CN2433450Y - 连接构件 - Google Patents

Abstract

一种有外螺纹的连接构件包括:一纵轴;一沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分;第一端,用以插入一个互补的有内螺纹的连接构件;及一个孔,由第一端轴向地延伸进入该连接构件,其中,该连接构件的实体横截面积由第一轴向位置往第二个轴向位置逐渐增大,第一轴向位置位于该第一端或与其隔开,而第二轴向位置与第一轴向位置在远离该第一端的方向隔开。

Description

连接构件

本发明涉及一种连接构件。特别是涉及工业上使用的带螺纹的螺帽和螺栓的连接构件。

当螺纹连接装置的两个连接构件(或“螺帽”与“螺栓”，在此“螺帽”指具有内螺纹的连接构件，而“螺栓”指具有外螺纹的连接构件)连接在一起，且随后受到使该螺帽和螺栓彼此分开的一个或多个轴向力时，其应力是不平均地分布在全部螺纹上的。“螺纹”(thread)一词一般用于指在螺帽或螺栓表面上所形成的螺旋状(helical或spiral)脊部，在本说明书中，“螺纹”一词一般也用于指各圈螺旋状脊部，因此，在本说明书中，每一个螺帽或螺栓将包括多圈螺纹。具体的说，当螺旋状脊部不连续时，如本说明书中所考虑者，“螺纹”仍用于指有螺旋状脊部的那一部份或若干部份，而若螺旋状脊部是连续的，则此等部份螺旋状脊部便形成一圈螺旋状脊部的一部份。“有螺纹的”(threaded)指任何有螺纹的结构，包括连续螺纹和不连续螺纹。

在许多情况下，螺纹上的负载分布不均匀是不重要的，但在连接装置经常承受大负载的其他情况下(尤其是重工业中)，带螺纹的连接装置通常因其负载分布不均匀而不被采用。负载分布不均匀导致在某些螺纹上有很大的应力集中，并增加那些螺纹先行剥落的机会，导致相邻的螺纹负载上升和发生剥落，直到最后螺帽与螺栓脱扣。当使用公知的螺纹连接装置时，所施加的力量必须保持在会发生剥落的程度以下，而此程度通常远低于许多工业上应用所要求的程度。

因此，本发明的目的是提供一种有螺纹的连接构件(例如螺帽或螺栓)，当它与一个有互补的螺纹的构件啮合时，在螺帽和/或螺栓承受轴向力时，在啮合的螺纹上呈现实质上均匀分布的应力，或者，本发明至少为大众提供一种可使用的选择。借助于本发明的连接构件可达到以上和其他目的。

为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种有外螺纹的连接构件，它包括：一根纵轴；一个沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分；一个第一端部，用于插入一个互补的有内螺纹的连接构件；以及一个孔，此孔从上述第一端部轴向地延伸进入该连接构件，其中，连接构件的实心横截面积从一个第一轴向位置向第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该第一端部上或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离上述第一端部的位置上；其特征在于，上述有螺纹的部分包括一不连续的螺旋状脊部，其中的各部分形成一列或多列纵向脊列，并在这些脊列之间形成相应数目的纵向槽。

根据本发明的第二个方面，提供了一种有内螺纹的连接构件，它有一根纵轴和一个第一端部，一个有螺纹部分的孔由该第一端部延伸出来，用以承接一个互补的有外螺纹的连接构件，该有内螺纹的连接构件的外部周边形状设计成其尺寸从第一轴向位置朝第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该连接构件的第一端部或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离该第一端部的位置上，使得实心横截面积从该第一轴向位置朝该第二轴向位置逐渐增大；其特征在于，该有螺纹的部分是不连续的螺旋状脊部，其中的各部分形成一列或多列纵向脊列，并在这些脊列之间形成相应数目的纵向槽。

根据本发明的第三个方面，提供了一种连接构件，它包括一个有外螺纹的连接构件，和一个有内螺纹的连接构件；该有外螺纹的连接构件包括：一根纵轴：一个沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分；一个第一端部，用于插入一个互补的有内螺纹的连接构件；以及一个孔，此孔从上述第一端部轴向地延伸进入该连接构件，其中该连接构件的实心横截面积从第一轴向位置向第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该第一端部上或与其隔开，而该第二轴向位置处在远离上述第一端部的位置上；该有内螺纹的连接构件有一根纵轴和一个第一端部，一个有螺纹部分的孔由该第一端部延伸出来，用以承接一个互补的有外螺纹的连接构件，该有内螺纹的连接构件的外部周边形状设计成其尺寸从第一轴向位置朝第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该连接构件的第一端部或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离该第一端部的位置上，使得实心横截面积从该第一轴向位置朝该第二轴向位置逐渐增大；其特征在于，该有外螺纹连接构件的各部分形成第一个数目的纵向脊列，并在这些脊列之间形成该第一数目的纵向槽，且其中该有内螺纹的连接构件的有螺纹的部分包括另一不连续的螺旋状脊部，其中的各部分也形成第二个数目的纵向脊列，并在这些脊列之间形成第二个数目的纵向槽，使得该有外螺纹的连接构件可借助于轴向移动而从第一端部插入该有内螺纹的连接构件的孔内，且随后借助于这两个连接构件的相对旋转而使各有螺纹的部分相啮合。

