CN101576110B - 对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体 - Google Patents
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Abstract
对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，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，螺母为用钢球以50～200m/s的速度冲击加工端面的螺母，冲击受处理面积为150％～400％；螺栓是采用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的螺栓。这样螺母与螺栓螺合更紧密，能有效的防止松动，成本低，可批量生产，可以大幅度提高螺栓的疲劳强度。
Description
技术领域
本发明属于机械零件技术领域，特别涉及一种对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体。
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，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。富士精密公司研制出一种螺母，在螺母内嵌入一个3/4圆的环状物，环状物有弹性，能有效起到防松的作用，但是，加工复杂成本相对增加，不能批量生产，实用性降低。
发明内容
为了解决以上存在的加工复杂、成本高和不能批量生产的问题，本发明提出一种对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，不仅能有效防松，降低成本而且还能提高螺栓的疲劳强度。
本发明中的对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，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，螺母为用钢球以50～200m/s的速度冲击加工端面的螺母，冲击受处理面积为150％～400％，冲击后可以使得螺母的螺纹螺距发生轻微的变化，使螺母的螺距小于螺栓的螺距，在螺栓和螺母配合使用的时候，连接后不容易松动，冲击过程在与螺栓螺合前或螺合后进行均可；
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与螺母全长H的关系为a＝(0.5-0.8)H。
通过螺母以全长的50％～80％与螺栓锥台形螺纹牙除去部相螺合，从而在作为危险断面的、螺栓锥台形螺纹牙除去部的螺纹牙根，不仅能够切实高效地实现负荷均一化、缓和张力及曲力的集中和不完全接触状态，而且，可以获得更牢固的连接力，起到防松动的作用，还提高了疲劳强度。
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，这样使得螺母的硬度小于螺栓的硬度，在其螺合过程中接触面增大，连接更牢固，减小了应力集中，承受应力能力增强，就不容易损坏，提高了疲劳强度。
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，减小应力集中，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，使组织更细微化，产生压缩残余应力，使硬度硬化，提高疲劳强度，防止螺栓破损，延长了螺栓的使用寿命。
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，这是对同一规格的螺栓而言的。
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％。
本发明的有益效果是：螺母端面经过钢球冲击后，螺母的螺距变小，这样螺母与螺栓螺合更紧密，能有效的防止松动，成本低，可批量生产，在与螺栓进行螺合时，因为螺栓的锥台形螺纹牙除去部各螺纹的高度，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。
附图说明
图1为螺母结构示意图；
图2为螺栓结构示意图；
图3为图2局部放大图；
图中：1螺栓头部，2螺栓圆柱部，3螺母加工端面，4螺纹部，4a螺纹牙顶部，4b螺纹牙根部，4c螺纹侧面，5螺纹牙除去部，6不完全螺纹部。
具体实施方式
实施例1：如图1、2、3所示，选用M16的螺母，在与螺栓螺合前，用钢球以100m/s的速度冲击螺母的加工端面3，冲击受处理面积达到200％，螺母经过塑性处理后，螺母的螺距比螺栓的螺距稍小，这样螺合更紧密，连接更牢固，起到了很好的防松动作用；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6、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成， 螺栓头部1和圆柱部2靠半径为R的过渡圆弧面连接，螺纹部分的螺纹牙除去部5成锥台形，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部2的长度，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这时螺母通常以全长的50％-80％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部相螺合。
除去M16的螺栓根部螺纹的一部分后，螺纹外径减小形成锥台形的螺纹牙除去部5，由锥台形部分最小径处向螺栓圆柱部2缓慢呈圆弧状扩大而形成不完全螺纹部6，在螺合螺母时，与螺母相螺合的锥台形螺纹牙除去部5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5各螺纹所承受负荷均一化，可缓和集中在螺母内侧端面区域的锥台形螺纹牙除去部5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5相螺合，锥台形螺纹牙除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为7％±1％，使锥台形螺纹牙除去部5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5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。
M16的螺栓选用材料SCNM630，硬度Hb为300，螺母材料为S20C，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连接处的圆弧面用直径为1mm的钢球进行冲击处理，钢球的冲击速度为100m/s，冲击受处理面积为300％，这样不仅使组织细化，产生压缩残余应力，而且使硬度硬化，从而增大了疲劳强度，另外提高了螺栓的使用寿命。
例2：如图1、2、3所示，选用M20的螺母，在与螺栓螺合前，用钢球以150m/s的速度冲击螺母的加工端面3，覆盖面积达到400％，螺母经过塑性处理后，螺母的螺距比螺栓的螺距稍小，这样螺合更紧密，连接更牢固，起到了很好的防松能性能；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6、螺纹牙除去部5和完全螺纹部组成， 螺栓头部1和螺栓圆柱部2靠半径为R的过渡圆弧连接，螺栓圆柱部2的螺纹牙除去部5成锥台形，根据被连接体的厚度来选择螺栓的圆柱部2的长度，螺栓在与螺母螺合时，为了将螺母调节到最佳位置，必要时可以使用垫片，从而获得良好的螺合状态，这时螺母通常以全长的50％-80％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部5相螺合。
除去M20的螺栓根部螺纹的一部分后，螺纹外径减小形成锥台形螺纹牙除去部5，由锥台形部分最小径处向螺栓圆柱部2缓慢呈圆弧状扩大而形成不完全螺纹部6，在螺合螺母时，与螺母相螺合的锥台形螺纹牙除去部5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5各螺纹的所承受负荷均一化，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5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80％与螺栓的锥台形螺纹牙除去部5相螺合，锥台形螺纹除去部5的各螺纹牙顶的连线与螺栓轴线的夹角为6％±1％，使锥台形螺纹牙除去部5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5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。
M20的螺栓选用材料SCN440，硬度Hb为300，螺母材料为SCNM630，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1.3mm，并对螺栓圆柱部2与螺栓头部1连接处的圆弧面用直径为1mm的钢球进行冲击处理，钢球的冲击速度为200m/s，冲击受处理面积为400％，这样不仅使组织细化，产生压缩残余应力，而且使硬度硬化，增大了疲劳强度，另外还提高了螺栓的使用寿命。
Claims (5)
1.一种对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，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，其特征在于所述螺母为用钢球以50～200m/s的速度冲击加工端面的螺母，冲击受处理面积为150％～400％。
2.根据权利要求1所述的对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，其特征在于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。
3.根据权利要求1所述的对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，其特征在于所述的螺栓的材料硬度Hb和螺母的材料硬度Hn的关系为Hn＝(0.4～0.9)Hb。
4.根据权利要求1所述的对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，其特征在于所述螺栓是采用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的螺栓。
5.根据权利要求4所述的对螺母端面进行塑性加工的螺栓结合体，其特征在于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％。
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