CN210686590U - 一种螺纹紧固件及螺纹连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及紧固件设备技术领域，尤其涉及一种螺纹紧固件及螺纹连接结构，通过调整螺纹紧固件的螺纹尺寸，使得螺纹紧固件的各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿轴向依次递减，从而改变了螺纹紧固件的螺纹刚度，协调了各扣螺牙提供抗力，进而克服了目前仅前面1至3扣螺牙主要受力，特别是第一扣受力最大的现象，从而改善了螺纹连接结构中各螺纹紧固件的应力状态，具有很强的实用性。

Description

一种螺纹紧固件及螺纹连接结构

技术领域

本实用新型涉及紧固件设备技术领域，尤其涉及一种螺纹紧固件及螺纹连接结构。

背景技术

目前螺纹连接在机构连接中运用普遍。在中国有国家标准GB/T 196，国际上的ISO724等均做出了规定。给出了普通三角形螺纹、梯形螺纹等螺纹型式的具体尺寸要求。目前常规螺纹(标准规定的螺纹) 广泛用于建筑、机构等领域的连接。

在紧固件领域，螺栓、螺柱以及螺母组成的螺纹连接副使用最为广泛。广泛运用于机械构件、建筑构件之间的连接。现有的螺纹结构的螺距均为等螺距，并且螺纹的尺寸和大小在螺纹段完全一样，具体的规定可以参见GB/T196或国际标准ISO724的规定。在螺栓或锚栓上的形式尺寸见图1。在螺母上的形式及尺寸见图2。其使用时，安装完后的图示如图3所示。

螺纹连接结构广泛地运用于机械、建筑等领域。如钢制水管的连接、螺纹与螺母连接副、甚至连塑料制品也在采用螺纹进行连接，如圆珠笔笔杆的连接等，一些罐子的盖子等。螺纹连接运用十分广泛。目前现有的螺栓(或锚栓)螺距P以及螺纹尺寸(螺牙厚度E等)完全相同(见图1、图4)。因此每一扣螺牙的刚度相等。螺母螺纹螺距 P以及螺纹尺寸(厚度e等)完全相同(见图2、图5)，因此每一扣螺母螺牙的螺纹刚度也相等。螺母与螺栓(螺栓连接副)是通过螺纹传力，通过螺纹对力的传递实现螺纹螺母在螺栓上的紧固，实现对连接结构施加预紧力。在螺纹传力过程中，力首先传递至第一扣螺牙，然后再传递至第二扣螺牙，再逐步往后面的螺纹传递。由于各螺牙的尺寸均相同，因此各扣螺牙的刚度均相同，通过计算发现：1、对于各扣螺牙尺寸相同的螺纹结构，第一扣传递的荷载最大，第一扣螺牙的根部应力集中最为严重；2、对于各扣螺牙尺寸相同的螺纹结构，第二扣传递的荷载比第一扣小，后续螺牙传递的荷载逐级减小，螺牙底部应力集中现象逐级减弱，荷载主要集中在前三扣传完；3、在一定数量的螺牙传递荷载后，后面的螺牙本不再传递荷载，不再传递荷载的螺纹为多余无效螺纹。

目前传统的螺纹结构(螺栓与螺母、锚栓与螺母)的缺点：1.应力主要集中在前三扣；2.很多螺栓失效均发生在第一扣，原因为第一扣传递荷载最大，应力集中最明显；3.由于应力在第一扣集中过于明显，因此疲劳失效通常发生在第一扣部位。为了改善螺纹的应力分布，目前通用的螺纹有三角形螺纹(牙顶与牙底为三角形)、梯形螺纹(牙顶与牙底为梯形)、圆弧形螺纹(螺纹牙顶与牙底为圆弧形)。圆弧形螺纹虽然应力集中较三角形螺纹、梯形螺纹有所改善，但仍然存大前述缺点：1.应力集中在前三扣；2.第一扣螺牙牙底应力最大，应力集中最严重；3.破坏通常发生在第一扣螺牙部位；4.由于应力在第一扣过分集中，因此疲劳破坏通常发生在第一扣牙底部位，这是本领域技术人员所不期望见到的。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型公开了一种螺纹紧固件，其中，所述螺纹紧固件形成有三个以上沿轴向依次排列的螺牙，各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿所述轴向依次递减。

