CN101057082A - 用于螺旋连接的螺纹 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于螺旋连接的螺纹，其中，具有阴螺纹(30)的第一零件(3)可连接到具有阳螺纹(20)的第二零件(2)。这产生了一种螺纹螺旋连接，它已由于其设计而显著地降低了前述损坏发生的危险。为此，第一和第二零件(2、3)至少在螺纹线(10、11)的区域内具有不同的强度，且螺纹线(10、11)的横截面(Q₁、Q₃)不同于螺纹线(10、11)之间的间隙(23、24)的横截面(Q₂、Q₄)。

Description

用于螺旋连接的螺纹

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于螺旋连接的螺纹。

这样的螺纹螺旋连接可采用公制的ISO标准螺纹而形成，并已得到广泛应用。此外，从US 5,282,707中可以了解到一种螺纹螺旋连接。

背景技术

在已知的螺纹中，对于阳螺纹和阴螺纹采用不同强度的材料，这造成这样的问题，即，过度拧紧螺纹螺旋连接会导致用较低强度材料制成的螺纹部分损坏。为此原因，技术规格书中的标准实践是包括对螺纹螺旋连接的最大许用拧紧扭矩，以避免损坏。然而，在许多情形中，例如在旋上可更换的盒时，就像用于商用车辆或甚至是用于油过滤器的压缩空气制动系统中的空气干燥器的情形，规范的做法是用手来拧紧螺纹螺旋连接，而不为此使用可预先调整的扭矩扳手。然而，一般来说，在螺纹螺旋连接的所有其它应用中，也希望防止意外的损坏，诸如因不准确地调整扭矩扳手或不留心使用扭矩扳手失败引起的损坏。

发明内容

因此，本发明的目的是为螺旋连接提供一种螺纹，其通过设计已经大大地减小了上述损坏的风险。

该目的通过在权利要求1中所具体限定的本发明予以实现。本发明的改进和有利的实施例在从属权利要求中具有限定。

本发明具有的优点在于，螺纹螺旋连接不需诸如扭矩扳手之类的专门工具也不需诸如技术警告标志之类的特别提醒就可拧紧和拧松。尤其是，对于在可更换盒的系统中使用本发明的情形，可更换盒用手就可牢固地旋上，完全不必担心损坏螺纹。

在商用车辆中的空气干燥器和空气供应系统内的应用，可实现本发明的另一优点，其中，如此系统中的空气干燥器暴露于循环变化的压力载荷中，例如，在从压缩状态到再生状态的变化过程中，这种变化可导致螺纹对应地承受应力。甚至在循环变化、尤其是循环脉动应力的这种情形中，利用本发明的螺纹螺旋连接可实现螺纹螺旋连接的很高的耐久强度。

本发明应用于重型卡车的压缩空气系统的空气干燥器中的情形的另一优点在于，它无需以前到现在仍普遍使用的诸如铝外壳那样用于这样的空气干燥器盒(例如在空气供应系统中的空气干燥盒)的固定中所采用的钢插入件。其结果，空气供应系统可更加简单和更加便宜地进行制造。

根据本发明的有利的改进，螺纹形式可以是不对称的，阳螺纹具有较大、较重的横截面。在这种情况下，阴螺纹具有相对细长的横截面，该横截面由于其几何形状而相对有弹性。

根据本发明的有利的改进，在采用较低强度的材料制成的螺纹部分(阳、阴)的横截面的几何上较重的构造基础上，可以简单方式达到提高的防止损坏的强度和安全性。

附图说明

下面将详细地解释本发明，并参照附图根据实例来指出其它的优点，其中：

图1示出一车辆中的空气干燥器盒以及一空气供应系统，

图2示出作为阳螺纹的本发明螺纹的实施例，

图3示出作为阴螺纹的本发明螺纹的实施例，

图4示出与阴螺纹相关联的所述阳螺纹，以及

图5示出作为阴螺纹的本发明螺纹的另一实施例。

附图中，相同的标号用于彼此对应的零件。

具体实施方式

图1示出一旋入到一装置8上的可更换的盒1。在此实用的实例中，可更换的盒1构造为空气干燥器盒，而也用作空气干燥器盒的安置固定结构的装置8例如构造为用于重型卡车的压缩空气系统的空气供应系统。图1中作为实例仅示出的装置8的下列部分：各种空气端口5、6、7，在众多的用途中，设置它们是用来向可更换的盒1供气和从其中排出空气。在其它的特征中，可更换的盒1在其内部设置有干燥剂填料4，其功能是从通过可更换的盒1的空气中吸收水分。

