TW202018201A - 螺栓 - Google Patents

Abstract

一種螺栓，包含一本體、一頭部及一螺紋部。本體具有一中心軸。頭部設置於本體之一端。螺紋部沿中心軸螺旋圍繞且連接於本體。螺紋部具有一承重面朝向頭部。承重面為斜率連續之面或具有一反曲點。承重面包含一凹曲面、一凸曲面及一承重牙腹面，凹曲面觸及本體，凸曲面較凹曲面遠離本體，凸曲面之一側與凹曲面相連且凸曲面之另一側與承重牙腹面相連。

Description

螺栓

本發明係關於一種螺栓，特別是有關於一種防鬆且防崩牙的螺栓。

於機械領域組合多個零件時，常使用螺栓搭配具有母螺紋的對鎖件（如螺母）予以固定。藉由螺栓之本體貫穿欲予以固定之多個零件，將螺栓之頭部抵靠於所述多個零件中最接近螺栓之頭部的零件，再將螺栓鎖固於所述具有母螺紋之對鎖件，以將所述多個零件夾置於螺栓的頭部與對鎖件之間加以固定。

此種固定方式在所述多個零件遭遇震動時，可能導致螺栓與對鎖件之間發生鬆動的情形，進而導致所述多個零件彼此鬆脫。為了避免螺栓與對鎖件之間發生鬆動的情形，相關領域有發展出添增其他元件以防止螺栓與對鎖件鬆動的手段。例如：於螺栓之頭部與零件之間或對鎖件與零件之間增加彈簧墊圈等元件，於螺栓與對鎖件之間塗布防止鬆脫的塗層，或增加插銷卡合螺栓與對鎖件。此種方式皆需要另外增加螺栓與對鎖件以外的元件。

此外，亦有技術手段是在螺栓之頭部或對鎖件形成鋸齒結構，將所述鋸齒結構抵靠於所述零件，以增加摩擦力。此種方式雖然不需要另外增加螺栓與對鎖件以外的元件，但在螺栓與對鎖件有些微的鬆脫而導致鋸齒結構無法緊密抵靠於所述零件時，便會失效。

另一方面，當所述多個零件受外力影響，導致螺栓與對鎖件的負荷力量過大時，可能導致螺栓之螺牙的局部應力增加，而有螺牙崩毀的可能，即所謂崩牙。

有鑑於以上的問題，本發明提出一種螺栓，使其在配合母螺紋時，毋須其他元件亦能在遭遇震動時避免鬆脫，且能夠分散應力以避免崩牙。

本發明之一實施例提出一種螺栓，包含一本體、一頭部及一螺紋部。本體具有一中心軸。頭部設置於本體之一端。螺紋部沿中心軸螺旋圍繞且連接於本體。螺紋部具有一承重面朝向頭部。承重面為一斜率連續之面，承重面包含一凹曲面、一凸曲面及一承重牙腹面，凹曲面觸及本體，凸曲面較凹曲面遠離本體，凸曲面之一側與凹曲面相連且凸曲面之另一側與承重牙腹面相連。

本發明之一實施例提出一種螺栓，包含一本體、一頭部及一螺紋部。本體具有一中心軸。頭部設置於本體之一端。螺紋部沿中心軸螺旋圍繞且連接於本體。螺紋部具有一承重面朝向頭部。承重面具有一反曲點，承重面包含一凹曲面、一凸曲面及一承重牙腹面，凹曲面觸及本體，凸曲面較凹曲面遠離本體，凸曲面之一側經由反曲點與凹曲面相連且凸曲面之另一側與該承重牙腹面相連。

根據本發明之一實施例之螺栓，螺栓之螺紋部的承重面為斜率連續之面或具有反曲點，且承重面包含相連的凸曲面及凹曲面，凸曲面較凹曲面遠離本體，凹曲面觸及本體。藉此，螺紋部能夠於承受力量時順應地產生形變。如此之螺栓在遭遇震動的過程中，螺紋部的彈性恢復力可對於此螺栓所鎖附之元件增加正向力，進而增加摩擦力，以達到防止螺栓鬆脫的效果。此外，還能夠加強螺栓之螺紋部於承受沿螺栓本體中心軸方向之重量負荷時將應力分散的能力，進而達到防止崩牙的效果。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本發明之實施例之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

