本实用新型的保护范围之内。卸荷槽例如可以为深度相同或深度不同的沟槽，其深度例如可以为2倍螺距、2.5倍螺距、3倍螺距等任意螺距或者其最深处的深度可以为螺母可开槽的最大深度。
50.具体的，螺母本体1为环柱体，螺纹5布置在环柱体的内侧表面；以及环柱体的外侧表面的一端具有法兰状结构2，如图2所示，其示出了螺母的外轮廓，法兰状结构2至少沿轴向延伸至螺母本体1的底面；以及如图1所示卸荷槽3为环形槽，其布置在螺母本体1的底面上。
51.如图3所示，其示出了卸荷槽通过槽结构隔断载荷传递以改变载荷的传递路径，使得螺纹受到在载荷分布均匀的原理示意图，卸荷槽从螺母本体的底面沿轴向延伸将螺母本体分隔为外侧的法兰状结构和内侧的锥台；以及螺纹受载时，锥台的结构刚度小于其他螺纹处的结构刚度，导致锥台处的螺牙承载减少，螺纹的轴向载荷向后传递增加。
52.进一步的，如图3所示，在本实施例的螺母中，锥台的底面高于法兰状结构的底面，
以使得：螺纹受载时，锥台处的螺牙后退，螺纹的轴向载荷向后传递增加。卸荷槽的宽度截面的形状包括三角形、圆形、矩形、梯形或不规则形状；法兰状结构的外轮廓为圆柱、锥台或棱柱。法兰状结构的底端垂直于螺母本体的轴向，以及通过法兰状结构的底端与被夹持件表面的摩擦力自锁。
53.现有技术中的螺母虽有些具有环形槽，但不同于本实施例，本实施例具有法兰状结构，其环形槽在法兰端(即圆柱形的承载台或承载段端)，两者在外形和剖面结构上都不同。本实施例的螺母法兰底端为平面，依靠法兰底端与被夹持件表面的摩擦力自锁，无需圆柱的自锁段。
54.图4提供了本实用新型第二实施例，其示出了锥台处的螺牙的牙高小于其他螺纹处的牙高的原理示意图；在本实施例的螺母中，例如起始端的至少前两个锥台处的螺牙的牙高小于其他螺纹处的牙高，仅是其他螺牙的一半或四分之三等(可以渐变增加)，以使锥台处的螺牙锐角倒钝，以使得螺纹受载时，降低锥台处的螺牙的应力，螺纹的轴向载荷向后传递增加。另外如图4所示，卸荷槽3的深度至少超过2个螺牙，以保证载荷的有效分流，也可以超过一个螺牙，通过锥台的底面高于法兰状结构的底面和/或锥台处的螺栓孔口径大于其他螺纹处的螺栓孔口径进行载荷分流，从而卸荷槽的深度可以稍稍降低。本实施例在螺母的螺纹起始段切去起始螺纹的螺牙尖部，现有技术还没有这种结构，具有对载荷进一步分流的作用。
55.图5提供了本实用新型第三实施例，其示出了锥台处的螺栓孔口径大于其他螺纹处的螺栓孔口径的原理示意图；在本实施例的螺母中，锥台4 处的螺栓孔口径大于其他螺纹处的螺栓孔口径，以使得：螺纹5受载时，降低锥台4处的螺牙的应力，螺纹的轴向载荷向后传递增加。
56.图6提供了本实用新型第四实施例，其示出了螺母的应用场合示意图；其中本实施例通过提供一种风力发电机，其包括叶片100、叶根法兰103、轮毂106和变桨轴承108，其中叶片100、叶根法兰103和变桨轴承108之间通过叶根螺栓102与本实用新型提供的抗疲劳螺母104相配合连接，叶根螺栓102上具有螺栓套101，轮毂106和变桨轴承108之间通过变桨轴承外圈螺栓105与本实用新型提供的抗疲劳螺母107相配合连接。
57.本实施例的螺母通过安装在风力发电机叶根螺栓上，螺栓在服役过程中，叶片得交变载荷通过结构传递至叶根螺栓上，由于该抗疲劳螺母的分散力流的作用，螺栓与螺母配合的第一牙处交变应力极大降低，螺栓疲劳寿命提高。
58.在本实施例的螺母中，由于所述螺母安装在风力发电机叶片叶根螺栓上，以及螺栓和螺母连接叶片叶根与变桨轴承和/或变桨轴承与轮毂，因此本实施例的螺母可以由常用的m36螺母进行加工后，形成本实施例的螺母， m36螺母的尺寸规格已知，仅在螺母底面上加工形成卸荷槽即可。
59.本实用新型的发明人通过研究发现，虽然风力发电机应尽量减少维护的次数和成本，但风力发电机的螺母容易出现应力疲劳，尤其是风机叶片叶根处，该处的载荷较大且多变，造成载荷设计十分复杂，进一步的，若维护不及时会造成严重事故，故和风力发电机的维护成本需求是矛盾的。
60.进一步的，轮毂也是风力发电机(简称“风机”)的核心部件之一，其作用是以可旋转的方式承载叶片(及叶片的变桨轴承等风机组件)以产生电能。变桨轴承为风力发电机中
关键的零部件之一，其用于改变风力发电机叶片的桨角以促进发电。变桨轴承通常安装于几十米或上百米的高空中，装拆及运维工作较为困难，导致运维费用高昂。但是变桨轴承在运行过程中通常需承受较大的径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩，因此业内一直关注的重点是，如何在尽量少维护的情况下保证其与叶片或轮毂连接的螺纹结构具有较高的可靠性和较低的结构损伤以使其满足尽量久的使用寿命。
61.在本实用新型提供的螺母中，通过将安装在风力发电机叶根螺栓上的螺母设计为抗疲劳螺母提高其使用寿命，具体的包括布置在螺母本体上的卸荷槽的槽结构改变载荷的传递路径，使得螺纹受到在载荷分布均匀，因此在螺栓在服役过程中，叶片得交变载荷通过结构传递至叶根螺栓上，由于该抗疲劳螺母的分散力流的作用，螺栓与螺母配合的第一牙处交变应力极大降低，螺栓疲劳寿命提高。
62.进一步的，本实用新型其一是通过锥台的结构刚度小于其他螺纹处的结构刚度，导致锥台处的螺牙承载减少，螺纹的轴向载荷向后传递增加，其二是通过锥台的底面高于法兰状结构的底面，锥台处的螺牙后退，螺纹的轴向载荷向后传递增加，其三是锥台处起始螺纹的至少1颗螺牙锐角倒钝使其牙高小于其他螺纹处的牙高，降低锥台处的螺牙的应力，螺纹的轴向载荷向后传递增加，与传统螺母相比，以上三种方式的任意一种都实现了抗螺栓疲劳螺母通过卸荷槽和锥台的特殊结构将螺栓载荷更多地向螺栓与螺母啮合的前2-3颗螺牙之后传递，改变螺母的传载路径，降低螺栓最大受力螺牙的载荷，从而增强螺栓寿命。
63.综上，上述实施例对螺母的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
64.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
65.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。