为了紧固在装置8上，可更换的盒1设置有零件3，其具有阴螺纹30并设计成旋到零件2上，零件2设置在装置8上并具有阳螺纹20、22。具有阴螺纹30和阳螺纹20、22的零件2、3是螺纹螺旋连接的部件，下面将根据图2至5详细地予以解释。该第一和第二零件2、3至少在螺纹线(Gewindegnge)的区域内具有不同的强度和不同的弹性模量E₁、E₂。点划线9代表阳螺纹20、22的纵向轴线。

图2中细节示出作为阳螺纹20的本发明螺纹的一实施例。阳螺纹20设置有对应横截面为Q₁的螺纹线10。在每两个螺纹线10之间设置有对应横截面为Q₂的间隙23。该螺纹具有螺距P。

图3中细节示出作为阴螺纹30的本发明螺纹的一实施例。阴螺纹30设置有对应横截面为Q₃的螺纹线11。在每两个螺纹线11之间设置有对应横截面为Q₄的间隙34。该螺纹也具有螺距P。

在图2和3的图中，对应的螺距10、11的横截面Q₁、Q₂由螺纹20、30的外轮廓以及虚线21、33所界围。间隙23、24的横截面Q₃、Q₄由螺纹20、30的外轮廓以及虚线31、32所界围。

图4一起示出根据图2的阳螺纹20和根据图3的阴螺纹30。因此下面参照图2至4进行描述。

在实例中，阳螺纹20用诸如铝那样的材料制造，其强度低于例如可用钢制成的阴螺纹30的强度。如图2和3中特别明显地所示，用较低强度材料制成的螺纹线10、11的横截面Q₁、Q₃大于螺纹线10、11之间的间隙23、24的横截面Q₂、Q₄。

本技术领域内的技术人员将根据需要决定横截面Q₁、Q₃对横截面Q₂、Q₄的之比。根据本发明的一有利的改进，阳螺纹20的螺纹线10的横截面Q₁对阳螺纹20的螺纹线10之间的间隙23的横截面Q₂之比被限定为至少近似地对应于阳螺纹20的螺纹线10的弹性模量E₁对阴螺纹30的螺纹线11的弹性模量E₂之比的倒数，如由以下关系式(1)所表示的：

$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{E_2}{E_1}---\left(1\right)$

正如本技术领域内的技术人员所知，螺纹线和间隙的横截面Q₁、Q₂、Q₃、Q₄只是螺纹强度的主要影响变量中的一个。其它的影响变量的例子是阻力扭矩、剪切强度、拉伸强度以及螺纹线的几何形状、尤其是半径。

阴螺纹30的螺纹线11各具有牙侧12，其与阳螺纹20的螺纹线10的对应牙侧14相关联。设置在阴螺纹30的螺纹线11内与牙侧12相对的各个牙侧13，与阳螺纹20的螺纹线10的对应牙侧15相关联。当拧紧螺纹螺旋连接时，牙侧12在部位16处变得抵靠在牙侧14上。如图4和5所示，在此拧紧的螺纹螺旋连接的条件下，阳螺纹20的纵向轴线9基本上对应于阴螺纹30的纵向轴线，于是，为了简化起见，下面的描述中将只限于一个纵向轴线9。

相对于纵向轴线9的垂直方向，牙侧12具有角度ω，牙侧13具有角度γ，牙侧14具有角度β，以及牙侧15具有角度α。根据本发明的有利的改进，牙侧12、13具有不相等的角度ω、γ，于是，以下关系式成立：

                         ω≠γ                           (2)

根据本发明的有利的改进，角度ω的绝对值大于角度γ的绝对值，于是，以下关系式成立：

                         |ω|＞|γ|                       (3)

根据本发明的有利的改进，牙侧14、15具有不相等的角度α、β，于是，以下关系式成立：

                         α≠β                           (4)

根据本发明的有利的改进，角度β的绝对值大于角度α的绝对值，于是，以下关系式成立：

                         |β|＞|α|                       (5)

根据本发明的有利的改进，当拧紧螺纹螺旋连接时，在牙侧12和牙侧14之间提供在部位16处沿螺纹线的线接触。与公制ISO标准螺纹的平接触相比，线接触具有如下的优点：在螺纹制造过程中的轻微形状误差以及由于强度较低的阳螺纹20的局部塑性变形引起的不可避免的公差可在部位16的区域内得到补偿，由此，载荷可以更好地分布到所有螺纹线上。

根据本发明的有利的改进实施例，角度β的绝对值大于角度ω的绝对值，于是，以下关系式成立：

                         |β|＞|ω|                       (6)