於本說明書之所謂的示意圖中，由於用以說明而可有其尺寸、比例及角度等較為誇張的情形，但並非用以限定本發明。於未違背本發明要旨的情況下能夠有各種變更。實施例及圖式之描述中所提及之上下前後方位為用以說明，而並非用以限定本發明。

請參照圖1及圖2，圖1繪示本發明之一實施例之螺栓之剖面示意圖，圖2繪示圖1之螺栓之剖面局部放大示意圖。

於本實施例中，螺栓1包含連接部110、本體11、頭部12及螺紋部13。本體11具有中心軸CA。頭部12經由連接部110而設置於本體11之一端。螺紋部13沿中心軸CA螺旋圍繞且連接於本體11。連接部110連接本體11與頭部12，但不以此為限。於其他實施例中，亦可省略連接部110，亦即頭部12直接連接於本體11。

如圖1所示，於組合多個零件91、92時，螺栓1之連接部110及本體11貫穿零件91、92，再將本體11經由螺紋部13而鎖固於具有母螺紋的對鎖件8。圖1中之對鎖件8的形式雖為螺母，但不以此為限，亦可為其他具有母螺紋的元件。頭部12抵靠於最接近頭部12的零件91，對鎖件8抵靠於最接近對鎖件8的零件92。多個零件91、92被夾置於螺栓1的頭部12與對鎖件8之間加以固定。

如圖2所示，螺紋部13具有承重面131、非承重面132、牙峰T及牙底B1。承重面131朝向頭部12。非承重面132背向頭部12。牙峰T位於螺紋部13最遠離中心軸CA的位置，牙底B1位於螺紋部13最接近中心軸CA的位置。承重面131遠離中心軸CA之一側與非承重面132遠離中心軸CA之一側相連於牙峰T。承重面131接近中心軸CA之一側與非承重面132接近中心軸CA之一側相連於牙底B1且觸及本體11。

承重面131為斜率連續之曲面。承重面131包含凹曲面131a、凸曲面131b及承重牙腹面131c，且具有反曲點IP。凹曲面131a於牙底B1處觸及本體11。凸曲面131b較凹曲面131a遠離本體11。凸曲面131b之一側經由反曲點IP與凹曲面131a相連。凸曲面131b之另一側與承重牙腹面131c相連。承重面131遠離本體11之一側於牙峰T處與非承重面132相連。反曲點IP位於凹曲面131a及凸曲面131b之交接處。凹曲面131a位於反曲點IP與本體11之間。凹曲面131a至中心軸CA之投影131a’位於反曲點IP至中心軸CA之投影IP’與牙底B1至中心軸CA之投影B1’之間。於本實施例中，承重牙腹面131c於圖2之剖面視角為直線，但不以此為限。於其他實施例中，承重牙腹面131c於圖2之剖面視角亦可為凸曲線或凹曲線。但於圖2之剖面視角中，在承重牙腹面131c為凸曲線的情況下，承重牙腹面131c之曲率半徑大於凸曲面131b之曲率半徑。

於本實施例中，非承重面132包括連接面132a及非承重牙腹面132b。連接面132a之一側觸及本體11。連接面132a之另一側與非承重牙腹面132b相連。於本實施例中，非承重牙腹面132b於圖2之剖面視角為直線，但不以此為限。於其他實施例中，非承重牙腹面132b於圖2之剖面視角亦可為凸曲線或凹曲線。

於本實施例中，反曲點IP之切線與中心軸CA的夾角θ1為75°～90°，較佳為77.5°～82.5°。螺紋部13至本體11之最遠距離，即牙峰T至牙底B1沿本體11之徑向的垂直距離為牙高H1。反曲點IP至本體11之距離H2為牙高H1之3／8～1／2。承重面131至中心軸CA之投影長度P1與非承重面132至中心軸CA之投影長度P2實質上相同。

於本實施例中，承重面131為斜率連續之曲面之技述特徵得容許製造上之誤差。舉例而言，容許因鍛造技術上的原因而造成的誤差。此外，亦容許因粗糙度的原因而造成的誤差。換言之，容許承重面131之表面排除粗糙度誤差或鍛造誤差而大致擬合之曲線為斜率連續的情形。

