CN105443542A - 锥形外螺纹与螺纹孔连接结构 - Google Patents

锥形外螺纹与螺纹孔连接结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锥形外螺纹与螺纹孔连接结构。它解决了现有螺纹连接结构副自锁能力差等技术问题。包括外螺纹与内螺纹，外螺纹包括外侧螺旋面和端螺旋面，外侧螺旋面的形状与以重合于柱状本体中轴线的直角梯形直角边为回转中心周向匀速回转且该直角梯形同时沿柱状本体中轴线匀速轴向移动而形成的回旋体的螺旋外侧面形状相同，端螺旋面的形状与回旋体轴向移动方向一致一端的螺旋端面的形状相同，内螺纹的牙顶与外侧螺旋面和/或端螺旋面相接触。优点在于：通过内外圆锥定径直至过盈配合来实现紧固和连接功能，锁紧力大，承力值大，防松性能良好，机械密封效果好，能防止连接时出现松脱现象，具有自锁功能。

Description

锥形外螺纹与螺纹孔连接结构
技术领域
本发明属于紧固件设备技术领域，尤其是涉及一种锥形外螺纹与螺纹孔连接结构。
背景技术
在圆柱或圆锥母体表面上，沿着螺旋线形成的具有规定截面形状的连续凸起称为螺纹，螺纹是最早实现标准化的机械结构要素，在各行各业中应用广泛。螺纹的种类和形式较多，在圆柱表面形成的螺纹称为圆柱螺纹，在圆锥表面形成的螺纹称为圆锥螺纹，在圆柱或圆锥台体等端面表面形成的螺纹称为平面螺纹；在母体外圆表面形成的螺纹称为外螺纹，在母体内圆孔表面形成的螺纹称为内螺纹，在母体端面表面形成的螺纹称为端面螺纹；旋向与螺纹升角方向符合左手定则的螺纹称为左旋螺纹，旋向与螺纹升角方向符合右手定则的螺纹称为右旋螺纹；在母体同一截面内只有一条螺旋线的螺纹称为单线螺纹，有两条螺旋线的螺纹称为双线螺纹，有多条螺旋线的螺纹称为多线螺纹；截面形状为三角形的螺纹称为三角形螺纹，截面形状为梯形的螺纹称为梯形螺纹，截面形状为矩形的螺纹称为矩形螺纹，截面形状为锯齿形的螺纹称为锯齿形螺纹；用于结构紧固连接的螺纹称为紧固连接螺纹，主要用于机构传动、也可用于紧固连接的螺纹称为传动连接螺纹，用于管道连接的螺纹称为管螺纹。
紧固件螺纹属于紧固连接螺纹，一般是圆柱螺纹，截面形状为三角形；通常采用右旋螺纹，有特殊要求时才采用左旋螺纹；一般采用单线螺纹，有快速装拆要求时才采用双线螺纹或多线螺纹。紧固件螺纹由内、外螺纹紧固件组成螺纹副使用，其配合性质取决于连接系统的要求。紧固件对螺纹的基本要求是承力和自锁而非传动。螺纹自锁的基本条件是：当量摩擦角不得小于螺旋升角。而当量摩擦角的大小与牙型角有关，牙型角越大，当量摩擦角越大，越有利于螺纹自锁。这就是紧固件螺纹的牙型角多选用60°的基本原因。近年来出现的楔形螺纹，又称“施必牢螺母”，是对米制螺纹和英制螺纹这两类基本紧固件螺纹类型的改进，目的是提高紧固件螺纹的自锁性能。米制螺纹包括普通螺纹(M螺纹)、米制航空航天螺纹(MJ螺纹)、米制小螺纹(S螺纹)和俄制螺纹(MR螺纹)等；英制螺纹包括英制统一螺纹(UN螺纹)、英制航空航天螺纹(UNJ螺纹)及英制惠氏螺纹等，除英制惠氏螺纹采用55°牙型角外，其他螺纹都采用60°牙型角。
螺纹紧固件的松脱问题的关键在于螺纹的结构形状。为此，美国工程师在研究了紧固件螺纹的形状及受力情况后，重新设计螺纹的几何形状，于本世纪70年代末发明了这种现在被称为“施必牢”的螺纹技术。它的结构是，在阴螺纹(内三角形螺纹，即螺母螺纹)的牙底处有一个30°的楔形斜面，当螺栓与螺母相互拧紧时，标准螺栓的外螺纹牙尖就紧紧地顶在内螺纹的楔形斜面上，产生螺纹干扰锁紧从而增加锁紧力。这种锁紧力的增加，也是由于牙型的角度改变，使施加在螺纹间接触所产生的法向力，与螺栓轴成60°角，而不是普通螺纹那样的30°角。显然施必牢螺纹法向力，要远远大于扣紧压力，因此，所产生的防松摩擦力大大增加。一直以来，人们都是从螺纹牙型角这个技术层面和这样一个技术方向去研究和解决螺纹紧固件松脱问题，楔形螺纹技术也不例外，而且楔形螺纹只是三角形螺纹的三角形牙型的局部变形，不能组成楔形螺纹螺纹副使用，楔形螺纹只能用于螺母螺纹与三角形螺纹的外螺纹组成螺纹副使用，且锁紧力也是基于螺纹牙型角之大小，与常规螺纹技术承力和自锁技术原理一样。现有现有的螺纹紧固件的螺栓或螺母存在着容易松动的缺陷，随着设备频繁的震动连接件的间隙增大，引起螺栓与螺母松动，甚至脱落，这样对于一些机械连接时易发生连接体相互脱离现象，严重的容易发生安全事故。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种自锁螺旋线螺纹紧固件[申请号：200520045825.1]，包括相互螺纹连接的螺栓和螺母,所述螺母内设有阴螺纹,其特征在于,所述阴螺纹的牙底处设有楔型斜面,所述螺栓阳螺纹的牙尖抵靠在楔型斜面上。楔型斜面与螺母中心线呈30度角。本实用新型通过在阴螺纹的牙底处设有的楔形斜面。