上述的螺纹紧固件，其中，相邻所述螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm。

上述的螺纹紧固件，其中所述螺纹紧固件中螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

上述的螺纹紧固件，其中所述螺纹紧固件为螺母、螺栓、螺柱或锚栓。

本实用新型还公开一种螺纹连接结构，其中，包括：

第一螺纹紧固件，具有内螺纹；

第二螺纹紧固件，具有适配所述内螺纹的外螺纹；

所述第一螺纹紧固件与所述第二螺纹紧固件装配状态下所述外螺纹与所述内螺纹互相啮合；

其中，所述内螺纹形成有三个以上沿轴向依次排列的第一螺牙，各第一螺牙间的螺距相等且各第一螺牙的牙厚沿所述轴向正向依次递减；

和/或，所述外螺纹形成有三个以上沿所述内螺纹轴向依次排列的第二螺牙，各第二螺牙间的螺距相等且各第二螺牙的牙厚沿所述内螺纹轴向正向依次递减；

所述各第二螺牙间的螺距等于各第一螺牙间的螺距。

上述的螺纹连接结构，其中，所述第一螺纹紧固件的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚；

和/或，第二螺纹紧固件的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚。

上述的螺纹连接结构，其中，相邻所述第一螺牙的牙厚相差0.2～ 0.5mm；

和/或，相邻所述第二螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm。

上述的螺纹连接结构，其中，所述第一螺纹紧固件中，所述第一螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm；

和/或，所述第二螺纹紧固件中，所述第二螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

上述的螺纹连接结构，其中，所述第一螺牙和所述第二螺牙的咬合侧紧密连接，非咬合侧具有间隙。

上述的螺纹连接结构，其中，所述第一螺纹紧固件为螺母，所述第二螺纹紧固件为螺栓、螺柱或锚栓。

上述实用新型具有如下优点或者有益效果：

一、本实用新型中对螺纹进行了刚度调整，使得前面的螺纹螺牙薄,后面的螺纹螺牙厚。因此前面螺纹刚度小，后面螺纹刚度大，从而可以按自己的设想调整螺纹的应力，使不同螺纹的应力水平大致相当，从而发挥出螺纹的潜力。

二、由于传力不再是集中在某几扣，从而增加了传力长度，减弱了连接件上的最大应力，从而提高了连接构件的安全性，增大了安全系数。

三、由于受力更合理，同时削弱了最大应力水平，从而可以对连接构件进行优化，从而可以节省连接构件的材料，具有更强的经济性。

四、由于应力水平不过度集中在前几扣，因此其应力被分散。螺纹的几何缺陷部位应力集中得到改善，使得几何缺陷与应力集中对疲劳性能的影响得到降低，从而能够提高连接构件的疲劳抗力。

五、由于各扣螺牙传递荷载均相当，而不是像传统螺纹一样仅主要集中在前三扣，因此传递荷载的螺纹长度更长，更有利于螺母与螺栓(或锚栓)的防松效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型背景技术中螺栓或锚栓的螺纹示意图；

图2为本实用新型背景技术中螺母的螺纹示意图；

图3为本实用新型背景技术中螺母装配后的示意图；

图4为本实用新型背景技术的等螺牙厚度的螺栓的结构示意图；

图5为本实用新型背景技术的等螺牙厚度的螺母的结构示意图；

图6为本实用新型实施例一中螺母的结构示意图；

图7为本实用新型实施例一中螺栓的结构示意图；

图8为本实用新型实施例二中螺纹连接结构的示意图；

图9为本实用新型实施例三中螺纹连接结构的示意图；

图10为本实用新型实施例四中螺纹连接结构的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的原理为：通过改变螺纹各扣螺牙牙厚的方式，调整螺纹的刚度，进而调整各扣螺牙传递荷载的大小的效果，从而使各扣螺牙的应力相当，而不是集中在前面几扣螺牙处。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型进行进一步的说明，但是不作为本实用新型的限定。