下面，参照附图详细描述本发明的优选实施例。附图中：

图1是一现有连接装置的注射成型装置的纵向横截面示意图；

图2是图1中的注射成型装置中的一根拉杆端部的立体图；

图3是安装了本发明连接构件的注射成型装置的横截面图，图中的连接构件在脱开位置和夹紧位置；

图4是本发明的螺栓或拉杆端部的优选实施例的立体图；

图5A是本发明的螺帽或承接构件的优选实施例剖开的立体图；

图5B是图5A中所示螺帽切开部分的立体图；

图6是图4与5中的螺帽与螺栓在螺纹尚未啮合前滑动接合时的侧视图，其中的螺帽局部剖开；

图7是本发明理论上的螺栓的纵截面示意图；

图8是本发明理论上的螺帽的纵截面示意图；

图9是本发明的螺栓中的尺寸rh(见图7)与螺纹数目关系的曲线图；

图10是本发明的螺帽中的尺寸Rb(见图8)与螺纹数目关系的曲线图；

图11是另一测试用螺栓的纵截面图；

图12是图11中测试螺栓的侧视图；

图13是本发明另一测试螺帽的纵截面图；

图14是图13中测试螺帽的侧视图；

图15是本发明一实施例的测试样品的位移与施加在测试样品上的轴向力之间的关系曲线图；

图16是采用本发明的螺帽与螺栓的注射成型机的纵截面图；与

图17是图16中沿Ⅰ—Ⅰ线的横截面图。

在塑料注射成型机中，使用若干连接装置作为保持两个部件牢固地互相连接的夹紧件，根据这种特定的用途，可最清楚地叙述本发明的连接构件。然而，本发明技术领域的技术人员应当清楚，本发明可用于任何需要连接和/或夹紧的范围广泛的工业设备。

塑料注射成型技术涉及在压力下将融熔的塑料注入模具。这种模具通常由二个半模所组成，这二个半模在注入塑料之间夹紧在一起。当完成注入操作，且塑料冷却后，这二个半模即分开，而完成的塑胶产品即从模具上移去。

图1是德国专利第DD 274590号中所叙述的注射成型装置(5)之纵截面示意图。该装置(5)包括安装在一块可移动模板(15)上的几根拉杆(10)，这几根拉杆(10)能一起移动。当前，可移动拉杆是工业界之标准件。

在图1的注射成型装置中，第一半模20安装在可移动模板15上。该模具的第二半模25安装在固定模板40上。可移动模板15随后由第一打开位置(如图1所示)移至一闭合位置(图中未显示)其中，在第一打开位置上该二半模20，25是分开的，而在闭合位置上是闭合在一起的。当该二半模已闭合在一起，融熔的塑料即可注入该模具。由于塑料是在压力下注入模具的，所以在注入期间，这二个半模必需保持牢固地夹紧在一起，以避免塑料沿着二个半模之间的接合部位泄漏。这二个半模的夹紧动作如下：当可移动模板15移向固定模板40时，设在上述拉杆10端部的头部30(亦见图2)便进入设在固定模板40上与其对应的承接构件35中。

承接构件35具有二个内室36，38。第一内室36内部的尺寸和形状与头部30的外形互补。第二内室38的横截面是圆形，且其直径足以容纳该头部30。如图2所示，头部30上有突出部分45和凹进部分50。使用时，当头部30插入该承接构件35时，这些头部30首先分别由已成形的第一内室36承接，然后，分别穿过圆形的第二内室38。每一个承接构件35随后旋转45°，使这些头部30的突出部分45与第一内室36中的突出部分对齐。这样就能防止头部30从承接构件中退回，直到承接构件35再向反方向转动45°，使各头部的突出部分45再度分别与第一内室36中的各凹进部分对齐，而各凹进部分50则与各突出部分对齐，此时，头部和拉杆才能退回。