請參照圖3、圖4、圖5及圖6，圖3繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖4繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖5繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖6繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖3～圖6中，由左至右分別為標準螺栓M10、參考螺栓RB與圖1之螺栓1。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。標準螺栓M10指的是依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺栓。參考螺栓RB指的是在標準螺栓M10的基礎上，於承重面接近中心軸側挖出弧形凹槽連接牙底的螺栓。因此，參考螺栓RB的承重面具有弧形凹槽及與原標準螺栓M10相同之螺紋輪廓，在此簡稱為M10螺紋。其中，所述弧形凹槽與所述M10螺紋輪廓以折角連接。因此，於所述折角處之斜率不連續，且不具有反曲點。所使用之螺栓1，其H2／H1實質上為1／2，θ1實質上為80.5°。

圖3與圖4說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖3所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使參考螺栓RB之第一個至第四個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓1之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖4所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，參考螺栓RB約將應力分散至第一個至第五個螺牙，螺栓1約將應力分散至第一個至第五個螺牙。但相較於參考螺栓RB，螺栓1之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻。

圖5與圖6說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖5所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使參考螺栓RB之第一個至第四個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓1之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖6所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第四個螺牙，參考螺栓RB約將應力分散至第一個至第五個螺牙，螺栓1約將應力分散至第一個至第五個螺牙。但相較於參考螺栓RB，螺栓1之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻。

由上可知，相較於標準螺栓M10與參考螺栓RB，螺栓1具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，螺栓1可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓1之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，螺栓1之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓1之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓1與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓1不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

請參照圖7，繪示本發明之另一實施例之螺栓之剖面局部放大示意圖。圖7之螺栓2與圖1之螺栓1大致上相似，在此不加贅述二者相同之處。二者的差異在於圖7之螺栓2之承重面231至中心軸CA之投影長度P3小於非承重面232至中心軸CA之投影長度P4。換言之，螺栓2之牙底B2較螺栓1之牙底B1向下遠離螺栓2之頭部。凹曲面231a至中心軸CA之投影231a’位於反曲點IP至中心軸CA之投影IP’與牙底B2至中心軸CA之投影B2’之間。而且，比較螺栓2之螺紋部23與螺栓1之螺紋部13，螺紋部23之非承重面232側具有較多的體積230，故螺紋部23具有較高的機械強度。

螺栓2之承重面231之反曲點IP之切線與中心軸CA的夾角θ1為75°～90°，較佳為77.5°～82.5°。牙峰T至牙底B2沿本體21之徑向的垂直距離為牙高H3。反曲點IP至本體21之距離H4為牙高H3之3／8～1／2。

於本實施例中，於牙底B2附近之承重面231之凹曲面231a擬合於較小曲率半徑的圓弧線，非承重面232之連接面232a擬合於較大曲率半徑的圓弧線，但不以此為限。

舉例而言，請參照圖8，繪示本發明之另一實施例之螺栓之剖面局部放大示意圖。圖8之螺栓3之承重面331之反曲點IP之切線與中心軸CA的夾角θ1為75°～90°，較佳為77.5°～82.5°。牙峰T至牙底B3沿本體31之徑向的垂直距離為牙高H5。反曲點IP至本體31之距離H6為牙高H5之3／8～1／2。

圖8之螺栓3與圖7之螺栓2大致上相似，在此不加贅述二者相同之處。二者的差異在於圖8之螺栓3中，承重面331之凹曲面331a擬合於第一幾何曲線OV1。螺栓3之非承重面332之連接面332a擬合於第二幾何曲線OV2。第一幾何曲線OV1具有第一對稱軸SA1，第二幾何曲線OV2具有第二對稱軸SA2。第一幾何曲線OV1相異於第二幾何曲線OV2。第一對稱軸SA1及第二對稱軸SA2重合並貫穿牙底B3，且二者與中心軸CA之夾角θ2為實質上90°。

於本實施例中，第一幾何曲線OV1為狹長的橢圓線，第二幾何曲線OV2為渾圓的橢圓線，但不以此為限。第一幾何曲線OV1及第二幾何曲線OV2亦可為雙曲線之其中一曲線或拋物線等幾何曲線。而且，第一幾何曲線OV1及第二幾何曲線OV2的幾何曲線種類亦可相異。

請參照圖9、圖10、圖11及圖12，圖9繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖10繪示比較標準螺栓M10與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖11繪示比較標準螺栓M10與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖12繪示比較標準螺栓M10與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖9～圖12中，由左至右分別為標準螺栓M10與螺栓2-1。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。所使用之螺栓2-1，為於圖7之螺栓2之基礎上，參數為θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之螺栓。

圖9與圖10說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖9所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-1之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖10所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-1約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

圖11與圖12說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖11所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-1之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖12所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第四個螺牙，螺栓2約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