上述方案在一定程度上改进了现有紧固件连接时易松动的问题，但是，该方案依然存在连接强度低，自锁性能差，承力值小的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理、结构简单，具有良好的连接性能、锁紧性能的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，包括相互螺纹配合的外螺纹与内螺纹，所述的外螺纹设置在柱状本体上，所述的内螺纹设置在连接孔内，其特征在于，所述的外螺纹包括外侧螺旋面和端螺旋面，所述的外侧螺旋面的形状与以重合于柱状本体中轴线的直角梯形直角边为回转中心周向匀速回转且该直角梯形同时沿柱状本体中轴线匀速轴向移动而形成的回旋体的螺旋外侧面形状相同，所述的端螺旋面的形状与上述回旋体轴向移动方向一致一端的螺旋端面的形状相同，所述的内螺纹的牙顶与外侧螺旋面和/或端螺旋面相接触。本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构在使用时内螺纹的牙顶与外侧螺旋面和/或端螺旋面相接触相互配合，其连接性能、锁紧性能、防松性能、承载性能和密封性能等技术性能是通过内螺纹的牙顶与外侧螺旋面和/或端螺旋面相接触定径直至过盈实现的，即内螺纹的牙顶与外侧螺旋面和/或端螺旋面相接触在螺旋线的引导下内外径定心直至内螺纹的牙顶与外侧螺旋面和/或端螺旋面相接触过盈接触，从而实现机械紧固机构的连接性能、锁紧性能、防松性能、承载性能和密封性能等技术性能。因此，本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构机械紧固机构承力能力大小、自锁之锁紧力大小、防松能力大小、密封性能好坏等技术性能与螺旋线导向角之大小无关，与外侧螺旋面的锥角大小有关，换言之，即该连接结构锁紧性能、防松性能、承载性能以及密封性能等技术性能，主要取决于外侧螺旋面的锥角，也与柱状本体的材料材质摩擦系数有关。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的内螺纹的牙顶与所述外侧螺旋面过盈配合和/或所述的内螺纹的牙顶与所述端螺旋面过盈配合。优选地，这里的内螺纹的牙顶与外侧螺旋面过盈配合从而实现本连接结构的紧固状态。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的柱状本体的一端为旋入所述连接孔的旋入端，所述的端螺旋面中每一螺旋的小径端分别朝向柱状本体的旋入端。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的柱状本体的一端为旋入所述连接孔的旋入端，所述的端螺旋面中每一螺旋的大径端分别朝向柱状本体的旋入端。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的外侧螺旋面和端螺旋面均为连续螺旋面或非连续螺旋面；所述的内螺纹为连续螺旋面或非连续螺旋面。优选地，这里的外侧螺旋面、端螺旋面与内螺纹均为连续螺旋面，这样能提高本连接结构的牢固性。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的内螺纹包括三角形螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、圆弧螺纹中的任意一种。当然，内螺纹结构并不局限于上述几种，其他适用于本连接结构的内螺纹亦可以采用。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的直角梯形匀速回转一周时所述的直角梯形轴向移动的距离为直角梯形的直角边长度的至少一倍。该结构保证了外侧螺旋面具有足够长度，从而保证外侧螺旋面与内螺纹配合时具有足够强度。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的直角梯形匀速回转一周时所述的直角梯形轴向移动的距离等于直角梯形的直角边长度。该结构保证了外侧螺旋面具有足够长度，从而保证外侧螺旋面与内螺纹配合时具有足够强度。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，同一螺旋的外侧螺旋面和端螺旋面的结合处之间采用过渡导面相连。该过渡导面使得外侧螺旋面和端螺旋面便于加工，且相邻两个外侧螺旋面之间形成呈螺旋状分布的外螺纹线，这里的外螺纹线的最高点与最低点的垂直距离，即外螺旋线最高点与最低点形成的斜面与螺纹轴线之间形成的夹角，即外螺旋线导向角的高度，要远远小于目前所有螺纹技术牙型角的高度，螺纹结构更加紧凑，强度更高，螺纹承力值大，具备良好的机械密封性能，锥形外螺纹加工物理空间更宽敞。