各承接构件与位于一腔室60中的活塞55连接，而活塞57将该腔室60分成二个分室65与70。使用时，一当这些头部30如上面所述那样紧固在这些承接构件35内时，液压用液体即被泵入分室65内，在活塞与承接构件上加一轴向力，并将该活塞从静止位置沿箭头A方向移动到夹紧位置。因此，该轴向“夹紧”力要将各承接构件35拉离各拉杆10和头部30，从而防止了头部30与承接构件35彼此脱开。于是，头部30就“锁定”在各承接构件上，直到分室65中的液压用液体体积减少后，让活塞能够移回到静止位置为止。在静止位置上，承接构件35可旋转45°，以便使承接构件35与头部分开。应该理解，由于活塞移动而施加的轴向夹紧力，不仅将拉杆头部固定在各承接构件内，同时也使二块模板15，40互相靠近，因而也使二个半模20，25靠紧在一起，以便在该二个半模之间产生高紧密度的密封。

虽然如图1与图2中所示的注射成型装置是很普遍使用的，但在拉杆10上形成头部30则有若干困难。这些困难包括头部的机械加工和固定在拉杆上的费用高，以及把承接构件机械加工成适当大小以承接头部的费用高。特别是因为施加于头部和承接构件上的夹紧力很大，以致头部与承接构件必须由优质硬化钢切削成形。再者，当在拉杆上有不均衡的应力(如由于模具不对称或模具未对准)时，头部就不能发挥最佳效用。

曾提议用一外螺纹部份75替代传统的拉杆头部，该有外螺纹的部份能与设在承接构件85上的互补的内螺纹部份啮合(参见图3，4，5A，5B与6)，如此，可以克服或至少改善传统拉杆头部的许多缺点。

在连接构件不承受很大轴向力的情况下，简单的螺帽和螺栓装置就足够了。然而，在轴向力很大的情况下，简单的螺帽和螺栓通常是不合适的。

已知当传统的带螺纹的连接装置的二个连接构件连接并承受轴向载荷时，载荷并非均匀地分布于全部螺纹上。载荷的不均匀分布将使某些螺纹有较大的应力集中，因此，对于并非尺寸特别大的传统的连接装置，若要避免螺纹剥落与连接装置破坏，只能施加比较小的力。

在连接装置承受大载荷的情况下，如在重工业中，这种不均匀的应力分布或者排除使用有螺纹的连接装置，或者导致需要如此大型的连接装置，以致它可能妨碍机器的操作，或者制造费用太昂贵。

然而，假如能在单个螺纹上获得更均匀的应力分布，那末就能在螺帽和螺栓中任一个或二者上施加更大的力量，而无虞螺纹剥落。

现已知三种获得更均匀载荷分布的方法：

1．用较螺栓材料软的材料制造螺帽，于是载荷最大的螺纹就会变形(弹性或塑性的)，藉此把更多的负载转换到其他螺纹上。这需要增加互相接触螺纹的数目以便保持足够的强度。然而，对于很多工业设备来说，软钢螺帽不够强固。

2．将螺帽的螺纹螺距做得稍微大于螺栓的螺纹螺距，如此在施加载荷后，这二种螺距在理论上是相等的。当然，螺纹公隙与制造精密度必须使螺帽与螺栓能容易地组合。但，正确地加工这种螺帽是非常困难与昂贵的。

3．修正螺帽的设计，即在传统设计中要承受最大载荷的螺帽端部，在靠近螺纹处形成一圈深的环状缝。借助于这种类型的螺帽，载荷将使这些螺纹区域承受张力(而在传统螺帽中则是压力)，借此能使螺帽螺距的弹性变化能与相配合的螺栓螺距的变化相接近。这种特殊螺帽是昂贵的，而且只用在涉及疲劳载荷的重要场合。一般认为，由于深环状缝的存在，这种螺帽会在极高的载荷下分裂为一个内环与一个外环而破坏。

实际上，这些解决方案不能使连接的螺帽与螺栓的螺纹可靠而方便地获得大致上均匀的应力分布。

因此，希望设计出新形式的螺帽和螺栓装置，它们在负载下不会在螺纹上产生不均匀的应力分布，且适用于承受各种工业设备中强大的力量。特别是在本申请人在本发明的优选使用状态下，若不采用新的设计，注射成型装置中的有螺纹的拉杆与承接构件就无法工作，或者尺寸太大，以致不合实用和/或太昂贵。

为了在拉杆与承接装置或螺帽与螺栓装置中使螺纹得到实质上平均的应力，要使每一圈啮合的螺纹分担基本上等量的拉应力、剪应力和弯曲应力。如果能获得基本上均衡的应力，则施加负载时，例如在一高压模具夹紧期间，在螺栓和螺帽上的每一圈螺纹将具有相同的伸长量。

依照虎克定律，当一个负载施加在弹性材料上时，其变形与产生该变形之负载成正比。因为应力与负载成正比，且应变与变形成正比，所以应力与应变成正比。如此，对任何给定的材料，其应力/应变的比值为常数。