这具有如下的优点，即，部位16处的两个牙侧12、14之间的接触发生在阴螺纹30的螺纹线11上外侧相当远的地方。由于合力杠杆臂的原因，该部位16处的螺纹线11的弹性大于该部位16处的螺纹线10的弹性。其结果，可获得如下的优点，即，螺纹制造过程中的轻微形状误差可由阴螺纹30的弹性予以补偿，不可避免的公差也同样可得到补偿，由此，由这样的形状误差和公差造成的螺纹线的提高的应力可以比已知的螺纹螺旋连接的情形更好地分布到所有螺纹线11上。螺纹线11比螺纹线10有更细长的结构，使阴螺纹30的弹性能进一步地改进，并因此提高应力在所有螺纹线11上的所述均衡。

根据本发明的有利的改进，当螺纹螺旋连接拧紧时，牙侧12、14彼此达到抵靠关系，此时牙侧12、14具有比相对的牙侧13、15大的角度ω、β。换句话说，两个关系式(3)和(5)都成立。

根据本发明的有利的改进，甚至非标准化的值也可选作为螺距P和牙侧直径。

根据本发明的有利的改进，阴螺纹30和/或阳螺纹20至少在局部区域内具有倒圆的横截面轮廓，其曲率半径为R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆。在根据图2的实例中，具有曲率半径R₁的倒圆横截面轮廓设置在阳螺纹20中从牙侧14到平行于纵向轴线9的一区域的过渡区域内。有利地是，该具有曲率半径R₁的倒圆横截面轮廓具有相对和缓的曲率，或换句话说，相对较大的曲率半径R₁，导致有该部位处的槽口效应相对较小的优点，于是，可显著地减小螺纹线10损坏的风险，例如，由于过分拧紧螺纹螺旋连接引起的螺纹剥除的风险。在从平行于纵向轴线9的区域到牙侧15的过渡区域中，阳螺纹2具有曲率半径为R₆的倒圆的横截面轮廓。

在牙侧12、13彼此的过渡部分或牙侧12、13对平行于纵向轴线9的区域的过渡部分处，阴螺纹3的螺纹线11具有相应的曲率半径为R₂、R₃、R₄、R₅的倒圆的横截面轮廓。根据本发明的有利的改进，曲率半径R₁大于阴螺纹30的曲率半径R₂、R₃、R₄、R₅。

根据本发明的有利的改进，沿螺纹螺旋连接的轴向方向、在阴螺纹30和阳螺纹20之间设有轴向间隙S_a，其大于公制的ISO标准螺纹。轴向间隙不是固有地设置在公制的ISO标准螺纹中的，但在实践中因为螺纹生产中的制造公差而存在。根据有利的改进，由于有预定的轴向间隙S_a，可避免螺纹螺旋连接中发生夹住或咬牢的现象。

在径向方向中，根据图4的螺纹螺旋连接具有间隙S_r1、S_r2。

图5示出阴螺纹30如何应用于装置8上，根据图3和4已经解释过上述阴螺纹30，装置8作为接纳阴螺纹30的阳螺纹具有传统的公制ISO标准螺纹22。如从图5中可见，根据图3和4的阴螺纹30的构造具有进一步的优点，其可与作为阳螺纹的公制ISO标准螺纹相容。在将本发明应用于可更换的盒1中时，可获得如下的优点，即，根据本发明装备有阴螺纹30的可更换的盒1不仅可旋入到根据本发明构造的阳螺纹20内，而且可旋入到传统的公制ISO标准螺纹内。

设计为公制ISO标准螺纹的阳螺纹22特别地设置有螺纹线10的对称牙侧14、15。换句话说，牙侧14相对于纵向轴线9的垂直方向的角度δ与相对的牙侧15相对于纵向轴线9的垂直方向的角度λ一致。在牙侧14、15之间，公制ISO标准螺纹具有倒圆的横截面轮廓R₇。

如从图5中还可见，在与作为阳螺纹22的公制ISO标准螺纹的组合中，仍保留了本发明的许多上述优点。在此情形中，例如，再次在部位16处的牙侧12和牙侧14之间确保如上所解释的线接触。

根据本发明的有利的改进，可选择以下值：

Q₁/Q₂＞1.2

Q₄/Q₃＞1.2

螺距P可在1.0mm至3.0mm的范围内

γ在0度至10度的范围内

ω在20度至29度的范围内

α在0度至10度的范围内

β在21度至35度的范围内

(所有度数值都以360度圆量度来表达)

R₁/P在0.1至0.3范围内

R₂/P在0.07至0.27范围内

R₃/P在0.07至0.17范围内

R₄/P在0.07至0.2范围内

R₅/P在0.07至0.2范围内

R₆/P在0.03至0.2范围内

S_a/P在0.01至0.07范围内

S_r1/P在0.03至0.1范围内

S_r2/P在0.03至0.17范围内

S_r3/P在0.03至0.1范围内

S_r4/P在0.03至0.17范围内

(所有值都正则化于螺距P)

Claims (19)

