專利名稱：用于低延展性材料中的自攻螺釘?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1所述的螺紋，特別是分別用于自攻螺釘或螺母的螺紋；本發(fā)明還涉及一種用于緊固裝置的、如權(quán)利要求14和20分別所述的相應(yīng)的螺釘和螺母。
具體地說，本發(fā)明涉及一種新穎的和改進(jìn)的螺紋結(jié)構(gòu)，特別是它具有非三角形或非梯形的螺紋輪廓；每個螺紋具有側(cè)面，它們是前螺紋面和后螺紋面，其中所述的前螺紋面和后螺紋面其中至少一個設(shè)置成具有第一半徑的凸曲率。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種用在帶有外螺紋或內(nèi)螺紋的螺紋成形緊固裝置上的、改進(jìn)的螺紋結(jié)構(gòu)，它用于改善在匹配元件或錨定材料中產(chǎn)生的內(nèi)部作用力的分布，所述的匹配元件或錨定材料包括通過螺紋成形緊固裝置所形成的、互補(bǔ)成形的內(nèi)螺紋或外螺紋。這種緊固裝置可用來改善連接結(jié)構(gòu)的性能，該連接結(jié)構(gòu)包括尤其可以歸屬于低延展性材料的錨定材料，以及包括一個按照本發(fā)明實施例的自攻螺釘。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都認(rèn)識到，傳統(tǒng)的螺紋成形的自攻螺釘或螺紋滾壓螺釘，當(dāng)它被用在低延展性材料中以產(chǎn)生相配合的內(nèi)螺紋時，它在安裝和使用中具有有限的可靠性。
對于已知的螺紋緊固件技術(shù)，外螺紋緊固件的輪廓被專門構(gòu)造成用來通過材料的移位而產(chǎn)生出相配合的內(nèi)螺紋。簡單地舉例來說，當(dāng)把這種外螺紋緊固件插到普通口徑的導(dǎo)向孔中，并在外螺紋緊固件和帶有普通口徑導(dǎo)向孔的配合元件之間施加一個旋轉(zhuǎn)作用時，該配合元件的普通口徑導(dǎo)向孔的表面上冷卻成形出或擠壓出內(nèi)螺紋。于是，一個沿著外螺紋緊固件運(yùn)動方向的額定軸向力便轉(zhuǎn)向作用于配合元件的普通口徑導(dǎo)向孔的表面。理想的情況是，元件的材料不會因為內(nèi)螺紋的冷卻成形而從元件上被切下或剝落。為此，當(dāng)通過這種螺紋成形緊固件來組裝具有低延展性的材料時，材料沿著緊固件軸線方向的流動是應(yīng)當(dāng)避免的。
另外，一般公知的螺紋幾何形狀是三角形或梯形的橫截面形狀，它所包含的螺紋齒側(cè)角是60°或小于60°。眾所周知，使用這種幾何形狀的螺紋，通過一種自攻的或滾壓出螺紋的螺紋成形裝置，以此在諸如鎂合金等低延展性的錨定材料中成形出相匹配的內(nèi)螺紋，會產(chǎn)生匹配螺紋的結(jié)構(gòu)完整性問題。
尤其是可以看到，錨定材料中所形成的內(nèi)螺紋受到擦傷、錨定材料層的贅物，并產(chǎn)生碎屑和裂縫等不利于組裝的情況?？梢钥吹?，普通口徑導(dǎo)向孔的鄰近于螺釘入口端的一部分錨定材料發(fā)生破碎或撕裂。這些效果表示在圖7中，圖中詳細(xì)表示了現(xiàn)有技術(shù)的連接結(jié)構(gòu)700。一個帶有已知螺紋幾何結(jié)構(gòu)的螺釘710與一個假定具有低延展性的錨定材料720相配合。如圖中所見，由于螺釘710引向錨定材料720的作用力，錨定材料向下朝著螺紋側(cè)面移動，堆積成贅物730。低延展性材料720的這些贅物730將發(fā)生破碎或撕斷，尤其是在重復(fù)性使用中，例如為了維修而多次和周期的拆卸和反復(fù)連接，就更是如此，因此產(chǎn)生碎屑和裂縫。