由上可知，相較於標準螺栓M10，螺栓2-1具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，螺栓2-1可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓2-1之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，螺栓2-1之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓2-1之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓2-1與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓2-1不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

以下，就θ1＝75°～90°且H4／H3＝3／8～1／2之參數進行比較。

請參照圖13、圖14、圖15及圖16，繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝75°、77.5°、80.5°、82.5°、90°且H4／H3＝1／2之參數下之模擬示意圖，其中圖13繪示於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖14繪示於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖15繪示於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖16繪示於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖13～圖16中，由左至右分別為標準螺栓M10、「θ1＝75°且H4／H3＝1／2之螺栓2-2」、「θ1＝77.5°且H4／H3＝1／2之螺栓2-3」、「θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之螺栓2-1」、「θ1＝82.5°且H4／H3＝1／2之螺栓2-4」與「θ1＝90°且H4／H3＝1／2之螺栓2-5」。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。

圖13與圖14說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖13所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-2之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-3之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-1之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-4之第一個至第四個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-5之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。

如圖14所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

圖15與圖16說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖15所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-2之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-3之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-1之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-4之第一個至第四個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-5之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。

如圖16所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

由上可知，相較於標準螺栓M10，各種滿足θ1＝75°～90°且H4／H3＝1／2之參數的螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，滿足上述參數的螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，滿足上述參數的螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5各自與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓2-2、螺栓2-3、螺栓2-1、螺栓2-4及螺栓2-5不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

請參照圖17、圖18、圖19及圖20，繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8、7／16、1／2、5／8之參數下之模擬示意圖，其中圖17繪示於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖18繪示於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖19繪示於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖20繪示於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖17～圖20中，由左至右分別為標準螺栓M10、「θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8之螺栓2-6」、「θ1＝80.5°且H4／H3＝7／16之螺栓2-7」、「θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之螺栓2-1」與「θ1＝80.5°且H4／H3＝5／8之螺栓2-8」。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。

圖17與圖18說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖17所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-6、螺栓2-7、螺栓2-1及螺栓2-8各自之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖18所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-6、螺栓2-7、螺栓2-1及螺栓2-8各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

圖19與圖20說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖19所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-6、螺栓2-7、螺栓2-1及螺栓2-8各自之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖20所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-6、螺栓2-7、螺栓2-1及螺栓2-8各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

由上可知，相較於標準螺栓M10，各種滿足θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8～1／2之參數的螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1各自具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，滿足上述參數的螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1各自可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1各自之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，滿足上述參數的螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1各自之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1各自之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1各自與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓2-6、螺栓2-7及螺栓2-1不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

然而，螺栓2-8之參數H4／H3＝5／8超出上述參數範圍。由圖17及圖19可知，雖然螺母約使螺栓2-8之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況，但螺栓2-8的本體部分卻幾乎未見有應變。由圖18及圖20可知，雖然螺栓2-8將應力分散至第一個至第五個螺牙，但應力較少傳遞至螺栓2-8的本體部分。如此表示螺栓2-8因螺母的位移所導致的應變與應力，明顯集中於螺栓2-8的螺牙。因此，參數超出H4／H3＝3／8～1／2之範圍的螺栓2-8，恐無法將應變與應力有效傳遞至螺栓2-8的本體部分，其防鬆脫與防崩牙的效果恐出現衰退的情形。

請參照圖21、圖22、圖23及圖24，繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝7／16之參數下之模擬示意圖，其中圖21繪示於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖22繪示於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖23繪示於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖24繪示於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖21～圖24中，由左至右分別為標準螺栓M10、「θ1＝77.5°且H4／H3＝7／16之螺栓2-9」與「θ1＝82.5°且H4／H3＝7／16之螺栓2-10」。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。

圖21與圖22說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖21所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-9及螺栓2-10各自之第一個至第三個螺牙產生有應變的情況。如圖22所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-9及螺栓2-10各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

圖23與圖24說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖23所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-9及螺栓2-10各自之第一個至第三個螺牙產生有應變的情況。如圖24所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-9及螺栓2-10各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

由上可知，相較於標準螺栓M10，各種滿足θ1＝75°～90°且H4／H3＝7／16之參數的螺栓2-9及螺栓2-10各自具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，滿足上述參數的螺栓2-9及螺栓2-10各自可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓2-9及螺栓2-10各自之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，滿足上述參數的螺栓2-9及螺栓2-10各自之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓2-9及螺栓2-10各自之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓2-9及螺栓2-10各自與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓2-9及螺栓2-10不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