对于拉应力或压应力，这种常数称为弹性系数(Modulus of Elasticity)或杨氏系数(Young’s Modulus)，且符号E表示。

这样，方程式(1)：    E=应力/应变=σ/ε

因此：方程式(2)：    应力σ=P/F

式中：P=外力

      F=横截面积

方程式(3)：    应变ε=ΔI/I

                   式中：ΔI=长度的变量

                           I=原来的长度

对于内，外螺纹，在每一圈螺纹上的弯曲应力(σ)为：

方程式(4)：    σ_b=3Py/kπdx²z

式中(参见图7)：    v=螺纹的深度

                   k=调节不同螺纹上的不均匀应力的系数

                   d=基圆最小直径

                   x=在基圆最小直径上螺纹的宽度

                   z=螺纹的圈数对于传统的螺帽和螺栓装置，通常k≈0.56

很容易理解，x与y方向的尺寸决定了螺纹的外形。

在每一圈螺纹上的剪应力(τ)是：

方程式(5)：                   τ=P/kπdxz

钢材的极限弯曲应力、剪应力与拉应力是公知的，可从任何材料手册中获得。然而，当在一工业设备中使用钢材时，通常要加上一个“安全系数”。该安全系数通常定义为屈服应力与工作应力之间的比，亦即

安全系数=屈服应力/工作应力

因此，工作应力=屈服应力/安全系数

本发明连接构件中螺栓和螺帽二者的安全系数一般最小值为3。

因此，对于任何给定的材料，其工作弯曲应力(σ_b)、工作剪应力(τ)与工作拉应力(σ)是公知的。假定已知P与k，因此对于任何特定螺纹外形，可由方程式(3)到(5)计算其必要的螺纹圈数(z)。

在本发明的一个优选实施例中(见图4，5A，5B与6)，拉杆或螺栓10上有螺旋状螺纹75，它们是不连续的，因为有多条平均地隔开的轴向延伸的槽88，使得有螺纹的部分处在相邻的槽之间，形成了许多列互相隔开的脊部。同样，承接构件或螺帽85上设有多列用轴向延伸槽88隔开的有螺纹的部分80。螺帽85上轴向延伸槽的数目与弧长与螺栓上脊列之数目与弧长相对应，且螺帽中各条槽可与螺栓上各脊列对正，以便使螺栓只用轴向移动便能插入螺帽中。如此，只需要少于360°的相对转动便可使螺帽与螺栓的螺纹完全啮合。假如在螺帽和螺栓二者之中有二条间隔相等的弧长相同的槽和二列间隔相等的脊列，且各脊部的弧长等于槽88的弧长，则转动90°即足以使两者啮合。对于有三条间隔相等的弧长相同的槽和三列弧长与槽相同的脊列，转动60°就足以使两者啮合。而对于有四条槽和脊列的，转动45°即足以使两者啮合等等。当然，从工作原理上说，这些通道和各脊列并不是必须均匀地隔开并有相等的弧长，只要在螺帽和螺栓至少一个特定的相对方位上，螺帽和螺栓的各脊部彼此不互相干涉即可。如上所述，应该理解“螺纹”一词是用于指螺旋状脊部各部分之总和，假如螺旋状脊部是不连续的，则各部分脊部形成单圈螺旋状脊部的一部分。

下面的计算是根据图7与8中所示各设有三条槽及相应脊列，并弧长相等的螺帽与螺栓来进行的。不过，不管槽数目的多少，甚至完全没有槽，下文所述的理论仍然适用。然而，应该理解，使用这些槽将意味着螺纹的面积将是传统螺纹构件中一圈连续螺旋状脊部的一半。所以，实际所需螺纹的数目将等于：

方程式(6)：    n=2z

在传统的螺帽和螺栓装置中，必需在方程式(4)与(5)中加入一个“k”值，以补偿在不同螺纹上应力的不均匀。然而，在本发明中，在不设置槽88时，“k”值几乎接近1。然而，虽然设置槽有助于螺帽与螺栓装置的实际应用，但也使得螺纹不完整，并且在任何螺纹中断的位置上会出现应力集中。因此，将“k”值选定为0.6，以补偿应力集中，并用于下面各种计算。

图7与8分别是理论上的螺栓95与理论上的螺帽100的横截面图。螺栓95有一个内孔或凹部105，以及外螺纹110。螺帽100设有内凹部115，和用以与有外螺纹的螺栓啮合的内螺纹120。该螺帽有横截面不均匀的外表面125。图7和8中：

r=螺栓上螺纹110的最小半径；

rh=螺栓中凹部105的内径。在理论上的模型中，该直径以h=n处为零变化到h=0处为“ra”；

R=螺帽上螺纹120的最大半径；

Rb=螺帽外表面125的外半径。在理论上的模型中，该半径从b=0处为“Rf”变化到在b=n处为Rmax；

b=从图示螺栓端部算起的螺纹数目；

h=从图示螺帽端部算起的螺纹数目；

n=在螺帽或螺栓中可啮合螺纹的总数。

当螺栓与螺母完全啮合时，很容易理解，螺栓上h个螺纹与螺帽上n-b个螺纹啮合，所以n、b与h的关系如下：

方程式(7)：                 n=h+b

为了理论上的目的(也是与实际最接近的)，假设螺栓和螺帽二者使用同样的材料，且进行同样的热处理。为了获得理论上应力均衡，在一特定负载P下，该螺帽上的总拉应力应该等于该螺栓上的总拉应力。