实施例一

本实施例涉及一种螺纹紧固件，具体的该螺纹紧固件形成有三个以上沿轴向依次排列的螺牙，各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿轴向依次递减。

优选的，上述螺纹紧固件中螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为 2～5mm(例如2mm、2.5mm、3mm或者5mm等)；上述相邻螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm(例如0.2mm、0.25mm、0.3mm或者0.5mm 等)。

优选的，上述螺纹紧固件为螺母、螺栓、螺柱或锚栓等。

具体的，如图6所示，当螺纹紧固件为螺母时，本实施例中的螺纹紧固件为螺母，该螺母形成有多个沿轴向依次排列的螺牙，各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿轴向依次递减，设置螺母装配时最先接触外螺纹的一端为前端，并设置e_i为从螺母的前端开始的第i扣螺牙的牙厚(其中i为正整数)，则该螺母各螺牙的牙底宽度满足下列条件：e_i-1<e_i<e_i+1；其中，e_i-1为从螺母前端开始第i-1个螺牙的牙厚， e_i为从螺母前端第i个螺牙的的牙厚，e_i+1为从螺母前端开始第i+1个螺牙的牙厚；由于图6中示出的螺母共有4个螺牙，则e₁<e₂<e₃<e₄，由于螺母的第一扣的螺牙厚度最小，第4扣的螺牙厚度最大，则该螺母第一扣的螺牙刚度最小，第4扣的螺牙刚度最大，因此当第一扣在装配时受到荷载后，会比较容易变形，使得第一扣传递的荷载不明显集中，从而使得各扣螺牙应力相当，而不是集中在前面几扣螺牙中，尤其不是集中在第一扣螺牙的位置，增加了传力长度，减弱了连接件上的最大应力，从而提高了螺母的安全性，增大了安全系数。

如图7所示，当螺纹紧固件为螺栓时，该螺栓形成有多个沿轴向依次排列的螺牙，各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿轴向依次递减，设置螺栓装配时最先接触内螺纹的一端为后端，该螺栓与该后端相对的另一端为前端，并设置e_i为从螺栓的前端开始的第i扣螺牙的牙厚(其中i为正整数)，则该螺栓各螺牙的牙底宽度满足下列条件： e_i-1<e_i<e_i+1；其中，e_i-1为从螺栓前端开始第i-1个螺牙的牙厚，e_i为从螺栓前端第i个螺牙的的牙厚，e_i+1为从螺栓前端开始第i+1个螺牙的牙厚，i为正整数；即e₁<e₂<e₃<e₄…＜e_i-1<e_i<e_i+1，由于螺栓的第一扣的螺牙的牙厚最小，且从第一扣开始依次增大，则该螺栓第一扣的螺牙刚度最小，因此当第一扣在装配时受到荷载后，会比较容易变形，使得第一扣传递的荷载不明显集中，从而使得各扣螺牙应力相当，而不是集中在前面几扣螺牙中，尤其不是集中在第一扣螺牙的位置，增加了传力长度，减弱了连接件上的最大应力，从而提高了螺栓的安全性，增大了安全系数，当然在本实用新型的其他实施例中，该螺纹紧固件还可以为螺柱、锚栓等，在此便不予以赘述。

实施例二

本实施例公开一种螺纹连接结构，具体的，该螺纹连接结构包括：第一螺纹紧固件，具有内螺纹；第二螺纹紧固件，具有适配该内螺纹的外螺纹；该第一螺纹紧固件与第二螺纹紧固件装配状态下外螺纹与内螺纹互相啮合；其中，该内螺纹形成有三个以上沿轴向依次排列的第一螺牙，各第一螺牙间的螺距相等且各第一螺牙的牙厚沿轴向正向依次递减。