此外，當(dāng)普通口徑孔成為所謂“穿透孔”的形式時，例如該孔連通了錨定材料中用來容納油或其它類似液體的型腔時，或者該普通口徑導(dǎo)向孔侵入到含有電氣設(shè)備的區(qū)域時，安裝組件會發(fā)生故障，甚至可能對安裝組件產(chǎn)生致命的損害。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還進(jìn)一步認(rèn)識到，這些不利的現(xiàn)象是在對自攻螺釘施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使該螺釘相對于錨定材料的導(dǎo)向孔產(chǎn)生軸向移動時，錨定材料上的應(yīng)力和應(yīng)變所引起的。
上面作為舉例所述的、用于通過材料的移位而產(chǎn)生出匹配互補(bǔ)螺紋的螺紋滾壓螺釘，也可以容易地應(yīng)用于一個旋擰在普通螺栓上的螺紋滾壓螺母。
歐洲專利0 553 907公開了一種螺紋成形螺釘800，它表示在圖8中，用于在諸如鎂等的低延展性材料所構(gòu)成的工件中冷卻成形出內(nèi)螺紋。該螺釘主要是利用壓力而在工件中形成內(nèi)螺紋。該螺釘具有一個帶有進(jìn)入端和頭部端的螺釘桿。在螺釘桿上設(shè)有外螺紋。該外螺紋確定了一種螺紋輪廓，其角度大約在90°-120°范圍。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)自攻作業(yè)形成內(nèi)螺紋時，主要產(chǎn)生了對低密度錨定材料的壓力。雖然這種朝向增加螺紋輪廓角度(超過60°)的方式能夠提高組裝后的配合螺紋的承載能力，但它不能消除諸如與裂縫和材料破碎等相關(guān)聯(lián)的損害安裝組件的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種用于形成螺紋的螺紋緊固件上的螺紋，它在該螺紋緊固件所緊固的錨定元件的材料上提供作用力分布，從而最大可能范圍地避免了由于內(nèi)、外螺紋的冷卻成形而從錨定元件上切下或剝落下元件材料。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是要提供一種螺紋緊固件系統(tǒng)，因而螺釘上新型的螺紋幾何輪廓，通過自攻原理將產(chǎn)生出相匹配的螺紋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅能夠提供比現(xiàn)有緊固系統(tǒng)提高的組裝特性，而且能夠減少和/或消除碎屑、裂縫和其它碎片等，這些是在由鎂合金等低延展性錨定材料構(gòu)成的元件中成形出相匹配的內(nèi)螺紋時所明顯存在的。
為此，提供一種帶前螺紋面和后螺紋面的具有非三角形輪廓的螺紋，其中所述的前螺紋面和后螺紋面中至少一個設(shè)置成具有第一半徑的凸曲率，非三角形螺紋輪廓的頂部也具有凸曲率并具有第二半徑，其中，第一半徑值與第二半徑值不相等。
第一半徑最好大于第二半徑。這種螺紋可用于滾壓成形螺紋的螺釘或螺母中，尤其是用于鎂或鎂合金等低延展性的材料中。
兩個連續(xù)的非三角形螺紋輪廓之間的螺紋基部或根部是具有第三半徑的凹曲率，從而可以降低凹口效果和應(yīng)力集中，因此，設(shè)有本發(fā)明螺紋的螺釘或螺母，與現(xiàn)有技術(shù)中相同尺寸的螺釘或螺母相比，可以承受更大的應(yīng)力。
第三半徑的值最好小于第一半徑的值，最好也小于第二半徑的值。
另外，具有凸曲率的前螺紋面或后螺紋面至少其中之一與非三角形螺紋輪廓的頂部之間的過渡是連續(xù)的。有利的是，通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，作用于配合元件的螺紋力較之現(xiàn)有技術(shù)的螺紋有更大的分力垂直于配合元件。因此，當(dāng)本發(fā)明的螺紋緊固件進(jìn)行緊固時，在匹配螺紋的成形過程中，主要是壓力作用于配合的材料和只有很小的剪切力作用于該配合的材料。由于低延展性材料的耐壓強(qiáng)度大于其剪切強(qiáng)度，這種材料更容易承受壓力，與剪切力相比，壓力產(chǎn)生的破壞效果較小。另外，具有凸曲率的前螺紋面或后螺紋面至少其中之一、與連續(xù)的兩個非三角形螺紋輪廓間的螺紋基部或底部之間的過渡是連續(xù)的。