为了计算螺帽与螺栓上的总拉应力，必须考虑所有的螺纹。

应力平衡时，σ(螺帽)=σ(螺栓)

如此，当所有螺纹啮合时，

     P/(螺帽最后一圈螺纹的横截面积)=

     P/(螺栓最后一圈螺纹的横截面积)

因此，螺帽的横截面积=拉杆的横截面积π(Rmax²-R²)=πr²(Rmax²-R²)=r²

于是，可得方程式(8)：      Rmax²=r²+R²

由方程式(2)：应力：施加之力/横截面积=P/F

如此，若所施加的力与横截面积之间的比保持不变，则上述应力应该平均分布在整个螺纹上。因此，螺帽或螺栓在力量最大的位置上应具有最大的横截面积，亦即，最里面的螺纹，换言之，最靠近施加力量的螺纹应具有最大的横截面积。在次一螺纹位置上的横截面积应小于在最里面的螺纹的横截面积等等。在一特定横截面上所施加的力将是施加在力线所通过的横截面上各螺纹力量的总和。

假如应力处在平衡状态，施加在各螺纹上之力必定相等。对于任何特定的螺纹数目“n”，施加在每个螺纹上之力是：

           每个螺纹上的力=总施加力/螺纹数目

                   即：Ps=P/n

上面曾提到设置一个凹部105，并且理想的凹部外形是抛物线形(沿纵截面)。再者，还提到形成不均匀的外表面125有助于螺帽上应力的均衡，在纵截面上理想的外表面形状也是抛物线形。

为求出螺栓内孔或凹部的半径(rh)，需考虑当所有n个螺纹都啮合时，在螺栓的h个螺纹上所施加的力。施加在位置h处横截面积上的力即是施加在h个螺纹上的总力，即(Ps)h，它由下式确定：σπ(r²-rh²)=(Ps)hσπ(r²-rh²)=(P/n)hr²-rh²=(p/n)h(1/σπ)rh²=r²-(ph)/(nσπ)得方程式(9)： $\mathrm{rh}=\sqrt{r^2-\left(\mathrm{Ph}\right)/\left(\mathrm{n\σ\π}\right)}$

假如将方程式(9)用于一台200吨的机器(即4根拉杆，每一根负50吨)，从拉杆端部延伸出来的孔应该是如图9中所示的抛物线形状。

为决定螺帽的外径Rb，当所有n圈螺纹都啮合时，施加在b圈螺纹上的力为：σπ(Rb²-R²)=(Ps)bσπ(Rb²-R²)=(P/n)bRb²-R²=(P/n)b(1/σπ)Rb²=R²+(pb)/(nσπ)得出方程式(10)： $\mathrm{Rb}=\sqrt{R^2+\left(\mathrm{Pb}\right)/\left(\mathrm{n\σ\π}\right)}$

假如将方程式(8)与(10)用于一台200吨的机器，即可根据螺纹数目绘出螺帽外径的图形(见图8)。

因此，螺帽与螺栓的最佳轮廓如图7与8所示，根据这两个图，就能加工出图4与5中的螺帽与螺栓。以大致如图7所示的螺栓与一标准轮廓(横截面直径恒定)的螺帽相配，比一个标准螺栓(没有凹部)与标准螺帽相配，应力分布的情况要好得多。同样，使用大致如图8所示的螺帽与一标准轮廓的螺栓相配，比用一标准螺栓与一标准螺帽相配，应力分布的情况也要好得多。然而，为取得最大的效果，应该将本发明的螺帽和螺栓结合在一起使用。

如图4、图7所示，依照本发明的第一个方面，提供了一种有外螺纹的连接构件95。它包括：一根纵轴；一个沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分；一个第一端部，用于插入一个互补的有内螺纹的连接构件100；以及一个孔105，此孔105从上述第一端部轴向地延伸进入该连接构件95，其中，连接构件95的实心横截面积从一个第一轴向位置向第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该第一端部上或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离上述第一端部的位置上；其特征在于，上述有螺纹的部分包括一不连续的螺旋状脊部75，其中的各部分形成一列或多列纵向脊列，并在这些脊列之间形成相应数目的纵向槽88。

