CN101576109B - 具有双螺纹的螺栓结合体 - Google Patents

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Abstract

具有双螺纹的螺栓结合体，属于机械零件技术领域，包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓头部、圆柱部和螺纹部，螺纹部由不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成，螺栓上有螺距为Pb的粗螺纹，在与粗螺纹相同方向上形成与粗螺纹重叠的螺距为Pn的细螺纹，且Pn＝P-b/n，n为1以上的整数；螺母为两个，一个为螺距是Pb的粗螺纹螺母，另一个为螺距是Pn的细螺纹螺母。本发明实现产品的小型化和轻型化，而且减少了在开孔加工和螺栓紧固的作业中的耗时，降低了产品的成本，显著提高了产品设计的自由性、组合操作性、量产性，能够反复使用，是一种具有良好实用性和节能性的连接件。

Description

具有双螺纹的螺栓结合体
技术领域
本发明属于机械零件技术领域，具体涉及一种具有双螺纹的螺栓结合体，该螺栓结合体具有防松动性能，且疲劳强度好。
背景技术
通常情况下同一部位会使用多根螺栓，如果这些螺栓不松动的话，大都不会认为螺栓在使用过程中会有破损。另外，螺栓具有这样的优点：由于螺纹具有锥形效果(楔形效果)，故能紧固较厚的构件，而且即便是紧固之物，也能比较容易地用简单的工具使之松动。相反，即便是紧固之物，在长期使用过程中螺母和螺栓也会反向旋转，发生“松动”的现象。一旦发生松动，如果没有再度紧固该部位，那么之后的反复应力会使螺栓承担过大负荷，降低疲劳强度，从而产生螺栓被轻易地损坏这样的问题。
特别是在可动部位或者承受外部振动的构件结合处使用的螺栓连接件中，即便当初妥善进行了紧固，然而在经过长期反复使用后，无法避免外部应力所带来的松动，因此在使用过程中重新紧固是必要的。
发明内容
针对现有螺栓结合体存在的问题，本发明提出一种具有双螺纹的螺栓结合体，该螺栓结合体具有防松动性能，且疲劳强度好，适用于各种机械设备、铁桥、建筑物、建设器械、各种运送机械、电器、眼镜等可活动部位或承受外部振动的构件结合处。
本发明的技术方案是这样实现的：一种具有双螺纹的螺栓结合体，该螺栓结合体包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓头部、圆柱部和螺纹部，螺纹部由不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成，螺纹部从螺纹根部开始螺纹被斜向除去一部分，这部分形成锥台形的螺纹牙除去部，由锥台形螺纹部的最小径处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成不完全螺纹部，螺栓上有螺距为Pb的粗螺纹，在与粗螺纹相同方向上形成与粗螺纹重叠的螺距为Pn的细螺纹，且Pn＝Pb/n，n为1以上的整数；螺母为两个，一个为螺距是Pb的粗螺纹螺母，另一个为螺距为Pn的细螺纹螺母。
所述的螺距为Pb的粗螺纹螺母被螺距为Pn的细螺纹螺母挤压在靠近螺栓头一侧，防止粗螺纹螺母向松弛方向回转，发挥防松作用，提高使用螺栓的装置等链接的可靠性。
所述的螺栓与其连接件螺母的螺合位置，满足下式时获得良好的螺合状态，螺纹牙除去部与螺栓连接件螺母的螺合长度a与螺母高度H的关系为a＝(0.5～0.8)H。
所述的螺栓材料硬度Hb和粗螺纹螺母的材料硬度Hn的关系为Hn＝(0.4～0.9)Hb。
所述的增大螺栓的螺栓头部和圆柱部的过渡部分圆弧面半径R，并用冲击力对螺栓头部和圆柱部的过渡部分圆弧面进行局部塑性加工。
所述的圆弧面半径R是工业规格ISO中规定的圆弧面半径的1.5-3倍。
所述的用冲击力对螺栓头部和圆柱部的过渡部分圆弧面进行局部塑性加工，是采用钢球对圆弧面进行冲击处理，钢球的射出速度为50-200m/s，冲击受处理面积为150％-400％。
本发明的有益效果：具有双螺纹的螺栓结合体，两螺母间的接触面会产生排斥力或摩擦力，从而可以防止粗螺纹螺母向松弛方向回转，可以提高使用螺栓装置的可靠性，将粗螺纹螺母的一部分与螺栓锥台形螺纹牙除去部相螺合，这样使粗螺纹螺母内侧的锥台形螺纹牙除去部螺纹不仅仅接触到易弯曲的粗螺母的尖端，减少了接触面积，缓和了不完全接触状态，而且还能大幅度降低危险断面附近的锥台形螺纹牙除去部螺纹牙根的应力，防止螺栓损坏，内侧的粗螺纹螺母被其后侧(外侧)的细螺纹螺母挤压在螺栓头一侧，在无外力施加的情况下，在内侧粗螺纹螺母端面的螺栓螺纹牙根部会产生压缩内力，从而，即使外力变化，通过原本的压缩应力和外力导致的张力相抵消，可大幅减少外力所导致的张力，进一步提高疲劳强度，由于既具有有效的防松动功能，又具有被大幅度改善的疲劳强度，所以不仅螺栓、螺母的使用数及尺寸大幅减小，实现产品的小型化和轻型化，而且，减少了在开孔加工和螺栓紧固的作业中的耗时，降低了产品的成本，显著提高了产品设计的自由性、组合操作性、量产性，能够反复使用，是一种具有良好实用性和节能性的连接件。
附图说明
图1为本发明的螺栓结构示意图；
图2为图1的A部放大图；
图3为图1的B部放大图；
图中：1螺栓头部，2螺栓圆柱部，  3螺纹牙除去部，4螺纹部，5粗螺纹牙根，6细螺纹牙根，7不完全螺纹部。
具体实施方式