在本發(fā)明螺紋的第一實施例中，非三角形螺紋輪廓的前螺紋面和后螺紋面成形為相互對稱。在另一個特別是與較好延展性材料相關(guān)的實施例中，也可能使非三角形螺紋輪廓的前螺紋面和后螺紋面相互不對稱。在不對稱的情況下，按照應(yīng)用場合的需要，至少在局部上也可能具有一個平的甚至是凹的螺紋面。
作為按照本發(fā)明螺紋的特征，螺距值的范圍最好是螺紋公稱直徑的0.15-0.5倍。在葉片狀(lobular)橫截面螺釘?shù)那闆r下，以葉片狀橫截面的邊界圓來確定其直徑。
根據(jù)前述的螺距值優(yōu)選范圍，用以確定螺釘或螺母上的本發(fā)明螺紋的其它參數(shù)可以推導(dǎo)如下-螺紋輪廓的第一半徑最好是螺距值的0.8-1.2倍；-螺紋輪廓的深度是螺距值的0.4-0.65倍；-螺紋輪廓的第二半徑大約等于螺距值的0.1倍；-螺紋輪廓的第三半徑大約等于螺距值的0.08倍。
通過將本發(fā)明的方案分別應(yīng)用于螺紋滾壓螺釘或螺紋滾壓螺母，就提供了用于螺紋緊固件系統(tǒng)的螺釘和螺母。在這種螺紋緊固件系統(tǒng)中，螺釘或螺母分別包括按照本發(fā)明所設(shè)計的非三角形的外螺紋或內(nèi)螺紋。
這種緊固件系統(tǒng)的螺釘包括本發(fā)明的外螺紋，并且具有圓形的橫截面面積或稱橫截面。另一方面，相應(yīng)的螺母具有圓形橫截面的內(nèi)螺紋。然而，螺釘?shù)穆菁y也可以具有非圓形的、葉片狀的橫截面，其中最好是三凸角的橫截面。由于這種葉片狀的橫截面設(shè)計，在將設(shè)有本發(fā)明螺紋的螺釘旋擰入到配合元件之中或之上后，它具有較高的抗振動能力。
為了在組裝時更好地進(jìn)行操作，該螺釘在其尖端處有一個導(dǎo)入部，以便使螺釘更容易插入到螺釘將要擰入其中的配合元件的普通口徑導(dǎo)向孔中。導(dǎo)入部的長度最好是螺釘螺距的2.0倍。
總之，賦予螺釘上的螺紋輪廓的本發(fā)明的特征在于，所述螺紋輪廓最好是非三角形的和/或非梯形的，以及該螺紋輪廓具有以至少兩個由本發(fā)明定義的半徑所展成的、確定的和結(jié)構(gòu)的弧形。按照本發(fā)明所要實現(xiàn)的發(fā)明目的，使所述的直少兩個半徑與其它組裝條件相結(jié)合。


通過下面結(jié)合附圖對一個優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明上面的以及其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。應(yīng)當(dāng)注意，在各個附圖中，諸數(shù)字標(biāo)記按照該附號的最大有效數(shù)字進(jìn)行標(biāo)記。所有的附圖旨在說明本發(fā)明的某些方面或某些實施例。此外，還應(yīng)當(dāng)注意，在不同的實施例中，只對區(qū)別之處進(jìn)行詳細(xì)描述。不言而喻，并非對所有的變化形式和實施方案都進(jìn)行了描述，因此，本發(fā)明并不局限于附圖所示的內(nèi)容。