如图5A-5B、图8所示，依照本发明的第二个方面，提供了一种有内螺纹的连接构件100，它有一根纵轴和一个第一端部，一个有螺纹部分的孔115由该第一端部延伸出来，用以承接一个互补的有外螺纹的连接构件95，该有内螺纹的连接构件的外部周边形状设计成其尺寸从第一轴向位置朝第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该连接构件的第一端部或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离该第一端部的位置上，使得实心横截面积从该第一轴向位置朝该第二轴向位置逐渐增大；其特征在于，该有螺纹的部分是不连续的螺旋状脊部80，其中的各部分形成一列或多列纵向脊列，并在这些脊列之间形成相应数目的纵向槽88。

如图6所示，依照本发明的第三个方面，提供了一种连接构件，它包括一个有外螺纹的连接构件95，和一个有内螺纹的连接构件100；该有外螺纹的连接构件95包括：一根纵轴；一个沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分；一个第一端部，用于插入一个互补的有内螺纹的连接构件100；以及一个孔105，此孔105从上述第一端部轴向地延伸进入该连接构件95，其中该连接构件95的实心横截面积从第一轴向位置向第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该第一端部上或与其隔开，而该第二轴向位置处在远离上述第一端部的位置上；该有内螺纹的连接构件100有一根纵轴和一个第一端部，一个有螺纹部分的孔115由该第一端部延伸出来，用以承接一个互补的有外螺纹的连接构件95，该有内螺纹的连接构件100的外部周边形状设计成其尺寸从第一轴向位置朝第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该连接构件的第一端部或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离该第一端部的位置上，使得实心横截面积从该第一轴向位置朝该第二轴向位置逐渐增大；其特征在于，该有外螺纹连接构件95的各部分形成第一个数目的纵向脊列75，并在这些脊列之间形成该第一数目的纵向槽88，且其中该有内螺纹的连接构件100的有螺纹的部分包括另一不连续的螺旋状脊部80，其中的各部分也形成第二个数目的纵向脊列，并在这些脊列之间形成第二个数目的纵向槽88，使得该有外螺纹的连接构件95可借助于轴向移动而从第一端部插入该有内螺纹的连接构件100的孔115内，且随后借助于这两个连接构件95、100的相对旋转而使各有螺纹的部分75、80相啮合。试验

在本试验中，对图4至6所示的试验性螺帽与螺栓组合件试样在注射成型装置的高压夹紧过程中进行测试。

假如合成应力确实均匀分布在所有螺纹上，那么该试样的屈服应力应大致接近所使用材料的屈服应力。否则，将过早发生永久应变。所以，假如某些螺纹承受的负载较大，或应力比其他螺纹大，则这些螺纹将发生永久变形，最后导致破坏。结果，承受负载的螺纹越来越少，而加在剩余螺纹上的应力和外力则越来越大。当所施加的外力增大时，这个问题将更加严重。装置：

200吨直接液压夹紧的注射成型装置。

Pretec 4101模拟测量仪，其分辨率为1微米。

Pretec 2920感应式测量探头。测试程序：

由于不易获得抗拉强度测量仪器，所以用测量压缩应力来替代。

生产出试样(见图4，5，5a，6)，且将其夹紧在上述设备上进行测试。每一台设备有四根拉杆10和四个承接构件85，因此每一拉杆上的最大工作力是50吨。试样固定于注射成型装置的固定模板40与可移动模板15之间。在试验中，设备的可移动模板提供压缩试样所需的力。如此，在该试样上所测得的压应力便作为抗拉强度的指标。

如图15所示，以大小在29吨与269.5吨之间变化的力施加至该试样上。当拉杆的安全系数为3时，设计能承受50吨力的拉杆，必须能承受150吨的力。

用一感应式探头测量拉杆10和承接构件85之间的位移。对于每一个外力，至少测量20次位移。假如这些测量值基本上相同，这表示尚未超过屈服应力，因此可施加更大的力。然而，当显示出屈服应力达到(表现为前后两次位移值不同)时，即应停止测试。测试结果示于图15。

如上所述，假如样品在使用时要承受50吨力，则该样品必须能够承受150吨的外力。当负载在150吨以下时，测试值在预期范围内。然而，当负载大于150吨时(事实上大于180吨，参见图15)，该试样材料便超出其塑性极限(Plastic limit)，因此必已超过其屈服应力。可见，当所施加的力是187吨或更大时，取测量值的次数终止在10次或更少，表示应力已超过材料的屈服应力而发生塑性变形。

