CN102022408A - 具有螺栓和螺母的螺纹接头 - Google Patents

Abstract

在螺旋连接件中，螺栓设有包括梯形螺纹类型的螺纹牙的外螺纹，螺纹牙具有径向朝外汇聚的轮廓为直的侧面及位于侧面之间的径向外界面。螺母具有设置在其长度的至少一部分上的孔，该孔具有由螺纹槽形成的内螺纹，螺纹槽具有轮廓是直的且径向朝外汇聚的梯形螺纹形式的侧面段，侧面段以连续方式径向朝外过渡到形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段中。螺栓的外螺纹的外直径比假想圆柱的直径大，假想圆柱的表面把被拧在螺栓上之前的螺母的内螺纹的侧面段与形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段分开，将螺母旋拧在螺栓上时，螺栓的外螺纹将螺母的内螺纹的螺纹基底的区域中的材料移位。

Description

具有螺栓和螺母的螺纹接头

技术领域

本发明涉及一种具有螺栓和螺母的螺旋连接件，螺母可被旋拧在螺栓上，螺栓的外螺纹和螺母的内螺纹具有相同的斜度和相同的螺纹牙形角，且用于螺母的材料(至少在内螺纹的区域)比用于螺栓的材料(至少在外螺纹的区域)更软。本发明还涉及由塑料制造的用于这种螺旋连接件的螺母。

背景技术

上述类型的螺旋连接件从DE 198 57 225 A1已知。该螺旋连接件被用于把油门踏板固定至机动车的车身，且被用于自动栓接过程。在该螺旋连接件中，螺栓具有公制的统一标准螺纹，其具有60度的螺纹牙形角(thread angle)，而螺母的内螺纹在被旋拧到螺栓之前具有的外直径小于螺栓的外螺纹的外直径。该申请中，内螺纹和外螺纹必须在尺寸上非常合适，以使得螺母不被过载。

公布的德国专利申请2,903,845A1披露了具有未全部完成切削的螺纹的螺旋连接件的各个实施例。但是，在所述实施例中，螺母的内螺纹的螺纹牙形角和螺栓的外螺纹的螺纹牙形角不相同，以使得螺栓的外螺纹的螺纹末端的变形不会导致螺栓和螺母之间卡住。由于这些不同的螺纹牙形角使螺旋连接件的使用寿命降低。

此外，FR 1,343,518A披露了一种自锁紧螺母，与统一标准螺纹相比，该螺母的内螺纹具有略小的内直径和略小的外直径。意欲栓接于具有相应统一标准螺纹的螺栓上时能产生足够的力矩抵抗松脱。由于这种螺母高度的塑性和塑料的冷裂(cold flow)性能，这种已知设计不适于确保塑料制造的螺母免于松脱。

JP 09-112,522A披露了一种由塑料制造的螺栓，其外螺纹是梯形螺纹，具有不同宽度的侧面(flank)和径向最外界面，该表面朝向螺栓的中心轴线倾斜以利于将螺栓压配(force fitting)于接收孔内。

发明内容

本发明的目的是要形成一种本说明书开始所提到的那类螺旋连接件，其中被拧紧于螺栓上的螺母通过力矩能可靠地防止松脱，仅需要相当小的力矩将螺母旋拧到螺栓上。此外，应防止螺母被旋拧时断裂。