例1：如图1、2所示，为螺栓结构示意图，采用具有ISO所规定的M16公制粗螺纹基准尺寸的粗螺纹和具有ISO所规定的M16公制细螺纹基准尺寸的细螺纹的螺栓，螺栓包括螺栓头部1、圆柱部2和螺纹部4，螺纹部4由不完全螺纹部7、螺纹牙除去部3和完全螺纹部组成，螺纹部粗螺纹螺距Pb为2mm，细螺纹螺距Pn为1mm，螺纹部从螺纹根部被斜向除去一部分，形成锥台形的螺纹牙除去部3；由锥台形的螺纹牙除去部3的最小径处向圆柱部2缓慢呈圆弧状扩径而形成不完全螺纹部7；当螺母与螺栓螺合时，因为锥台形螺纹牙除去部3各螺纹的高度，与分摊的表面压力成反比递减，从而使锥台形螺纹牙除去部3各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺母的内侧端面区域的锥台形部螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部2的长度，并在必要时使用垫片，从而能够将螺母调节到最佳位置，获得良好的螺合状态，此时螺母以全长的50％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部3相螺合，锥台形螺纹牙除去部3的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为7％±1％，圆柱部2越长夹角越小，锥台形螺纹牙除去部3螺纹牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减少接触面积，缓和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形螺纹牙除去部3的螺纹牙根处的应力，具有可靠的疲劳强度和有效的防松性能。
粗螺纹螺距是细螺纹螺距的2倍，通过在粗螺纹的螺纹牙上每隔一个螺距就形成与细螺纹相同的花纹，可以确保这种花纹重复的周期性，据此，在粗螺纹的螺纹牙部的、由细螺纹造成的切割部分会周期性地存在，所以，可以有效防止粗螺纹局部变薄而造成的机械强度下降，以及由于在粗螺纹的螺纹牙部形成细螺纹的牙根而造成应力集中，从而可以维持螺栓的耐久性。
将粗螺纹螺母螺合在粗螺纹上后，将细螺纹螺母螺合在细螺纹上，则可将螺栓以及螺母之间连接上，此时，由于细螺纹螺母和粗螺纹螺母的螺距不同，两者合为一体旋转时，两螺母间的接触面会产生排斥力或者摩擦力，从而从以修正间隙、防止粗螺纹螺母向松弛方向回转，发挥防松效果，提高使用螺栓的装置等链接的可靠性。
由于粗螺纹螺纹牙中的细螺纹牙根部沿着螺栓轴方向规则地存在着，所以用粗螺纹螺母和细螺纹连接时的压力被均匀施加，这样，就不存在螺纹损坏、脱落等现象，而连接、拆卸等的操作也可以顺利的进行。
细螺纹牙根部(粗螺纹牙的螺纹牙被切除部)较浅，即使细螺纹牙根部重叠在粗螺纹牙处，由于粗螺纹被消减部分较少，可以防止机械强度的下降，具有良好的耐压型和耐剪性，可保持粗螺纹的连接力处于较大状态，可反复使用，节能性好。
螺栓选用材料SCNM630，硬度Hb为300，螺母材料为S20C，粗螺纹螺母的硬度Hn为170，使得螺栓和螺母在螺合过程中接触面积增大，减小应力集中，还提高了疲劳强度；将螺栓的圆柱部2和螺栓头部1连接处的圆弧面半径R增大到1.0mm，并对圆柱部2与螺栓头部1连接处的圆弧面用钢球进行冲击处理，钢球的冲击速度为100m/s，冲击受处理面积为300％，不仅使组织细化，产生压缩残余应力，使硬度硬化，提高了疲劳强度，另外还提高了螺栓的使用寿命。
例2：采用具有ISO所规定的M10公制粗螺纹基准尺寸的粗螺纹和具有ISO所规定的M10公制细螺纹基准尺寸的细螺纹的螺栓，螺栓包括螺栓头部1、圆柱部2和螺纹部4，螺纹部4由不完全螺纹部7、螺纹牙除去部3和完全螺纹部组成，螺纹部粗螺纹螺距Pb为1.75mm，细螺纹螺距Pn为0.875mm，螺纹部从螺纹根部被斜向除去一部分，形成锥台形的螺纹牙除去部；由锥台形螺纹牙除去部的最小径处向圆柱部缓慢呈圆弧状扩径而形成不完全螺纹部7；螺纹外径减小形成锥台形螺纹牙除去部3，当螺母与螺栓螺合时，因为锥台形螺纹牙除去部3各螺纹的高度，与分摊的表面压力成反比递减，从而使锥台形螺纹牙除去部3各螺纹所承受的负荷均一化，可缓和集中在螺母的内侧端面区域的锥台形螺纹牙除去部3螺纹牙根处的张力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部2的长度，并在必要时使用垫片，从而能够将螺母调节到最佳位置，获得良好的螺合状态，此时螺母以全长的50％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部3相螺合，锥台形螺纹牙除去部3的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为8％±1％，圆柱部2越长夹角越小，锥台形的螺纹牙除去部3螺纹牙仅接触易弯曲螺母的螺纹牙的前端，从而能够减少接触面积，缓和不完全接触状态，大幅度减少距离危险断面近的、在锥台形螺纹牙除去部3的螺纹牙根处的应力，具有可靠的疲劳强度和有效的防松动性能。
粗螺纹螺距是细螺纹螺距的4倍，通过在粗螺纹的螺纹牙上每隔两个螺距就形成与细螺纹相同的花纹，可以确保这种花纹重复的周期性，据此，在粗螺纹的螺纹牙部的、由细螺纹造成的切割部分会周期性地存在，所以，可以有效防止粗螺纹局部变薄而造成的机械强度下降，以及由于在粗螺纹的螺纹牙部形成细螺纹的牙根而造成应力集中，从而维持螺栓的耐久性。
将粗螺纹螺母螺合在粗螺纹上后，将细螺纹螺母螺合在细螺纹上，则可将螺栓以及螺母之间连接上，此时，由于细螺纹螺母和粗螺纹螺母的螺距不同，两者合为一体旋转时，两螺母间的接触面会产生排斥力或者摩擦力，从而从以修正间隙、防止粗螺纹螺母向松弛方向回转，发挥防松效果，提高使用螺栓的装置等链接的可靠性。
由于粗螺纹螺纹牙中的细螺纹牙根部沿着螺栓轴方向规则地存在着，所以用粗螺纹螺母和细螺纹连接时的压力被均匀施加，这样，就不存在螺纹损坏、脱落等现象，而连接、拆卸等的操作也可以顺利的进行。
细螺纹牙根部(粗螺纹牙的螺纹牙被切除部)较浅，即使细螺纹牙根部重叠在粗螺纹牙处，由于粗螺纹被消减部分较少，可以防止机械强度的下降，具有良好的耐压型和耐剪性，可保持粗螺纹的连接力处于较大状态，可反复使用，节能性好。
螺栓选用材料SCN440，硬度Hb为300，螺母材料为SCNM630，粗螺纹螺母的硬度Hn为240，使得螺栓和螺母在螺合过程中接触面积增大，减小应力集中，还提高了疲劳强度；将螺栓的圆柱部2和螺栓头部1连接处的圆弧面半径R增大到1.5mm，并对圆柱部2与螺栓头部1连接处的圆弧面用钢球进行冲击处理，钢球的冲击速度为200m/s，冲击受处理面积为400％，不仅使组织细化，产生了压缩残余应力，使硬度硬化，还增大了疲劳强度，另外提高了螺栓的使用寿命。

