專利名稱：在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械零件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在螺栓螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體， 由在各種機(jī)械、構(gòu)造物、器具等部件之間起連接作用的螺栓和螺母組合形成，特別是用于可 動(dòng)的、承受外部振動(dòng)的部件連接處不易松動(dòng)、疲勞斷裂等現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
螺栓普遍使用的三角螺紋，螺紋面的摩擦力大，可達(dá)到強(qiáng)力緊固；另一方面，還具有一 個(gè)特點(diǎn)即便是一度緊固的螺栓， 一簡(jiǎn)單的工具也可容易的使其松動(dòng)、分解。但是，即使是 強(qiáng)力緊固的螺栓，在長(zhǎng)期緊固使用過程中，外力的大小不斷變化，并施加在螺栓上，此時(shí)， 螺栓和螺母在松動(dòng)方向上旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生松動(dòng)， 一旦松動(dòng)，如不重新修理該部分，其后反復(fù)外力 會(huì)將過大的應(yīng)力施加于螺栓上，結(jié)果導(dǎo)致螺栓斷裂，另外，螺栓和螺母的組合， 一方面螺栓 根部在使用期間產(chǎn)生張力， 一方面螺母會(huì)產(chǎn)生壓縮力，在螺栓發(fā)生疲勞斷裂的時(shí)候，螺母的 端面由于張力的作用損壞。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上存在的問題，本發(fā)明提供一種在螺栓螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的該螺栓結(jié)合體包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓頭部、圓柱 部和螺紋部，螺紋部由不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成，螺母的螺距Pn略大 于螺栓的螺距Pb，并且滿足關(guān)系式2xl(T^ (P「Pb) /Pb52xl(T2。
所述的螺栓與其連接件螺母的螺合位置，滿足下式時(shí)獲得良好的螺合狀態(tài)，螺紋牙除去 部與螺栓連接件螺母的螺合長(zhǎng)度a與螺母高度H的關(guān)系為^ (0.5~0.8) H，螺紋部從螺紋根 部開始螺紋被斜向除去一部分，這部分形成錐臺(tái)形的螺紋牙除去部，由錐臺(tái)形螺紋牙除去部 的最小徑處向圓柱部緩慢呈圓弧狀擴(kuò)徑而形成不完全螺紋部，在此位置可避免產(chǎn)生應(yīng)力集中， 能夠保持錐臺(tái)形螺紋牙除去部所帶來的改善疲勞強(qiáng)度的效果。
所述的螺栓材料硬度Hb和粗螺紋螺母的材料硬度Hn的關(guān)系為Hn= (0.4~0.9) Hb。
增大螺栓的螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面半徑R，并用沖擊力對(duì)圓柱部和螺栓頭 部連接處的圓弧面進(jìn)行局部塑性加工。
增大螺栓的圓柱部和螺栓頭部連接處的圓弧面半徑R是在圓柱部直徑相同的情況下，螺 栓的螺栓頭部和圓柱部的過渡部分的圓弧面半徑R是工業(yè)規(guī)格ISO中規(guī)定的圓弧半徑的 1.5~3倍。所述的用沖擊力對(duì)圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面進(jìn)行局部塑性加工，是采用鋼球?qū)A 弧面進(jìn)行沖擊處理，鋼球的射出速度為50~200m/s，沖擊受處理面積為150%~400%。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過在濕度范圍內(nèi)調(diào)整螺栓和螺母的螺距差，防松效果明 顯，在連接狀態(tài)下施加反復(fù)變動(dòng)應(yīng)力也不會(huì)造成松動(dòng)和疲勞損壞，能確實(shí)維持連接狀態(tài)，具 備極好的抗馳緩性及耐疲勞性，可適用于反復(fù)應(yīng)力作用的場(chǎng)所，在產(chǎn)業(yè)上具有極高的可用性。
圖1為本發(fā)明的螺栓結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的局部放大圖中圖中l(wèi)螺栓頭部，2螺栓圓柱部，3不完全螺紋部，4螺紋部，5螺紋牙除去部。
具體實(shí)施例方式
例l:如圖l、 2所示，為螺栓結(jié)構(gòu)示意圖，采用具有ISO所規(guī)定的M16的螺栓，螺栓 包括螺栓頭部l、螺栓圓柱部2和螺紋部4，螺紋部4由部完全螺紋部3、螺紋除去部5和完 全螺紋部組成，螺栓的螺距Pb為2lM，螺紋部從螺紋根部被斜向除去一部分，形成錐臺(tái)形的 螺紋牙除去部5，螺紋牙除去部5各牙頂?shù)倪B線與螺栓軸線的角度為7%±1%，螺桿越長(zhǎng)夾角 越小；由錐臺(tái)形螺紋牙除去部5的最小徑處向螺栓圓柱部2緩慢呈圓弧狀擴(kuò)徑而形部完全螺 紋部3;螺栓結(jié)合體螺母的螺距Pn為2.007 mm,由于螺栓和螺母的螺距不同，兩者合為一體 旋轉(zhuǎn)時(shí)，部容易發(fā)生松動(dòng)，在螺合狀態(tài)下，螺母的螺紋對(duì)螺栓的螺紋產(chǎn)生壓縮力和螺栓、螺 母間的適度摩擦力，可以使螺栓不容易損壞，在松動(dòng)方向也賦予很大阻力，即便從外部施加 變動(dòng)應(yīng)力，也可保持良好的防松動(dòng)性能，也確實(shí)能抑制長(zhǎng)期使用后由外力引發(fā)的松動(dòng)，防止 因松動(dòng)造成的事故，具有很高的可靠性和支持性。