根据本发明，实现所述目的的螺旋连接件包括螺栓和可旋拧在螺栓上的螺母，其中，螺栓设有外螺纹，该外螺纹包括梯形螺纹类型的螺纹牙，该螺纹牙具有直轮廓且径向朝外汇聚的侧面和位于所述侧面之间的径向最外界面，螺母具有设置在其长度的至少一部分上的孔，该孔具有由螺纹槽形成的内螺纹，螺纹槽具有轮廓是直的且以梯形螺纹形式径向朝外汇聚的侧面段，该侧面段以连续的方式径向朝外过渡到形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段中，用于螺母的至少在内螺纹区域中的材料比用于螺栓的至少在外螺纹区域中的材料软，螺栓的外螺纹和螺母的内螺纹具有相同的斜度和相同的侧面角度，螺栓的外螺纹的外直径大于假想圆柱的直径，该假想圆柱的表面在螺母被拧在螺栓上之前将螺母的内螺纹的侧面段与形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段分开，致使将螺母旋拧在螺栓上时，螺栓的外螺纹使螺母的内螺纹的螺纹基底的区域中的材料移位，螺栓的螺纹牙的径向最外界面和螺母的螺纹槽的螺纹基底之间的中空空间被保持空闲以容纳被移位的材料。优选螺栓的外螺纹的螺纹牙(thread rib)的径向最外界面是圆柱形表面的一部分，且外螺纹的外直径小于螺母的内螺纹的外直径。优选螺栓的外螺纹的螺纹牙的径向最外界面相对于螺栓的中心轴线以一方式倾斜，该方式是，面向螺纹端的螺纹侧面的外直径小于背向螺纹端的螺纹侧面的外直径。优选接触螺纹牙的径向最外界面的径向线与螺栓的中心轴线以大约30度的角度相交。优选假想圆柱的直径小于螺母的内螺纹的外直径，该假想圆柱的表面线与螺纹牙的径向最外界面相交于该界面的中央处。优选内螺纹和外螺纹的侧面角度为25至35度，特别为30度。优选螺母的内螺纹的外直径大致等于或小于螺栓的外螺纹的外直径。优选将螺母旋拧到螺栓上之前，螺母的内螺纹具有初始心直径，该心直径大于螺栓的外螺纹的心直径，致使可将被移位的材料的至少一部分容纳在栓接前存在于螺母的初始心直径和螺栓的心直径之间的区域中。优选螺栓由金属制造，螺母由塑料制造。

本发明还提供一种用于所述螺旋连接件的由塑料制造的螺母，在螺母长度的至少一部分上设有孔，该孔具有由螺纹槽形成的内螺纹，螺纹槽具有螺纹轮廓，该轮廓具有径向朝外汇聚的直侧面段，该侧面段以连续方式径向朝外地过渡到形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段中。优选侧面段的侧面角度为25至35度，特别是30度。优选所述孔包括螺纹端，该螺纹端具有插入段，该插入段的内直径的尺寸被设置为使得螺母及其插入段可被轴向地布置在螺栓上，该螺栓具有与螺母的内螺纹相关联的外螺纹，在插入段中设有锁定突起，该锁定突起的形状和尺寸被设置为使得螺母可通过螺栓的外螺纹上的锁定联接而被保持在位。优选锁定突起是具有中心平面的环形凸起，该中心平面相对于所述孔的轴线为径向。优选锥形地向外扩张的定心段在外部挨着插入段。优选形成在螺母外圆周上的工具接合区域与内螺纹共轴线。优选在螺纹端上设有碟形凸缘。

根据本发明，螺旋连接件包括螺栓和要被旋转在螺栓上的螺母，螺栓设置有外螺纹，该外螺纹设置有梯形螺纹类型的螺纹牙，该螺纹牙具有径向朝外汇聚的轮廓为直的侧面以及位于该侧面之间的径向外界面，螺母具有设置在其长度的至少一部分上的孔，该孔具有由螺纹槽形成的内螺纹，螺纹槽具有轮廓是直的径向朝外汇聚的侧面，该侧面以连续的方式径向朝外过渡到形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段中，用于螺母的至少在内螺纹的区域的材料比用于螺栓的至少在其外螺纹区域中的材料软，螺栓的外螺纹的外直径比假想的共轴线圆柱的直径大，该假想共轴线圆柱的外表面把被拧在螺栓上之前的螺母的内螺纹的侧面段与形成螺纹槽的圆形段分开，使得将螺母旋拧在螺栓上时，螺栓的外螺纹将螺母的内螺纹的螺纹基底的区域中的材料移位，螺栓的螺纹牙的径向最外界面和螺母的螺纹槽的螺纹基底之间的空旷空间被保持空闲以容纳被移位的材料。这里，螺母的内螺纹的外直径是与该内螺纹共轴线的假想圆柱的直径，该假想圆柱的表面线接触内螺纹的螺纹基底，且螺栓的外螺纹的外直径等于外螺纹的螺纹牙的径向最外界面的最大半径的两倍。