在上述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构中，所述的柱状本体的一端设有尺寸大于柱状本体外径的头部，所述的连接孔为设于螺母上的螺纹孔。即这里的柱状本体与头部连接为螺栓，连接孔设置在螺母内。
与现有的技术相比，本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构的优点在于：设计合理，结构简单，通过内外圆锥定径直至过盈配合来实现紧固和连接功能，操作方便，锁紧力大，承力值大，防松性能良好，机械密封效果好，稳定性好，能防止连接时出现松脱现象，具有自锁功能。
附图说明
图1是本发明提供的实施例一的结构示意图。
图2是本发明提供的实施例一的结构爆炸图。
图3是本发明提供的实施例二的结构示意图。
图4是本发明提供的实施例二的结构爆炸图。
图中，柱状本体1、连接孔2、外侧螺旋面11、端螺旋面12、过渡导面13、头部14、螺母3、外螺纹线4、外螺纹5、内螺纹6、牙顶61、锥角α、外螺旋线导向角β。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图1-2所示，本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，包括相互螺纹配合的外螺纹5与内螺纹6，外螺纹5设置在柱状本体1上，内螺纹6设置在连接孔2内，可以在柱状本体1的一端设有尺寸大于柱状本体1外径的头部14，紧接着，这里的连接孔2为设于螺母3上的螺纹孔，即这里的柱状本体1与头部14连接为螺栓，连接孔2设置在螺母内，其中，外螺纹5包括外侧螺旋面11和端螺旋面12，外侧螺旋面11的形状与以重合于柱状本体1中轴线的直角梯形直角边为回转中心周向匀速回转且该直角梯形同时沿柱状本体1中轴线匀速轴向移动而形成的回旋体的螺旋外侧面形状相同，端螺旋面12的形状与上述回旋体轴向移动方向一致一端的螺旋端面的形状相同，内螺纹6的牙顶61与外侧螺旋面11和/或端螺旋面12相接触，本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构在使用时内螺纹6的牙顶61与外侧螺旋面11和/或端螺旋面12相接触相互配合，其连接性能、锁紧性能、防松性能、承载性能和密封性能等技术性能是通过内螺纹6的牙顶61与外侧螺旋面11和/或端螺旋面12相接触定径直至过盈实现的，即内螺纹6的牙顶61与外侧螺旋面11和/或端螺旋面12相接触在螺旋线的引导下内外径定心直至内螺纹6的牙顶61与外侧螺旋面11和/或端螺旋面12相接触过盈接触，从而实现机械紧固机构的连接性能、锁紧性能、防松性能、承载性能和密封性能等技术性能。因此，本锥形外螺纹与螺纹孔连接结构机械紧固机构承力能力大小、自锁之锁紧力大小、防松能力大小、密封性能好坏等技术性能与螺旋线导向角之大小无关，与外侧螺旋面11的锥角α大小有关，换言之，即该连接结构锁紧性能、防松性能、承载性能以及密封性能等技术性能，主要取决于外侧螺旋面11的锥角α，也与柱状本体1的材料材质摩擦系数有关。
具体地，本实施例中，在使用时可以将柱状本体1的一端作为旋入所述连接孔2的旋入端，端螺旋面12中每一螺旋的小径端分别朝向柱状本体1的旋入端，紧接着，当内螺纹6的牙顶61与所述外侧螺旋面11过盈配合和/或内螺纹6的牙顶61与所述端螺旋面12过盈配合，优选地，这里的内螺纹6的牙顶61与外侧螺旋面11过盈配合从而实现本连接结构的紧固状态。其中，这里的外侧螺旋面11和端螺旋面12均为连续螺旋面或非连续螺旋面；内螺纹6为连续螺旋面或非连续螺旋面。优选地，这里的外侧螺旋面11、端螺旋面12与内螺纹6均为连续螺旋面，这样能提高本连接结构的牢固性。至于，内螺纹6的结构可以采用三角形螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、圆弧螺纹中的任意一种，当然，内螺纹6的结构并不局限于上述几种，其他适用于本连接结构的内螺纹6亦可以采用。