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中圖1是帶有本發(fā)明實施例的螺紋的自攻螺釘?shù)氖疽鈭D；圖2是螺釘體的橫截面示意圖，表示了圖1螺釘?shù)耐扑]的葉片狀橫截面；圖3是圖1螺釘?shù)穆菁y輪廓的局部放大圖；，圖4是圖1螺釘和圖3局部輪廓中的一段螺紋的詳細(xì)示意圖，圖中表示了特定的設(shè)計參數(shù)；圖5示意性表示了本發(fā)明螺紋輪廓的效果，并且涉及到所產(chǎn)生的作用于配合元件的材料上的額定作用力；其中的螺紋輪廓相對于螺釘中心軸線的垂線是對稱的；圖6示意性表示了本發(fā)明螺紋輪廓的效果，并且涉及到所產(chǎn)生的作用于配合元件的材料上的額定作用力；其中的螺紋輪廓相對于螺釘中心軸線的垂線是不對稱的；圖7是現(xiàn)有技術(shù)的示意圖，它表示了已知結(jié)構(gòu)的梯形螺紋所遇到的問題；圖8是按照歐洲專利EP 0 553 907中的螺紋輪廓的現(xiàn)有技術(shù)的示意圖，其中表示了與碎屑、裂縫和爆皮等有關(guān)的始終存在的問題。
具體實施例方式
本發(fā)明可以有各種形式的實施例，這里詳細(xì)描述并以附圖表示了一些特定的實施例，應(yīng)當(dāng)理解，本說明書旨在對本發(fā)明原理進(jìn)行舉例說明，而不意味著將本發(fā)明局限于這里所示和所述的內(nèi)容。
因此，參見圖1，該圖是具有本發(fā)明實施例螺紋的滾壓螺釘100的示意性側(cè)視圖。螺釘包括螺釘頭110，其中包括凹部112，當(dāng)所述凹部與一個合適的匹配的驅(qū)動工具相接合時，通過該驅(qū)動工具可以施加一個圍繞螺釘軸線109的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與下面所見的螺旋棱一起，提供了一種作用，藉此使得該螺釘旋入到與之相配合的錨定材料(未示出)中的普通口徑導(dǎo)向孔中。用于向螺釘提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的驅(qū)動裝置并不局限于內(nèi)凹的驅(qū)動系統(tǒng)，外凸的驅(qū)動系統(tǒng)也是可以采用的。
鄰接于螺釘頭的下方并且沿著螺釘?shù)拈L度方向設(shè)置了螺釘體120，其上設(shè)有螺旋棱或稱之為螺釘螺紋130。所述的螺旋棱或螺釘螺紋制造成這樣的結(jié)構(gòu)。它的輪廓具有詳細(xì)描述的本發(fā)明的幾何形狀，如同隨后參照圖3連同圖1中的圓圈D所含螺紋輪廓130的局部放大視圖。
距離螺釘頭最遠(yuǎn)處并標(biāo)以數(shù)字標(biāo)記140的是螺紋攻入?yún)^(qū)，它設(shè)有導(dǎo)入部，以便在螺釘剛開始使用時，易于找到螺釘孔和插入到孔中。在該具體實施例中，這個導(dǎo)入部包含兩個螺距145。在這個實施例中所說的螺距是指某一個螺旋上的選定點(diǎn)與相鄰螺旋上相同位置的點(diǎn)之間的距離。
按照本發(fā)明的實施例，螺釘?shù)穆菁y螺距選定為螺釘公稱外徑108的0.15-0.5倍。
換句話說，鄰接于螺釘頭110的是螺釘桿120，它設(shè)有本發(fā)明的改進(jìn)的螺紋輪廓130，隨后將結(jié)合圖3連同圖1中的圓圈D所含螺紋輪廓130的局部放大視圖，對該螺紋輪廓予以更詳細(xì)的描述。螺紋輪廓130分別包括螺紋頂部132，以及螺紋底部或稱之為根部134。圖1的螺釘100在其螺釘頭110的相反端具有導(dǎo)入端140，它能夠容易地插入到圖1中未示出的相應(yīng)的應(yīng)用件的導(dǎo)入孔中。這個實施例中的螺釘100的導(dǎo)入端140包含了螺紋輪廓130中的兩圈螺紋，或者說兩個完整回轉(zhuǎn)，它相應(yīng)于螺釘100的兩個螺距的長度，其中螺距定義為兩個相鄰螺紋頂點(diǎn)132之間的、或者兩個連續(xù)螺紋根部134之間的距離。按照本發(fā)明，螺紋的螺距值選定為螺紋公稱外徑108的0.15-0.5倍。具有本發(fā)明螺紋輪廓130的螺釘100的結(jié)構(gòu)也可以包括葉片狀的橫截面，或者任何的能夠用來在外螺紋螺釘100的組裝中有效地形成內(nèi)螺紋的其它形式。典型的多角形葉片狀橫截面螺釘?shù)睦?，表示在圖2的端視圖中。