本发明的螺旋连接件能方便而可靠地进行栓接，且在栓接后可获得高的自锁动量度。螺母上的径向负载保持相对较小且内螺纹的形状可降低螺母受损的风险。

在本螺旋连接件的一个实施例中，螺栓外螺纹的螺纹牙的径向最外界面可以是圆柱形表面的一部分，螺栓外螺纹的外直径小于螺母内螺纹的外直径。

但是，优选的螺旋连接件设计是，螺栓外螺纹的螺纹牙的径向最外界面相对于螺栓的中心轴线倾斜，使得面向螺纹端的螺纹侧面的外直径小于背向螺纹端的螺纹侧面的外直径，螺母内螺纹的外直径大致等于或小于螺栓外螺纹的外直径。这里，螺母和螺栓的有效承载负荷的侧面具有较大的宽度，使得螺旋连接件具有较大的弹性。已示出的优选方式是，使螺纹牙的最外界面倾斜致使接触径向最外界面的径向线与螺栓的中心轴线以大约30度的角度相交。

根据本发明的另一推荐方案，可使中央与螺纹牙的倾斜的径向最外界面相交的假想圆柱的直径小于螺母内螺纹的外直径。这将导致在螺栓的内螺纹的螺纹基底和径向最外界面之间的中空空间能容纳被螺纹牙移位的材料。由此，可防止旋拧时螺母被锁得太紧，和防止螺母承受过大的负载。

此外，可规定，将螺母旋拧于螺栓上之前螺母的内螺纹具有的初始心直径大于螺栓外螺纹的心直径，使得被移位材料的至少一部分被容纳在存在于螺母的初始心直径和螺栓的心直径之间的区域中。

根据本发明的附加推荐方案，螺旋连接件包括塑料制造的螺母，螺母具有设置在其长度的至少一部分上的孔，该孔具有由螺纹槽形成的内螺纹，螺纹槽具有螺纹轮廓，该螺纹轮廓具有以梯形螺纹方式径向朝外汇聚的直侧面段，该侧面段以连续的方式过渡到形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段中。这样，螺母可防裂且可以简单和成本效率高的方式借助模成形而制造为单件。为了获得更大的紧固力矩，螺母侧面段的侧面角度可以是25至35度，特别可为30度。

特别有利的是，螺母的孔具有螺纹端，该螺纹端具有插入段，该插入段的内直径的尺寸被设置为使得螺母以及插入段可被轴向地置于螺栓上，该螺栓具有与螺母的内螺纹相关联的外螺纹，插入段中设有锁定突起，该锁定突起的形状和尺寸被设置为使得螺母可通过锁定保持力而被保持在螺栓的外螺纹上。锁定突起可以是具有中心平面的环形凸起，该中心平面径向于孔轴线。这具有的优点是，可将螺母和螺栓锁定在任意期望的旋转位置中。

为了便于螺母与螺栓的结合，螺母可附加地具有锥形向外扩张的定心段，该定心段向外接续插入段。

附图说明

下文将参考附图中示出的一个示例性实施例对本发明作更详细的描述。附图中：

图1是本发明螺母的透视图；

图2是图1所示螺母的截面图；

图3是图1所示螺母的螺纹端部放大截面图，螺栓的螺纹端部被置于螺母的螺纹端部中；

图4是图1所示螺母的内螺纹和相关联螺栓的外螺纹之间的接合区域的放大截面图；

图5示出了使用本发明的螺旋连接件联接两个部分的情况。

具体实施方式

图1所示的螺母1是由塑料制造的单件成形部分。该螺母具有本体2，该本体具有形状为六面棱柱、形成工具接合区域3的外轮廓。在本体2的一个端部处，形成圆盘形状的凸缘，其用于把螺母1支撑在要被固定的部件上。本体2的另一端设置有倾斜表面5以便于工具的联接。

如图2所示，螺母1被孔6穿透，该孔与工具接合区域3共轴线且具有三个不同的段。第一段7延伸穿过本体2的最大部分且设置有由螺纹槽9形成的内螺纹8，该螺纹槽被嵌入孔6的壁中且沿螺旋线延伸。螺母1的内螺纹8具有外直径Da，该外直径等于与内螺纹共轴线的假想圆柱的直径，其表面线接触螺纹槽9的螺纹基底。内螺纹8的心直径(core diameter)Dk是段7中的孔6的直径，螺纹槽9被嵌入该孔中。