請參照圖25、圖26、圖27及圖28，繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝3／8之參數下之模擬示意圖，其中圖25繪示於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖26繪示於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖27繪示於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖28繪示於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖25～圖28中，由左至右分別為標準螺栓M10、「θ1＝77.5°且H4／H3＝3／8之螺栓2-11」與「θ1＝82.5°且H4／H3＝3／8之螺栓2-12」。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。

圖25與圖26說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖25所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-11及螺栓2-12各自之第一個至第三個螺牙產生有應變的情況。如圖26所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-11及螺栓2-12各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

圖27與圖28說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖27所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓2-11及螺栓2-12各自之第一個至第三個螺牙產生有應變的情況。如圖28所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓2-11及螺栓2-12各自約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

由上可知，相較於標準螺栓M10，各種滿足θ1＝75°～90°且H4／H3＝3／8之參數的螺栓2-11及螺栓2-12各自具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，滿足上述參數的螺栓2-11及螺栓2-12各自可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓2-11及螺栓2-12各自之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，滿足上述參數的螺栓2-11及螺栓2-12各自之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓2-11及螺栓2-12各自之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓2-11及螺栓2-12各自與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓2-11及螺栓2-12不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

請參照圖29，繪示本發明之另一實施例之螺栓之剖面局部放大示意圖。

圖29之螺栓4之承重面431之反曲點IP之切線與中心軸CA的夾角θ1為75°～90°，較佳為77.5°～82.5°。牙峰T至牙底B4沿本體41之徑向的垂直距離的差異為牙高H7。反曲點IP至本體41之距離H8為牙高H7之3／8～1／2。

圖29之螺栓4之非承重面432之連接面432a與承重面431之凹曲面431a擬合於相同的幾何曲線OV3。幾何曲線OV3具有對稱軸SA3。對稱軸SA3與牙底B4錯開，且對稱軸SA3與中心軸CA之夾角θ3為銳角。於本實施例中，幾何曲線OV3為橢圓線，但不以此為限。於其他實施例中，幾何曲線OV3亦可為雙曲線之其中一曲線或拋物線等幾何曲線。此外，於其他實施例中，螺栓4之非承重面432之連接面432a與承重面431之凹曲面431a亦可擬合於相同的圓弧線。

請參照圖30、圖31、圖32及圖33，圖30繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖，圖31繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖，圖32繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖，圖33繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

圖30～圖33中，由左至右分別為標準螺栓M10與圖29之螺栓4。於此模擬中，螺母為依照M10JIS標準且螺牙間之牙距為1.5 mm的螺母，一個螺母約跨越五個螺牙。所使用之螺栓4，其H8／H7實質上為0.392，θ1實質上為80.5°。

圖30與圖31說明螺母往下位移0.15 mm的情況。如圖30所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓4之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖31所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第三個螺牙，螺栓4約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

圖32與圖33說明螺母往下位移0.30 mm的情況。如圖32所示，螺母約使標準螺栓M10之第一個至第二個螺牙產生有應變的情況，螺母約使螺栓4之第一個至第五個螺牙產生有應變的情況。如圖33所示，標準螺栓M10約將應力分散至第一個至第四個螺牙，螺栓4約將應力分散至第一個至第五個螺牙。

由上可知，相較於標準螺栓M10，螺栓4具有更多螺牙產生有應變的情況，故有較多個螺牙能產生彈性恢復力以對螺母增加正向力，進而增加摩擦力。因此，螺栓4可在遭遇震動的過程中達到防止鬆脫的效果。再者，螺栓4之眾螺牙所分擔之應力分布較為均勻，故能分散應力，進而達到防止崩牙的效果。

而且，比較螺母之位移為0.15 mm及0.30 mm的情況，螺栓4之螺紋部所產生的應變與所受到的應力皆沒有顯著變化。因此，在螺母因震動而具有相異的位移時，螺栓4之螺紋部的應變與應力皆未有顯著變化，故螺栓4與螺母的摩擦力亦不會有顯著變化，而可認為螺栓4不會受到震動的影響而產生鬆脫的問題。