进一步地，本实施例中的直角梯形匀速回转一周时直角梯形轴向移动的距离为直角梯形的直角边长度的至少一倍；或者，这里的直角梯形匀速回转一周时直角梯形轴向移动的距离等于直角梯形的直角边长度，这样保证了外侧螺旋面11具有足够长度，从而保证外侧螺旋面11与内螺纹6配合时具有足够强度。其中，同一螺旋的外侧螺旋面11和端螺旋面12的结合处之间采用过渡导面13相连，该过渡导面13使得外侧螺旋面11和端螺旋面12便于加工，且相邻两个外侧螺旋面11之间形成呈螺旋状分布的外螺纹线4，这里的外螺纹线4的最高点与最低点的垂直距离，即外螺旋线4最高点与最低点形成的斜面与螺纹轴线之间形成的夹角，即外螺旋线导向角β的高度，要远远小于目前所有螺纹技术牙型角的高度，螺纹结构更加紧凑，强度更高，螺纹承力值大，具备良好的机械密封性能，锥形外螺纹加工物理空间更宽敞。
实施例二
如图3-4所示，本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一类似，不同的地方在于，本实施例中的柱状本体1的一端为旋入所述连接孔2的旋入端，端螺旋面12中每一螺旋的大径端分别朝向柱状本体1的旋入端。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了柱状本体1、连接孔2、外侧螺旋面11、端螺旋面12、过渡导面13、头部14、螺母3、外螺纹线4、外螺纹5、内螺纹6、牙顶61、锥角α、外螺旋线导向角β等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，包括相互螺纹配合的外螺纹(5)与内螺纹(6)，所述的外螺纹(5)设置在柱状本体(1)上，所述的内螺纹(6)设置在连接孔(2)内，其特征在于，所述的外螺纹(5)包括外侧螺旋面(11)和端螺旋面(12)，所述的外侧螺旋面(11)的形状与以重合于柱状本体(1)中轴线的直角梯形直角边为回转中心周向匀速回转且该直角梯形同时沿柱状本体(1)中轴线匀速轴向移动而形成的回旋体的螺旋外侧面形状相同，所述的端螺旋面(12)的形状与上述回旋体轴向移动方向一致一端的螺旋端面的形状相同，所述的内螺纹(6)的牙顶(61)与外侧螺旋面(11)和/或端螺旋面(12)相接触。
2.根据权利要求1所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的内螺纹(6)的牙顶(61)与所述外侧螺旋面(11)过盈配合和/或所述的内螺纹(6)的牙顶(61)与所述端螺旋面(12)过盈配合。
3.根据权利要求1或2所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的柱状本体(1)的一端为旋入所述连接孔(2)的旋入端，所述的端螺旋面(12)中每一螺旋的小径端分别朝向柱状本体(1)的旋入端。
4.根据权利要求1或2所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的柱状本体(1)的一端为旋入所述连接孔(2)的旋入端，所述的端螺旋面(12)中每一螺旋的大径端分别朝向柱状本体(1)的旋入端。
5.根据权利要求1或2所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的外侧螺旋面(11)和端螺旋面(12)均为连续螺旋面或非连续螺旋面；所述的内螺纹(6)为连续螺旋面或非连续螺旋面。
6.根据权利要求1或2所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的内螺纹(6)包括三角形螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、圆弧螺纹中的任意一种。
7.根据权利要求1或2所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的直角梯形匀速回转一周时所述的直角梯形轴向移动的距离为直角梯形的直角边长度的至少一倍。
8.根据权利要求7所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的直角梯形匀速回转一周时所述的直角梯形轴向移动的距离等于直角梯形的直角边长度。
9.根据权利要求7所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，同一螺旋的外侧螺旋面(11)和端螺旋面(12)的结合处之间采用过渡导面(13)相连。
10.根据权利要求1或2所述的锥形外螺纹与螺纹孔连接结构，其特征在于，所述的柱状本体(1)的一端设有尺寸大于柱状本体(1)外径的头部(14)，所述的连接孔(2)为设于螺母(3)上的螺纹孔。
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