其中，上述第一螺牙和外螺纹的螺牙的咬合侧紧密连接，非咬合侧具有间隙。

优选的，相邻第一螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm；且该第一螺纹紧固件中，第一螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

具体的，如图8所示，该第一螺纹紧固件为螺母，该第二螺纹紧固件为螺栓、螺柱或锚杆等；该螺母与螺栓装配状态下该螺栓的外螺纹与螺母的内螺纹互相啮合，其中，本实施例中的螺母与实施例一中的螺母相同，即该螺母的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚，其中， 11为该螺母的第一扣螺牙、12为该螺母的第二扣螺牙、13为该螺母的第三扣螺牙、11为该螺母的第四扣螺牙；关于该螺母具体可参照上述实施例一中的描述，在此便不予以赘述！本实施例中的第二螺纹紧固件为普通螺栓、普通螺柱或普通锚杆等(即仅调整螺母的螺牙厚度)。

实施例三

本实施例公开一种螺纹连接结构，具体的，该螺纹连接结构包括：第一螺纹紧固件，具有内螺纹；第二螺纹紧固件(例如螺栓、螺柱或锚杆等)，具有适配该内螺纹的外螺纹；该第一螺纹紧固件与第二螺纹紧固件装配状态下外螺纹与内螺纹互相啮合；其中，该外螺纹形成有三个以上沿内螺纹轴向依次排列的第二螺牙，各第二螺牙间的螺距相等且各第二螺牙的牙厚沿内螺纹轴向正向依次递减。

其中，上述内螺纹的螺牙和第二螺牙的咬合侧紧密连接，非咬合侧具有间隙。

优选的，相邻第二螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm；且该第二螺纹紧固件中，第二螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

具体的，如图9所示，该第一螺纹紧固件为螺母，该第二螺纹紧固件为螺栓；该螺母与螺栓装配状态下该螺栓的外螺纹与螺母的内螺纹互相啮合，其中，本实施例中的螺栓与实施例一中的螺栓相同，即该螺栓的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚，其中，21为该螺栓的第一扣螺牙，关于该螺栓具体可参照上述实施例一中的描述，在此便不予以赘述！本实施例中的螺母为普通螺母(即仅调整螺栓的螺牙厚度)。

实施例四

本实施例公开一种螺纹连接结构，具体的，该螺纹连接结构包括：第一螺纹紧固件，具有内螺纹；第二螺纹紧固件(例如螺栓、螺柱或锚杆等)，具有适配该内螺纹的外螺纹；该第一螺纹紧固件与第二螺纹紧固件装配状态下外螺纹与内螺纹互相啮合；其中，该内螺纹形成有三个以上沿轴向依次排列的第一螺牙，各第一螺牙间的螺距相等且各第一螺牙的牙厚沿轴向正向依次递减；该外螺纹形成有三个以上沿内螺纹轴向依次排列的第二螺牙，各第二螺牙间的螺距相等且各第二螺牙的牙厚沿内螺纹轴向正向依次递减。

其中，上述第一螺牙和第二螺牙的咬合侧紧密连接，非咬合侧具有间隙。

优选的，相邻第一螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm，相邻第二螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm；且该第一螺纹紧固件中，第一螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm，该第二螺纹紧固件中，第二螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

具体的，如图10所示，该第一螺纹紧固件为螺母，该第二螺纹紧固件为螺栓；该螺母与螺栓装配状态下该螺栓的外螺纹与螺母的内螺纹互相啮合，其中，本实施例中的螺母与实施例一中的螺母相同，即该螺母的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚；本实施例中的螺栓与实施例一中的螺栓也相同，即该螺栓的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚，其中，31为该螺栓的第一扣螺牙、32为该螺母的第一扣螺牙，具体可参照上述实施例一中的描述，在此便不予以赘述！(即螺母、螺栓螺牙牙厚均调整，从而达到减小了前端螺牙的刚度，减小前面部分螺纹的荷载传递大小，对各扣螺牙传递的荷载大小进行调节)。