螺母與螺栓螺合時(shí)，螺栓的錐臺(tái)形螺紋牙除去部5各螺紋的高度，與分?jǐn)偟谋砻鎵毫Τ?反比遞減，從而使錐臺(tái)形螺紋牙除去部5各螺紋所承受的負(fù)荷均一化，可緩和集中在螺母的 內(nèi)側(cè)端面區(qū)域的錐臺(tái)形螺紋牙除去部5的螺紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓的 疲勞強(qiáng)度，根據(jù)被連接體的厚度來選擇螺栓的長(zhǎng)度，并在必要時(shí)使用墊片，從而能夠?qū)⒙菽?調(diào)節(jié)到最佳位置，獲得良好的螺合狀態(tài)，此時(shí)螺母以全長(zhǎng)的80%與螺栓的錐臺(tái)形螺紋牙除去 部5相螺合，使錐臺(tái)形螺紋牙除去部5的螺紋牙僅接觸易彎曲螺母的螺紋牙的前端，從而能 夠減少接觸面積，緩和不完全接觸狀態(tài)，大幅度減少距離危險(xiǎn)斷面近的、在錐臺(tái)形螺紋牙除 去部5螺紋牙根處的應(yīng)力，具有可靠的疲勞強(qiáng)度和有效的防松性能。
螺栓選用材料SCNM630，硬度Hb為300，螺母材料為S20C，粗螺紋螺母的硬度Hn為170，使得螺栓和螺母在螺合過程中接觸面積增大，減小應(yīng)力集中，還提高了疲勞強(qiáng)度；將螺 栓圓柱部2和螺栓頭部1連接處的圓弧面半徑R增大到1.0咖，并對(duì)螺栓圓柱部2與螺栓頭 部1連接處的圓弧面用鋼球進(jìn)行沖擊處理，鋼球的沖擊速度為100 m/s，沖擊受處理面積為 300%，不僅使組織細(xì)化，產(chǎn)生了壓縮殘余應(yīng)力，硬度硬化，增大了疲勞強(qiáng)度，另外還提高了 螺栓的使用壽命。
把這些螺栓和螺母連接在夾具上，使用轉(zhuǎn)矩扳手，設(shè)想為在實(shí)際環(huán)境中，用緊固扳手緊 固15Nm后，進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，并評(píng)價(jià)螺栓鏈接替的耐疲勞強(qiáng)度和抗弛緩性。疲勞實(shí)驗(yàn)的機(jī)械 為EHFIO，實(shí)驗(yàn)的平均應(yīng)力為230MPa，反復(fù)速度為10Hz，螺栓的疲勞極限定義為2 xlO"火反復(fù)時(shí)間強(qiáng)度。
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，螺栓的疲勞極限強(qiáng)度為llOMPa，比一般的螺栓疲勞極限強(qiáng)度值(lOOMPa) 高很多；許多機(jī)械加工的放松螺栓的疲勞強(qiáng)度值為50MPa，而本發(fā)明的螺栓顯示了更好的疲 勞極限。另外，在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)受反復(fù)施加的變動(dòng)應(yīng)力而沒有松動(dòng)的螺栓，表明了其具備良好的 抗弛緩性。
權(quán)利要求
1、一種在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，該螺栓結(jié)合體包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓頭部、螺栓圓柱部和螺紋部，螺紋部由不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成，其特征在于螺母的螺距Pn略大于螺栓的螺距Pb，并且滿足關(guān)系式2×10-3≤(Pn-Pb)/Pb≤2×10-2。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，其特征在于所述的螺栓 與其連接件螺母的螺合位置，滿足下式時(shí)獲得良好的螺合狀態(tài)，螺紋牙除去部與螺栓連接 件螺母的螺合長(zhǎng)度a與螺母高度H的關(guān)系為a- (0.5~0.8) H。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，其特征在于所述的螺栓 的材料硬度Hb和粗螺紋螺母的材料硬度Hn的關(guān)系為H^ (0.4~0.9) Hb。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，其特征在于所述的增大 螺栓的螺栓頭部和螺栓圓柱部的過渡部分圓弧面半徑R，并用沖擊力對(duì)螺栓圓柱部和螺栓頭 部連接處的圓弧面進(jìn)行局部塑性加工。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，其特征在于所述的圓弧 面半徑R是工業(yè)規(guī)格ISO中規(guī)定的圓弧面半徑的1.5~3倍。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在螺栓和螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，其特征在于所述的用沖 擊力對(duì)螺栓圓柱部和螺栓頭連接處的圓弧面進(jìn)行局部塑性加工，是采用鋼球?qū)A弧面進(jìn)行 沖擊處理，鋼球的射出速度為50~200m/s，沖擊受處理面積為150%~400%。
全文摘要
在螺栓螺母間存在螺距差的螺栓結(jié)合體，屬于機(jī)械零件技術(shù)領(lǐng)域，包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓頭部、螺栓圓柱部和螺紋部，螺紋部由不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成，螺母的螺距P<sub>n</sub>略大于螺栓的螺距P<sub>b</sub>，并且滿足關(guān)系式2×10<sup>-3</sup>≤(P<sub>n</sub>-P<sub>b</sub>)/P<sub>b</sub>≤2×10<sup>-2</sup>。本發(fā)明中通過在濕度范圍內(nèi)調(diào)整螺栓和螺母的螺距差，防松效果明顯，在連接狀態(tài)下施加反復(fù)變動(dòng)應(yīng)力也不會(huì)造成松動(dòng)和疲勞損壞，能確實(shí)維持連接狀態(tài)，具備極好的抗馳緩性及耐疲勞性，可適用于反復(fù)應(yīng)力作用的場(chǎng)所，在產(chǎn)業(yè)上具有極高的可用性。
文檔編號(hào)F16B31/06GK101576113SQ20091001103
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者孫中強(qiáng), 西田新一 申請(qǐng)人:孫中強(qiáng)