1.一种用于螺旋连接的螺纹，其中，具有阴螺纹(30)的第一零件(3)可连接到具有阳螺纹(20)的第二零件(2)，其中，第一和第二零件(2、3)至少在螺纹线(10、11)的区域内具有不同的强度，且其中，所述螺纹线(10、11)的横截面(Q₁、Q₃)不同于所述螺纹线(10、11)之间的间隙(23、24)的横截面(Q₂、Q₄)。

2.如权利要求1所述的螺纹，其特征在于，所述阳螺纹(20)用强度较低的材料制成。

3.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，用强度较低的材料制成的所述螺纹线(10、11)的横截面(Q₁、Q₃)大于所述螺纹线(10、11)之间的间隙(23、24)的横截面(Q₂、Q₄)。

4.如权利要求3所述的螺纹，其特征在于，用强度较低的材料制成的所述螺纹线(10、11)的横截面(Q₁、Q₃)对所述螺纹线(10、11)之间的间隙(23、24)的横截面(Q₂、Q₄)之比大于1.2。

5.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，用强度较高的材料的制成的所述螺纹线(10、11)之间的间隙(23、24)的横截面(Q₂、Q₄)大于所述螺纹(10、11)线的横截面(Q₁、Q₃)。

6.如权利要求5所述的螺纹，其特征在于，用强度较高的材料制成的所述螺纹线(10、11)之间的间隙(23、24)的横截面(Q₂、Q₄)对所述螺纹线(10、11)的横截面(Q₁、Q₃)之比大于1.2。

7.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，所述阳螺纹(20)的螺纹线(10)的横截面(Q₁)对所述阳螺纹(20)的螺纹线(10)之间的间隙(23)的横截面(Q₂)之比对应于所述阳螺纹(20)的螺纹线(10)的弹性模量(E₁)对所述阴螺纹(30)的螺纹线(11)的弹性模量(E₂)之比的倒数。

8.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，所述阴螺纹(30)的螺纹线(11)的相对牙侧(12、13)相对于所述阴螺纹(30)的纵向轴线(9)的垂直方向具有不相等的角度(γ、ω)。

9.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，所述阳螺纹(20)的螺纹线(10)的相对牙侧(14、15)相对于所述阳螺纹(20)的纵向轴线的垂直方向具有不相等的角度(α、β)。

10.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，当螺纹螺旋连接拧紧时与所述阳螺纹(20、22)的牙侧(14)成抵靠关系的所述阴螺纹(30)的牙侧(12)相对于所述阴螺纹(30)的纵向轴线(9)的垂直方向所具有的角度(ω)的绝对值大于所述阴螺纹(30)的相对牙侧(13)的角度的绝对值。

11.如上述权利要求1至9中至少一项所述的螺纹，其特征在于，当螺纹螺旋连接拧紧时彼此成抵靠关系所述阳和阴螺纹(20、30)的牙侧(12、14)相对于所述阴螺纹(30)的纵向轴线(9)的垂直方向所具有的角度(ω、β)的绝对值大于所述阳和阴螺纹(20、30)的相对牙侧(13、15)的角度的绝对值。

12.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，当螺纹螺旋连接拧紧时与所述阳螺纹(20、22)的牙侧(14)成抵靠关系的所述阴螺纹(30)的牙侧(12)相对于所述阴螺纹(30)的纵向轴线(9)的垂直方向所具有的角度(ω)的绝对值小于与之成抵靠关系的所述阳螺纹(20、22)的牙侧(14)的角度的绝对值。

13.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，所述阴螺纹(30)和/或阳螺纹(20)至少在局部区域内具有倒圆的横截面轮廓(R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆)。

14.如权利要求13所述的螺纹，其特征在于，所述阳螺纹(20、22)具有至少一个带有一曲率半径(R₁、R₇)的倒圆的横截面轮廓，该曲率半径大于所述阴螺纹(30)的倒圆横截面轮廓的各个曲率半径(R₂、R₃、R₄、R₅)。

15.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，在所述阴螺纹(30)和所述阳螺纹(20)之间设置预定的轴向间隙(S_a)。

16.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，当所述螺纹螺旋连接拧紧时彼此成抵靠关系的所述阳和阴螺纹(20、22、30)的牙侧(12、14)成线接触。

17.如上述权利要求中至少一项所述的螺纹，其特征在于，所述阳螺纹(20、22)用铝制成，而所述阴螺纹(30)用钢制成。

18.一种用于安装空气干燥器盒(1)的装置(8)，其中，所述装置(8)具有如上述权利要求中至少一项所述的阳螺纹(20)或阴螺纹(30)，以便旋入到空气干燥器盒(1)上。

19.一种用于车辆中的压缩空气系统的空气干燥器盒(1)，该盒可旋入到如权利要求18所述的装置(8)上。

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