在面对凸缘4的侧部上，圆柱形插入段10与段7相邻；插入段的内直径De略大于内螺纹8的外直径。在从段7的距离x处，插入段10具有向内突出的环形凸起(bead)11，该凸起的中央位于相对于孔的轴线为径向的平面内。环形凸起11的内直径Dr小于外直径Da且大于内螺纹8的心直径Dk。

定心段12沿凸缘4的方向挨着插入段10；定心段锥形地向外扩张且用于使螺母1相对于螺栓定心。

图3示出了环形凸起11与插入到插入段10的螺栓20的插入端之间的配合。螺栓20具有由沿螺旋线延伸的螺纹牙22形成的外螺纹21。螺纹牙22具有以梯形螺纹方式径向朝外汇聚的两个侧面23、24。侧面23、24的侧面角度基本上为30°，角分线位于垂直于螺栓轴线的平面中。侧面23面对螺栓20的插入端而侧面24背向插入端。与传统的标准化梯形螺纹不同的是，螺纹牙22具有径向最外界面25，其相对于螺栓20的中心轴线倾斜，以使得侧面23的径向延伸部小于侧面24的径向延伸部。界面25的倾斜具有一幅值，使得位于螺栓20的纵向中心平面内且接触界面25的线G与螺栓20的中心轴线以大约30°的角度相交。这种设计导致外螺纹21的外直径等于最外界面25的半径、即界面25与侧面24在其上相遇的边缘的半径的两倍。

螺母1和螺栓20彼此相适合，以使得螺母1的插入段10的内直径De大于外螺纹21的外直径Da。相反，环形凸起11的内直径足够地小于外螺纹21的外直径Da，可通过手(仅利用一定程度的力)将螺栓20的螺纹牙22的初始段挤压通过环形凸起11进入插入段10，并能到达环形凸起11和螺纹段7之间的区域中。借助界面25的倾斜，可方便地压入螺栓，因为环形凸起22与螺栓被压入时的界面25接触且能经由所述界面滑离。但是，如果使用者希望沿相反方向从螺栓20去除螺母1，陡的侧面24使得其锐缘与环形凸起11在该凸起的最外边缘上接触，以使得需要相当大的力来从螺栓20的端部去除螺母1。插入段10中的环形凸起11由此允许螺母1和螺栓20通过轴向插入连接而不需要旋拧过程。尽管这种插入连接的保持力显著小于螺旋连接的保持力，其对于要被所用螺母通过仅联接该螺母固定的预安装部件仍是足够的，甚至能把螺母在螺栓上保持就位以便高架安装(overheadmounting)。因此，安装部件的人员可通过把螺母联接到螺栓而预安装某一部件，然后如果需要的话他们的手可空出来布置该部件，再获取安装工具以把该预安装的螺母旋拧就位。

图4示出了处于交叠同心配置中的螺母1的内螺纹8和螺栓20的外螺纹21的轮廓，与把螺母1旋拧到螺栓20时的螺纹的接合位置对应但是没有示出螺纹牙22插入螺纹槽9时由螺纹牙导致的内螺纹的变形。螺母1的螺纹槽9具有侧面13、14，这些侧面径向朝外汇聚且彼此形成基本30°的侧面角度。在具有直径Di的假想同心圆柱的表面线上，侧面13、14的直轮廓以连续的方式过渡到圆形段15中，该圆形段形成螺纹槽9的螺纹基底。圆形段15的中心形成螺纹基底的顶部且确定内螺纹8的外直径Da。侧面13、14径向朝内终止在心直径Dk处。

螺纹槽9的侧面13、14具有与螺纹牙22的侧面23、24相同的斜度。侧面13、14之间的距离可与侧面23、24之间的距离相同，或根据公差而稍小侧面23、24之间的距离。图4示出了侧面之间的稍小的距离。这导致螺纹牙22在插入螺纹槽9时使得特别是侧面13的轻微压缩。于是存在用于内螺纹8的心直径Dk和外螺纹21的较小心直径dk之间被移位的材料的空间。被移位的材料还可被容纳在螺纹牙22的界面25和螺纹槽9的圆形段15之间，因为由于界面25的倾斜，螺纹牙22没有完全填充螺纹槽9；而在界面25和螺纹槽9的段15之间存在空闲中空空间17。