由上述实施例一至实施例四可知，本实用新型中可单独使用新型螺纹螺母配传统螺栓(或传统锚栓)，也可以使用传统螺母配新型螺纹螺栓(或新型螺纹锚栓)，甚至可以使用新型螺纹螺母配新型螺纹螺栓(或新型螺纹锚栓)。从而达到弱化前面扣螺纹刚度，减弱前面扣螺纹底应力集中的现象。且新型螺纹螺母，可以使用传统工艺制作，仅在螺纹攻丝环节，按照新设计出来的螺纹攻丝，其它制造工艺与原工艺相同，因此与现有技术的兼容性较强。

此外，本实用新型主要遵循原则为：刚度调整(应力集中较大处的螺牙变薄，从而削弱刚度，释放应力集中部位的应力)，且本实用新型运用领域非常广泛，所有使用传统螺纹的连接构件，都可以采用本方案的螺纹型式进行连接，从而使连接构件具有更高的安全性、更突出的疲劳承载能力、更高的静力承载能力。且螺纹的顶部、底部可以做成圆弧形。也可以在螺纹顶与底部采用圆弧过程。螺栓顶部与螺纹底部还可以采用三角形或梯形等。当然为了进一步降低螺纹底部应力集中现象，可以优先地在螺母与锚栓(或锚栓)的螺纹底部与螺纹根部采用圆弧过度。从而进一步提高螺纹连接结构的抗疲劳性能。

综上，本实用新型公开了一种螺纹紧固件及螺纹连接结构，通过调整螺纹紧固件的螺纹尺寸，使得螺纹紧固件的各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿轴向依次递减，从而改变了螺纹紧固件的螺纹刚度，协调了各扣螺牙提供抗力，进而克服了目前仅前面1至3扣螺牙主要受力，特别是第一扣受力最大的现象，从而改善了螺纹连接结构中各螺纹紧固件的应力状态，具有很强的实用性。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种螺纹紧固件，其特征在于，所述螺纹紧固件形成有三个以上沿轴向依次排列的螺牙，各螺牙间的螺距相等且各螺牙的牙厚沿所述轴向依次递减。

2.根据权利要求1所述的螺纹紧固件，其特征在于，相邻所述螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm。

3.如权利要求1所述的螺纹紧固件，其特征在于，所述螺纹紧固件中螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

4.如权利要求1所述的螺纹紧固件，其特征在于，所述螺纹紧固件为螺母、螺栓、螺柱或锚栓。

5.一种螺纹连接结构，其特征在于，包括：

第一螺纹紧固件，具有内螺纹；

第二螺纹紧固件，具有适配所述内螺纹的外螺纹；

在所述第一螺纹紧固件与所述第二螺纹紧固件装配状态下所述外螺纹与所述内螺纹互相啮合；

其中，所述内螺纹形成有三个以上沿轴向依次排列的第一螺牙，各第一螺牙间的螺距相等且各第一螺牙的牙厚沿所述轴向正向依次递减；

和/或，所述外螺纹形成有三个以上沿所述内螺纹轴向依次排列的第二螺牙，各第二螺牙间的螺距相等且各第二螺牙的牙厚沿所述内螺纹轴向正向依次递减；

所述各第二螺牙间的螺距等于各第一螺牙间的螺距。

6.如权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述第一螺纹紧固件的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚；

和/或，第二螺纹紧固件的前端螺牙的牙厚小于后端螺牙的牙厚。

7.根据权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，相邻所述第一螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm；

和/或，相邻所述第二螺牙的牙厚相差0.2～0.5mm。

8.如权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述第一螺纹紧固件中，所述第一螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm；

和/或，所述第二螺纹紧固件中，所述第二螺牙的最大牙厚和最小牙厚之差为2～5mm。

9.如权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述第一螺牙和所述第二螺牙的咬合侧紧密连接，非咬合侧具有间隙。

10.如权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述第一螺纹紧固件为螺母，所述第二螺纹紧固件为螺栓、螺柱或锚栓。

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