圖2示意性表示了一種葉片的形狀，其中沿著橫截面的周邊有三個相等間隔的凸角(Lobes)210，212，214。凸角的數(shù)量并不局限于三個，當(dāng)它用在鎂合金和其它低延展性材料中用于支撐住緊固件實體時，可以采用任何的奇數(shù)個的凸角。
在授予Phippard，jr的美國專利US 3,195,156和隨后相應(yīng)的國際申請中，清楚地論述了滾壓螺紋自攻螺釘?shù)娜~片狀橫截面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。例如，所推薦的三個凸角的橫截面對于某些應(yīng)用中；比如汽車部件中；所發(fā)生的振動提供了更好的抵抗作用，這種振動會使得螺釘連接產(chǎn)生松動。
換句話說，圖2示意性地表示了圖1中螺釘100的葉片狀橫截面200的平面圖。從橫截面200可以清楚地看到圖1的螺釘100具有三凸角210，212，214，它們布置成其中每兩個凸角之間具有大致為120°的角度。相應(yīng)于凸角的數(shù)量，具有所示橫截面的螺釘也稱作三凸角螺釘。虛線圓220對應(yīng)了三凸角橫截面的相應(yīng)的周邊。由此，三凸角的橫截面對于某些應(yīng)用中；比如汽車部件中；所發(fā)生的振動提供了更好的抵抗作用，這種振動會使得螺釘連接產(chǎn)生松動。
參見圖3，它更加詳細(xì)地表示了圖1中圓圈D表示的螺釘100的螺紋輪廓300。點(diǎn)劃線310相當(dāng)于螺釘?shù)膶ΨQ軸線。同樣在圖3中，可以清楚地辨認(rèn)出用在低延展性材料中的螺釘?shù)母倪M(jìn)的螺紋輪廓300。它具有螺紋頂部342和螺紋根部344，它們通過本發(fā)明螺釘?shù)谝粚嵤├膶ΨQ的螺紋面320相互連接。相應(yīng)于圖3中由點(diǎn)劃線310一端的箭頭所示的運(yùn)動方向，當(dāng)螺釘插入到普通口徑導(dǎo)向孔中之后，面朝著運(yùn)動方向的螺紋面是前螺紋面322，相反的螺紋面是后螺紋面324。應(yīng)當(dāng)注意，隨著下面對其它實施例的描述，本發(fā)明并不局限于對稱結(jié)構(gòu)的螺紋面320。
在圖4中，它表示了按照本發(fā)明構(gòu)造的螺釘外螺紋輪廓的一個螺釘螺紋400的放大截面圖，即，螺紋400對應(yīng)于圖1中的螺釘100的螺紋輪廓300。螺釘螺紋400的截面取自于成形在螺釘外表面上的螺紋400的相鄰的兩圈螺紋，或者說取自于螺紋的兩次回轉(zhuǎn)。螺距p標(biāo)示為相鄰兩圈螺紋的中心460，462之間的距離，它與上面所述的關(guān)于螺紋的兩個連續(xù)螺紋頂部所定義的螺距相等。將螺紋深度TD制造成螺距的0.4-0.65倍。
按照本發(fā)明，螺釘螺紋400的螺紋輪廓由半徑R展成，半徑R設(shè)計成使螺紋輪廓對稱于假想的對稱軸線PA。作為本發(fā)明螺紋的第一半徑R的值設(shè)定為等于螺距p的0.8-1.2倍。
螺釘螺紋400具有從螺紋根部444延伸出來并終止于螺紋頂部442的螺紋面420。螺紋頂部442形成了螺紋面442之間的、且位于螺紋頂部442處的外凸的圓形過渡，它至少是大致外凸的。圓形的螺紋頂部442由半徑r1展成，r1構(gòu)成了本發(fā)明螺紋的第二半徑，且設(shè)定為大致等于螺距p的0.1倍。半徑r1設(shè)計成使得圓形的螺紋頂部442也對稱于假想的對稱軸線PA。圓形的螺紋頂部442有利地控制和減小了配合的螺紋在低延展性材料中冷卻成形時所產(chǎn)生的剪切力。
此外，還有圓形的螺紋根部444，它形成了連續(xù)螺紋面420之間的、內(nèi)凹的圓形過渡。圓形的螺紋根部444由半徑r2展成，半徑r2構(gòu)成了本發(fā)明螺紋的第三半徑，且設(shè)定為大致等于螺距p的0.08倍。半徑r2設(shè)計成使得圓形的螺紋根部444也對稱于假想的對稱軸線PA。