因此，上面的测试可证实本发明螺栓/螺帽(拉杆/承接构件)装置在注射成型装置的高压负载状态下的适用性。

图4-6与11-14表示为测试目的而加工的，且在上述试验中进行测试的另一种螺帽与螺栓。螺帽100的外表面125与螺栓95的凹部105的轮廓与图7与8所示的理论上的轮廓不同，但测试显示，可以对理论上的轮廓进行改变，而不会失去在理论模型中所能获得的应力分布状态的优点。可以设想对理论上的轮廓进行各种变化，而仍能达到相同的效果。

图16与17表示本发明的螺帽与螺栓装置(或连接构件)使用于一台塑料注射成型机(亦看第3图)。如图1所示的装置，螺帽可与活塞杆90一体成形，或如图3所示，螺帽用螺纹与活塞杆90连接。螺帽85亦可以熟悉本发明技术领域的技术人员所了解的任何其他合适的方式与活塞杆90连接。应该理解，本发明的连接构件可以用许多其他方式应用在注射成型装置的拉杆/承接构件上，而图16与17中所示的结构只是许多种可能的结构中的一种。

在图16中，承接构件85用螺纹连接拉杆10和活塞杆90两个构件。拉杆上有螺纹的部分如图4，5，5a，6所示，设有三条槽。这样，承接构件85只要转动60°即可将拉杆(已到位)与活塞杆固定在一起。其他的设计可包括一固定在承接构件上的活塞杆90，及一可旋转的拉杆，或一可旋转的活塞-承接构件组合件。

承接构件85可用任何合适的机构使其转动，图17中所示的是借助于与一个小齿轮(图中未表示)连接的一根齿条130使其转动的，这是本技术领域中早已公知的。

当压力流体供入分室65时，流体自分室70经由管子排出。压力流体进入分室65与从分室70排出，便使活塞55沿箭头“A”方向移动。当拉杆10通过承接构件85与活塞杆90连接时，拉杆也沿箭头“A”方向移动。所以，活塞将对拉杆与承接构件上已经啮合的螺纹施加一夹紧力。再参见图3，拉杆沿箭头“A”方向的移动将使得二个半模更加靠近在一起，或“夹紧”在一起。只要分室65内存在压力流体，并沿“A”向施加夹紧力，则该二个半模将一直保持夹紧在一起。当完成塑料注射过程时，压力流体便进入分室70而由分室65排出，使活塞55沿与箭头“A”相反的方向移动，从而松开已啮合螺纹上的夹紧力。然后，承接构件旋转60°松开拉杆(10)，于是拉杆可通过移动模板15的移动而缩回。与可移动模板15的半模20连接，也随之与固定模板40的半模25分离。在二个半模之间形成的塑料产品随后可在不受拉杆10阻碍的情况下移去。

以上描述了本发明的优选实施例。然而，本技术领域的技术人员在熟悉了本发明的原理之后，将能够进行各种各样的改进，但这些改进都包含在权利要求书中所请求保护的发明范围之内。

以上所描述的本发明的优选实施例是将拉力施加在螺帽上的特定应用情况。因此，所施加的通过螺帽横截面上的最大力量，以及该螺帽的最大实心横截面积是在插入螺栓的螺帽端部相对的一端上。然而，也可以设想把本发明用于将一个或多个构件夹在中间的传统的螺帽和螺栓。在这种情况下，与螺帽相邻的被夹紧的构件把使螺帽处于拉伸状态的力施加在插入螺栓一侧的螺帽端部，与螺帽处在拉力状态下相比，穿过该螺帽之力线方向改变了。在此情况下，最大的力量施加在与螺栓所插入的螺帽端部相邻的螺帽横截面上，且在这种情况下，螺栓在该端部具有最大横截面积是合适的。在这两种情形下，应该注意，最大实心横截面积是在通过该横截面的最大外力的轴向位置上。

Claims (17)

1．一种有外螺纹的连接构件，它包括：

一根纵轴；

一个沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分；

一个第一端部，用于插入一个互补的有内螺纹的连接构件；以及

一个孔，此孔从上述第一端部轴向地延伸进入该连接构件，其中，连接构件的实心横截面积从一个第一轴向位置向第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该第一端部上或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离上述第一端部的位置上；其特征在于，

上述有螺纹的部分包括一不连续的螺旋状脊部，其中的各部分形成一列或多列纵向脊列，并在这些脊列之间形成相应数目的纵向槽。

2．根据权利要求1所述的连接构件，其特征在于，各条槽大致上沿该连接构件外部隔开相等的角度。

3．根据权利要求2所述的连接构件，其特征在于，上述各条槽的弧长与各脊列的弧长基本上都相等。

4．根据权利要求3所述的连接构件，其特征在于，该孔的轴向长度与该有外螺纹的部分的轴向长度大致相称。

5．根据权利要求4所述的连接构件，其特征在于，该连接构件的实心横截面积沿着该有外螺纹的部分的轴向长度上逐渐增大。

6．根据权利要求5所述的连接构件，其特征在于，该连接构件的外形大致呈圆柱形，并且该孔的横截面为圆形。

7．根据权利要求1至6中任何一项权利要求所述的连接构件，其特征在于，界定该连接构件的孔洞的内部周边呈抛物线形，并且该抛物线的半径按下列公式确定： $\mathrm{rh}=\sqrt{r^2-\left(\mathrm{Ph}\right)/\left(\mathrm{n\σ\π}\right)}$