綜上所述，本發明之一實施例之螺栓，螺栓之螺紋部的承重面為斜率連續之面或具有反曲點，且承重面包含相連的凸曲面及凹曲面，凸曲面較凹曲面遠離本體，凹曲面觸及本體。藉此，螺紋部能夠於承受力量時順應地產生形變。如此之螺栓在遭遇震動的過程中，螺紋部的彈性恢復力可對於此螺栓所鎖附之元件增加正向力，進而增加摩擦力，以達到防止螺栓鬆脫的效果。此外，還能夠加強螺栓之螺紋部於承受沿螺栓本體中心軸方向之重量負荷時將應力分散的能力，進而達到防止崩牙的效果。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、2、3、4:螺栓 2-1～2-12:螺栓 11、21、31、41:本體 110:連接部 12:頭部 13、23:螺紋部 131、231、331、431:承重面 131a、231a、331a、431a:凹曲面 131a’、231a’、B1’、B2’、IP:投影 131b:凸曲面 131c:承重牙腹面 132、232、332、432:非承重面 132a、232a、332a:連接面 132b:非承重牙腹面 230:體積 8:對鎖件 91、92:零件 B1、B2、B3、B4:牙底 CA:中心軸 H1、H3、H5、H7:牙高 H2、H4、H6、H8:距離 IP:反曲點 M10:標準螺栓 OV1:第一幾何曲線 OV2:第二幾何曲線 OV3:幾何曲線 P1、P2、P3、P4:投影長度 RB:參考螺栓 SA1:第一對稱軸 SA2:第二對稱軸 SA3:對稱軸 T:牙峰 θ1、θ2、θ3:夾角

圖1繪示本發明之一實施例之螺栓之剖面示意圖。 圖2繪示圖1之螺栓之剖面局部放大示意圖。 圖3繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖4繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖5繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖6繪示比較標準螺栓、參考螺栓與圖1之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。 圖7繪示本發明之另一實施例之螺栓之剖面局部放大示意圖。 圖8繪示本發明之另一實施例之螺栓之剖面局部放大示意圖。 圖9繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖10繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖11繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖12繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。 圖13繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝75°、77.5°、80.5°、82.5°、90°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖14繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝75°、77.5°、80.5°、82.5°、90°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖15繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝75°、77.5°、80.5°、82.5°、90°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖16繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝75°、77.5°、80.5°、82.5°、90°且H4／H3＝1／2之參數下於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。 圖17繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8、7／16、1／2、5／8之參數下於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖18繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8、7／16、1／2、5／8之參數下於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖19繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8、7／16、1／2、5／8之參數下於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖20繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝80.5°且H4／H3＝3／8、7／16、1／2、5／8之參數下於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。 圖21繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝7／16之參數下於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖22繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝7／16之參數下於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖23繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝7／16之參數下於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖24繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝7／16之參數下於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。 圖25繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝3／8之參數下於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖26繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝3／8之參數下於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖27繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝3／8之參數下於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖28繪示比較標準螺栓與圖7之螺栓於θ1＝77.5°、82.5°且H4／H3＝3／8之參數下於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。 圖29繪示本發明之另一實施例之螺栓之剖面局部放大示意圖。 圖30繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應變模擬示意圖。 圖31繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.15 mm時之應力模擬示意圖。 圖32繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應變模擬示意圖。 圖33繪示比較標準螺栓與圖29之螺栓於螺母位移0.30 mm時之應力模擬示意圖。

1:螺栓

11:本體

110:連接部

12:頭部

13:螺紋部

131:承重面

132:非承重面

8:對鎖件

91、92:零件

CA:中心軸

Claims (20)