由侧面24和界面25形成的边缘26确定的螺纹牙22的外直径da具有大致与螺纹槽9的外直径Da相同的尺寸。所以，将螺母和螺栓旋拧在一起时，螺纹牙22拧入段15的靠近侧面14的区域；螺母1的由此被移位的材料也可被中空空间17容纳。

通过把螺母和螺栓旋拧在一起，通过螺纹牙22导致的螺纹槽9的变形产生摩擦力矩，借助该力矩，使螺母1和螺栓20之间的螺旋连接可靠地防止松脱。上述螺纹牙22和螺纹槽9的设计具有的优点是，在旋拧过程中螺母上的径向负载保持相对较小，因而可有效防止螺母损坏的危险。而且，通过改变螺纹槽的直径Di和外直径Da，可使得摩擦力矩适合想达到的要求。借助比对称螺纹陡峭程度大的陡度以及螺纹牙22的侧面24的相对较大的接触表面，可以获得大的扭紧力矩。

图5示出了上述螺旋连接的优选使用。图中，螺母1用于把部件30(例如底架)固定至支撑部分31，该支撑部分例如设置在车辆的车架上。为此，通过螺母的凸缘4可将螺母1预安装在部件30的槽沟32中。金属制造的螺栓20被焊接到支撑部分31上且从支撑部分31向下延伸。通常，在部件30上和支撑部分31上设置附加固定点，这些固定点以类似方式设有螺母1和螺栓20。

为了安装，首先以这样一种方式从下朝支撑部分31引导部件30且使部件30相对于支撑部分31取向，该方式是，在每个固定点处，螺栓20进入螺母1的定心段12中。通过继续使部件30更靠近支撑部分31运动，螺母1被相对于螺栓20定心，且部件30被进一步对齐。之后按压部件30使之在每个固定点处紧抵部件31，由此每个固定点处的螺栓20插入螺母1的插入段10，直至螺栓20的端部邻接螺母1的内螺纹8为止。在此过程中，螺纹牙22的初始段滑过环形凸起11，由此保持螺母1和部件31，使之紧紧地保持在螺栓20上。在由此获得的预安装位置中，可相对于支撑部分31再调整部件30的位置并可获取用于旋拧螺母的工具。可用手或借助于自动安装装置将螺母旋拧到螺栓上。后者是优选的，因为利用本发明的螺母所获得的扭紧力矩可显著大于在旋拧过程中产生的摩擦力矩。拧紧后，借助接合螺纹的设计获得的摩擦力矩可保证牢固的自锁，借助这种自锁，在操作条件下可防止螺母松脱。

Claims (16)

1.一种螺旋连接件，包括螺栓(20)和可旋拧在该螺栓上的螺母(1)，其中，

螺栓(20)设置有外螺纹(21)，该外螺纹包括梯形螺纹类型的螺纹牙(22)，该螺纹牙具有直轮廓且径向朝外汇聚的侧面(23，24)和位于所述侧面之间的径向最外界面(25)，

螺母(1)具有设置在其长度的至少一部分上的孔(6)，该孔具有由螺纹槽(9)形成的内螺纹(8)，螺纹槽(9)具有轮廓是直的且以梯形螺纹形式径向朝外汇聚的侧面段(13、14)，所述侧面段以连续的方式径向朝外过渡到形成螺纹槽(9)的螺纹基底的圆形段(15)中，

用于螺母(1)的至少在内螺纹(8)区域中的材料比用于螺栓(20)的至少在外螺纹(21)区域中的材料软，

螺栓(20)的外螺纹(21)和螺母(1)的内螺纹(8)具有相同的斜度和相同的侧面角度，

螺栓(20)的外螺纹的外直径(da)大于假想圆柱的直径(Di)，该假想圆柱的表面在螺母被拧于螺栓(20)上之前使螺母(1)的内螺纹(8)的侧面段(13，14)与形成螺纹槽(9)的螺纹基底的圆形段(15)分开，致使将螺母(1)旋拧在螺栓(20)上时，螺栓(20)的外螺纹(21)使螺母(1)的内螺纹(8)的螺纹基底的区域中的材料移位，螺栓(20)的螺纹牙(22)的径向最外界面(25)和螺母(1)的螺纹槽(9)的螺纹基底之间的中空空间(17)被保持空闲以容纳被移位的材料。

