CN201535303U - 一种在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体 - Google Patents

Abstract

一种在螺栓螺母间存在螺距差的螺栓结合体，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、螺栓圆柱部和螺纹部，螺纹部由不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成，螺母的螺距P_n略大于螺栓的螺距P_b，并且满足关系式2×10^-3≤(P_n-P_b)/P_b≤2×10^-2。本实用新型中通过在湿度范围内调整螺栓和螺母的螺距差，防松效果明显，在连接状态下施加反复变动应力也不会造成松动和疲劳损坏，能确实维持连接状态，具备极好的抗驰缓性及耐疲劳性，可适用于反复应力作用的场所，在产业上具有极高的可用性。

Description

一种在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体

技术领域

本实用新型涉及一种在螺栓螺母间存在螺距差的螺栓结合体，由在各种机械、构造物、器具等部件之间起连接作用的螺栓和螺母组合形成，特别是用于可动的、承受外部振动的部件连接处不易松动、疲劳断裂等现象。

背景技术

螺栓普遍使用的三角螺纹，螺纹面的摩擦力大，可达到强力紧固；另一方面，还具有一个特点：即便是一度紧固的螺栓，一简单的工具也可容易的使其松动、分解。但是，即使是强力紧固的螺栓，在长期紧固使用过程中，外力的大小不断变化，并施加在螺栓上，此时，螺栓和螺母在松动方向上旋转，产生松动，一旦松动，如不重新修理该部分，其后反复外力会将过大的应力施加于螺栓上，结果导致螺栓断裂，另外，螺栓和螺母的组合，一方面螺栓根部在使用期间产生张力，一方面螺母会产生压缩力，在螺栓发生疲劳断裂的时候，螺母的端面由于张力的作用损坏。

实用新型内容

为了解决以上存在的问题，本实用新型提供一种在螺栓螺母间存在螺距差的螺栓结合体。

本实用新型的技术方案是这样的：该螺栓结合体包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓头部、螺栓圆柱部和螺纹部，螺纹部由不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成，螺母的螺距P_n略大于螺栓的螺距P_b，并且满足关系式2×10^-3≤(P_n-P_b)/P_b≤2×10^-2。

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，在此位置可避免产生应力集中，能够保持锥台形螺纹牙除去部所带来的改善疲劳强度的效果。

所述的螺栓材料硬度H_b和粗螺纹螺母的材料硬度H_n的关系为H_n＝(0.4～0.9)H_b。

增大螺栓的螺栓头部和螺栓圆柱部的过渡部分圆弧面半径R。

增大螺栓的圆柱部和螺栓头部连接处的圆弧面半径R是在圆柱部直径相同的情况下，螺栓的螺栓头部和螺栓圆柱部的过渡部分的圆弧面半径R是工业规格ISO中规定的圆弧半径的1.5～3倍。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在湿度范围内调整螺栓和螺母的螺距差，防松效果明显，在连接状态下施加反复变动应力也不会造成松动和疲劳损坏，能确实维持连接状态，具备极好的抗驰缓性及耐疲劳性，可适用于反复应力作用的场所，在产业上具有极高的可用性。

附图说明

图1为本实用新型的螺栓结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图中：图中：1螺栓头部，2螺栓圆柱部，3不完全螺纹部，4螺纹部，5螺纹牙除去部。

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的螺栓，螺栓包括螺栓头部1、螺栓圆柱部2和螺纹部4，螺纹部4由部完全螺纹部3、螺纹除去部5和完全螺纹部组成，螺栓的螺距P_b为2mm，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5，螺纹牙除去部5各牙顶的连线与螺栓轴线的角度为7％±1％，螺杆越长夹角越小；由锥台形螺纹牙除去部5的最小径处向螺栓圆柱部2缓慢呈圆弧状扩径而形部完全螺纹部3；螺栓结合体螺母的螺距P_n为2.007mm，由于螺栓和螺母的螺距不同，两者合为一体旋转时，部容易发生松动，在螺合状态下，螺母的螺纹对螺栓的螺纹产生压缩力和螺栓、螺母间的适度摩擦力，可以使螺栓不容易损坏，在松动方向也赋予很大阻力，即便从外部施加变动应力，也可保持良好的防松动性能，也确实能抑制长期使用后由外力引发的松动，防止因松动造成的事故，具有很高的可靠性和支持性。

螺母与螺栓螺合时，螺栓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5的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，使锥台形螺纹牙除去部5的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。

螺栓选用材料SCNM630，硬度H_b为300，螺母材料为S20C，粗螺纹螺母的硬度H_n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，并对螺栓圆柱部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，产生了压缩残余应力，硬度硬化，增大了疲劳强度，另外还提高了螺栓的使用寿命。

把这些螺栓和螺母连接在夹具上，使用转矩扳手，设想为在实际环境中，用紧固扳手紧固15Nm后，进行疲劳实验，并评价螺栓链接替的耐疲劳强度和抗弛缓性。疲劳实验的机械为EHF10，实验的平均应力为230MPa，反复速度为10Hz，螺栓的疲劳极限定义为2×10⁶次反复时间强度。

实验的结果，螺栓的疲劳极限强度为110MPa，比一般的螺栓疲劳极限强度值(100MPa)高很多；许多机械加工的放松螺栓的疲劳强度值为50MPa，而本实用新型的螺栓显示了更好的疲劳极限。另外，在实验中经受反复施加的变动应力而没有松动的螺栓，表明了其具备良好的抗弛缓性。

Claims (5)

1.一种在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体，该螺栓结合体包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓头部、螺栓圆柱部和螺纹部，螺纹部由不完全螺纹部、螺纹牙除去部和完全螺纹部组成，其特征在于螺母的螺距P_n略大于螺栓的螺距P_b，并且满足关系式2×10^-3≤(P_n-P_b)/P_b≤2×10^-2。

2.根据权利要求1所述的在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体，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所述的在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体，其特征在于所述的螺栓的材料硬度H_b和粗螺纹螺母的材料硬度H_n的关系为H_n＝(0.4～0.9)H_b。

4.根据权利要求1所述的在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体，其特征在于所述的增大螺栓的螺栓头部和螺栓圆柱部的过渡部分圆弧面半径R。

5.根据权利要求4所述的在螺栓和螺母间存在螺距差的螺栓结合体，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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