Claims (2)

1.一种具有双螺纹的螺栓结合体，该螺栓结合体包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓头部、圆柱部和螺纹部，螺纹部由不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成，其特征在于所述的螺栓上有螺距为Pb的粗螺纹，在与粗螺纹相同方向上形成与粗螺纹重叠的螺距为Pn的细螺纹，且Pn＝Pb/n，n为1以上的整数；所述的螺母为两个，一个为螺距是Pb的粗螺纹螺母，另一个为螺距是Pn的细螺纹螺母；所述的螺栓与其连接件螺母的螺合位置，满足下式时获得良好的螺合状态，螺纹牙除去部与螺栓连接件螺母的螺合长度a与螺母高度H的关系为a＝(0.5～0.8)H；螺栓的材料硬度Hb和粗螺纹螺母的材料硬度Hn的关系为Hn＝(0.4～0.9)Hb；所述的螺距为Pb的粗螺纹螺母被螺距为Pn的细螺纹螺母挤压在靠近螺栓头一侧；增大螺栓的螺栓头部和圆柱部的过渡部分圆弧面半径R，并用冲击力对螺栓头部和圆柱部的过渡部分圆弧进行局部塑性加工，采用钢球对圆弧面进行冲击处理，钢球的射出速度为50-200m/s，冲击受处理面积为圆弧面的150％-400％。
2.根据权利要求1所述的具有双螺纹的螺栓结合体，其特征在于所述的圆弧面半径R是工业规格ISO中规定的圆弧面半径的1.5-3倍。
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