式中：r是该有螺纹的部分的最小半径；

      P是施加在该连接构件上的力；

      h是自该连接构件的第一端部起算的距离，并以螺纹数目

     表示之；

      n是可啮合螺纹的总螺纹数目；及

     σ是该连接构件的工作应力。

8．根据权利要求1至6中任何一项权利要求的连接构件，其特征在于，界定该孔的内部周边在邻接该孔洞终点处呈截头圆锥形，而在邻接该第一端部处呈圆筒形。

9．一种有内螺纹的连接构件，它有一根纵轴和一个第一端部，一个有螺纹部分的孔由该第一端部延伸出来，用以承接一个互补的有外螺纹的连接构件，该有内螺纹的连接构件的外部周边形状设计成其尺寸从第一轴向位置朝第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该连接构件的第一端部或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离该第一端部的位置上，使得实心横截面积从该第一轴向位置朝该第二轴向位置逐渐增大；其特征在于，

该有螺纹的部分是不连续的螺旋状脊部，其中的各部分形成或多列纵向脊列，并在这些脊列之间形成相应数目的纵向槽。

10．根据权利要求9所述的连接构件，其特征在于，各条槽在界定该连接构件的孔的内部周边周围基本上均匀地隔开。

11．根据权利要求9或10所述的连接构件，其特征在于，介于该第一和第二轴向位置之间的外部周边在该有内螺纹的部分之轴向长度

12．根据权利要求11所述的连接构件，其特征在于，介于该第和第二部分之间的外部周边大致与该有螺纹的部分之轴向长度相称。

13．根据权利要求9或12所述的连接构件，其特征在于，该孔实质上为圆柱形，且该第一和第二轴向位置之间的外部周边呈抛物线形。

14．根据权利要求13所述的连接构件，其特征在于，该抛物线定义为： $\mathrm{Rb}=\sqrt{R^2+\left(\mathrm{Pb}\right)/\left(\mathrm{n\σ\π}\right)}$

式中：Rb是该连接构件外圆周的半径；

    R是该有内螺纹的部分的最大半径；

    P是加在该连接构件上的外力；

    b是自该连接构件第一端部起算的距离，并以螺纹数目表示；

    n是总螺纹数目；及

    σ是该连接构件的工作应力。

15．一种连接构件，它包括一个有外螺纹的连接构件，和一个有内螺纹的连接构件；该有外螺纹的连接构件包括：

一根纵轴；

一个沿着该连接构件轴向延伸的有外螺纹的部分；

一个第一端部，用于插入一个互补的有内螺纹的连接构件；以及

一个孔，此孔从上述第一端部轴向地延伸进入该连接构件，其中该连接构件的实心横截面积从第一轴向位置向第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该第一端部上或与其隔开，而该第二轴向位置处在远离上述第一端部的位置上；

该有内螺纹的连接构件有一根纵轴和一个第一端部，一个有螺纹部分的孔由该第一端部延伸出来，用以承接一个互补的有外螺纹的连接构件，该有内螺纹的连接构件的外部周边形状设计成其尺寸从第一轴向位置朝第二轴向位置逐渐增大，该第一轴向位置位于该连接构件的第一端部或与其隔开一距离，而该第二轴向位置处在远离该第一端部的位置上，使得实心横截面积从该第一轴向位置朝该第二轴向位置逐渐增大；其特征在于，

该有外螺纹连接构件的各部分形成第一个数目的纵向脊列，并在这些脊列之间形成该第一数目的纵向槽，且其中该有内螺纹的连接构件的有螺纹的部分包括另一不连续的螺旋状脊部，其中的各部分也形成第二个数目的纵向脊列，并在这些脊列之间形成第二个数目的纵向槽，使得该有外螺纹的连接构件可借助于轴向移动而从第一端部插入该有内螺纹的连接构件的孔内，且随后借助于这两个连接构件的相对旋转而使各有螺纹的部分相啮合。

16．根据权利要求15所述的连接构件，其特征在于，该有外螺纹的连接构件的各条槽基本上绕其外部等角度地隔开，且该有内螺纹的连接构件的各条槽基本上绕其内部等角度地隔开。

17．根据权利要求15或16所述的连接构件，其特征在于，该有外螺纹的连接构件的各条槽及各脊列，以及该有内螺纹的连接构件的各条槽及各脊列分别呈互补的形状。

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