2.如权利要求1所述的螺旋连接件，其特征在于，所述螺栓的外螺纹的螺纹牙的径向最外界面是圆柱形表面的一部分，且外螺纹的外直径小于螺母的内螺纹的外直径。

3.如权利要求1所述的螺旋连接件，其特征在于，所述螺栓(20)的外螺纹(21)的螺纹牙(22)的径向最外界面(25)相对于螺栓(20)的中心轴线以一方式倾斜，该方式是，面向螺纹端的螺纹侧面(23)的外直径小于背向螺纹端的螺纹侧面(24)的外直径。

4.如先前权利要求所述的螺旋连接件，其特征在于，接触螺纹牙(22)的径向最外界面(25)的径向线与螺栓(20)的中心轴线以大约30度的角度相交。

5.如先前权利要求所述的螺旋连接件，其特征在于，假想圆柱的直径小于螺母(1)的内螺纹(8)的外直径，该假想圆柱的表面线与螺纹牙(22)的径向最外界面(25)在中央相交。

6.如前面权利要求中任一项所述的螺旋连接件，其特征在于，所述内螺纹(8)和外螺纹(21)的侧面角度为25至35度，特别为30度。

7.如权利要求2至6中任一项所述的螺旋连接件，其特征在于，所述螺母(1)的内螺纹(8)的外直径大致等于或小于螺栓(20)的外螺纹(21)的外直径。

8.如前面权利要求中任一项所述的螺旋连接件，其特征在于，将螺母(1)旋拧到螺栓(20)上之前，螺母(1)的内螺纹(8)具有初始心直径(Dk)，该心直径大于螺栓(20)的外螺纹(21)的心直径(dk)，致使可将被移位的材料的至少一部分容纳在栓接前存在于螺母(1)的初始心直径(Dk)和螺栓(20)的心直径(dk)之间的区域中。

9.如前面权利要求中任一项所述的螺旋连接件，其特征在于，所述螺栓(20)由金属制造，螺母(1)由塑料制造。

10.一种由塑料制造的螺母，用于如前面权利要求中任一项所述的螺旋连接件，其特征在于，在螺母长度的至少一部分上设置孔(6)，该孔具有由螺纹槽(9)形成的内螺纹(8)，螺纹槽(9)具有螺纹轮廓，该轮廓具有径向朝外汇聚的直侧面段(13，14)，该侧面段以连续方式径向朝外地过渡到形成螺纹槽的螺纹基底的圆形段(15)中。

11.如权利要求10所述的螺母，其特征在于，所述侧面段(13，14)的侧面角度为25至35度，特别是30度。

12.如权利要求10或11所述的螺母，其特征在于，所述孔(6)包括螺纹端，该螺纹端具有插入段(10)，该插入段的内直径的尺寸被设置为使得螺母(1)及其插入段(10)可被轴向地布置在螺栓上，该螺栓具有与螺母(1)的内螺纹(8)相关联的外螺纹(21)；在插入段(10)中设有锁定突起，该锁定突起的形状和尺寸被设置为使得螺母(1)可通过螺栓(20)的外螺纹(21)上的锁定联接而被保持在位。

13.如权利要求12所述的螺母，其特征在于，所述锁定突起是具有中心平面的环形凸起(11)，该中心平面相对于所述孔的轴线为径向。

14.如权利要求12或13所述的螺母，其特征在于，锥形地向外扩张的定心段(12)在外部挨着插入段(10)。

15.如权利要求10至14中任一项所述的螺母，其特征在于，形成在该螺母外圆周上的工具接合区域(3)与内螺纹(8)共轴线。

16.如权利要求10至15中任一项所述的螺母，其特征在于，在螺纹端上设有碟形凸缘(4)。

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