1. 一種螺栓，包括：一本體，具有一中心軸；一頭部，設置於該本體之一端；以及一螺紋部，沿該中心軸螺旋圍繞且連接於該本體，該螺紋部具有一承重面朝向該頭部，該承重面為一斜率連續之面，該承重面包括一凹曲面、一凸曲面及一承重牙腹面，該凹曲面觸及該本體，該凸曲面較該凹曲面遠離該本體，該凸曲面之一側與該凹曲面相連且該凸曲面之另一側與該承重牙腹面相連。
2. 如請求項1所述之螺栓，其中該凸曲面與該凹曲面之交接處之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°。
3. 如請求項2所述之螺栓，其中該凸曲面與該凹曲面之交接處之一切線與該中心軸的夾角為77.5°～82.5°。
4. 如請求項1所述之螺栓，其中該螺紋部至該本體之最遠距離為一牙高，該凸曲面與該凹曲面之交接處之至該本體之距離為該牙高之3／8～1／2。
5. 如請求項4所述之螺栓，其中該凸曲面與該凹曲面之交接處之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°。
6. 如請求項1所述之螺栓，其中該螺紋部更具有一非承重面，該非承重面背向該頭部，該非承重面包括一連接面及一非承重牙腹面，該連接面之一側觸及該本體且該連接面之另一側與該非承重牙腹面相連，該凹曲面擬合於一第一幾何曲線，該連接面擬合於一第二幾何曲線，該第一幾何曲線相異於該第二幾何曲線，該承重面至該中心軸之投影長度等於或小於該非承重面至該中心軸之投影長度。
7. 如請求項6所述之螺栓，其中該凸曲面與該凹曲面之交接處之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°，該螺紋部至該本體之最遠距離為一牙高，該凸曲面與該凹曲面之交接處之至該本體之距離為該牙高之3／8～1／2。
8. 如請求項6所述之螺栓，其中該第一幾何曲線具有一第一對稱軸，該第二幾何曲線具有一第二對稱軸，該第一對稱軸及該第二對稱軸實質上垂直於該中心軸，該第一對稱軸及該第二對稱軸重合。
9. 如請求項1所述之螺栓，其中該螺紋部更具有一非承重面，該非承重面背向該頭部，該非承重面包括一連接面及一非承重牙腹面，該連接面之一側觸及該本體且該連接面之另一側與該非承重牙腹面相連，該連接面及該凹曲面擬合於相同的一幾何曲線，該承重面至該中心軸之投影長度等於或小於該非承重面至該中心軸之投影長度。
10. 如請求項9所述之螺栓，其中該凸曲面與該凹曲面之交接處之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°，該螺紋部至該本體之最遠距離為一牙高，該凸曲面與該凹曲面之交接處之至該本體之距離為該牙高之3／8～1／2。
11. 一種螺栓，包括：一本體，具有一中心軸；一頭部，設置於該本體之一端；以及一螺紋部，沿該中心軸螺旋圍繞且連接於該本體，該螺紋部具有一承重面朝向該頭部，該承重面具有一反曲點，該承重面包括一凹曲面、一凸曲面及一承重牙腹面，該凹曲面觸及該本體，該凸曲面較該凹曲面遠離該本體，該凸曲面之一側經由該反曲點與該凹曲面相連且該凸曲面之另一側與該承重牙腹面相連。
12. 如請求項11所述之螺栓，其中該反曲點之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°。
13. 如請求項12所述之螺栓，其中該反曲點之一切線與該中心軸的夾角為77.5°～82.5°。
14. 如請求項11所述之螺栓，其中該螺紋部至該本體之最遠距離為一牙高，該反曲點至該本體之距離為該牙高之3／8～1／2。
15. 如請求項14所述之螺栓，其中該反曲點之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°。
16. 如請求項11所述之螺栓，其中該螺紋部更具有一非承重面，該非承重面背向該頭部，該非承重面包括一連接面及一非承重牙腹面，該連接面之一側觸及該本體且該連接面之另一側與該非承重牙腹面相連，該凹曲面擬合於一第一幾何曲線，該連接面擬合於一第二幾何曲線，該第一幾何曲線相異於該第二幾何曲線，該承重面至該中心軸之投影長度等於或小於該非承重面至該中心軸之投影長度。
17. 如請求項16所述之螺栓，其中該反曲點之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°，該螺紋部至該本體之最遠距離為一牙高，該反曲點至該本體之距離為該牙高之3／8～1／2。
18. 如請求項16所述之螺栓，其中該第一幾何曲線具有一第一對稱軸，該第二幾何曲線具有一第二對稱軸，該第一對稱軸及該第二對稱軸實質上垂直於該中心軸，該第一對稱軸及該第二對稱軸重合。
19. 如請求項11所述之螺栓，其中該螺紋部更具有一非承重面，該非承重面背向該頭部，該非承重面包括一連接面及一非承重牙腹面，該連接面之一側觸及該本體且該連接面之另一側與該非承重牙腹面相連，該連接面及該凹曲面擬合於相同的一幾何曲線，該承重面至該中心軸之投影長度等於或小於該非承重面至該中心軸之投影長度。
20. 如請求項19所述之螺栓，其中該反曲點之一切線與該中心軸的夾角為75°～90°，該螺紋部至該本體之最遠距離為一牙高，該反曲點至該本體之距離為該牙高之3／8～1／2。

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