顯然，半徑r1，r2的中心分別位于螺紋頂部442和螺紋根部444的對稱軸線上。確定了外凸螺紋面420的半徑R的中心，它的定位滿足兩個條件第一，在螺紋頂部442向螺紋面420的過渡點(diǎn)處，確定了螺紋面420的半徑R所示圓的切線，與確定了螺紋頂部442的半徑r1所示圓的切線，兩者基本上是相等的；第二，在螺紋根部444向螺紋面420的過渡點(diǎn)，確定了螺紋面420的半徑R所示圓的切線，與確定了螺紋根部444的半徑r2所示圓的切線，兩者基本上是相等的。在圖4中，所示半徑R表示出它的半徑中心遠(yuǎn)離螺紋面420。連接著螺紋面420兩端處過渡點(diǎn)的連線是該螺紋面420的割線，然后可以發(fā)現(xiàn)，半徑R的中心點(diǎn)位于該割線的對稱軸線上。
再參見圖4，可以清楚地看出，確定了螺紋頂部442、螺紋根部444和本發(fā)明螺紋400的螺紋面420的諸半徑之間的過渡，被設(shè)置成使得螺紋輪廓在其整個長度上是連續(xù)的。換句話說，在螺紋輪廓的整個長度上沒有尖銳的彎折或斷裂。因此，分別通過由本發(fā)明的螺紋所形成的螺釘或螺母將內(nèi)部作用力引入到相應(yīng)的配合元件中，就可以在最大的可能程度上避免相配材料中的應(yīng)力集中。此外，螺紋頂部的半徑形式以及螺紋面的外凸的輪廓形式，在錨定材料中的相配螺紋的自攻成形過程中，便于產(chǎn)生主要是壓力的內(nèi)部作用力。這一特征減小了在其它形式的螺紋輪廓設(shè)計中所存在的任何剪切力的數(shù)值。而且也消除了在鎂合金錨定螺母中因剪切力減小而產(chǎn)生的不利影響，諸如產(chǎn)生出碎屑、毛刺、裂縫或表層贅物。
圖5是一個示意圖，表示了使用自攻原理在配合螺母中產(chǎn)生螺紋時，鎂合金材料中產(chǎn)生的壓縮力的方向。它表明了使用本發(fā)明的改進(jìn)的輪廓結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)點(diǎn)。
該附圖進(jìn)一步表示了螺紋輪廓半徑的伸展，它能夠使光滑的弧形螺紋結(jié)構(gòu)沿著設(shè)有螺紋的螺釘體或螺釘桿的長度都是連續(xù)的。這種連續(xù)的弧形結(jié)構(gòu)能夠有利地避免螺母材料的損壞，不連續(xù)的接觸表面有可能發(fā)生這種損壞。
更具體地，圖5表示了本發(fā)明第一實施例螺釘?shù)囊欢瓮饴菁y500，它用于在元件中冷卻成形出相配合的螺紋。圖中還以黑色箭頭表示了在成形過程中作用在螺紋材料上的作用力。例如，所產(chǎn)生的作用在內(nèi)、外螺紋上的作用力505，它具有沿著配合元件中的普通口徑導(dǎo)向孔的半徑方向的徑向分力510，以及沿著螺釘伸展軸線方向的軸向分力520。隨著曲線接近頂部，軸向分力520減小而徑向壓縮分力增大。
當(dāng)圖5的螺紋旋入到包括鎂等的低延展性材料的元件中時，上面所述和圖5中所示的作用力不會反過來影響到所形成的內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)完整性。有利地避免了元件材料上產(chǎn)生擦傷、裂縫、表層贅物和碎屑，而且元件材料上鄰近普通口徑導(dǎo)向孔的部分也不會破碎或撕裂。此外，內(nèi)螺紋的螺紋頂部附近不會形成裂縫，因而不會破碎。內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)完整性不受損害，因而不會阻礙螺釘螺紋的旋入。
另外，由于螺紋輪廓的連續(xù)形式，所產(chǎn)生的作用力的分布也是連續(xù)的。因此避免了在內(nèi)螺紋的底部附近形成應(yīng)力斷裂。所產(chǎn)生的作用在內(nèi)螺紋上的力的徑向分力值大大增加，也減小了配合元件的螺紋發(fā)生斷裂或撕裂的可能性。因而顯著地提高了內(nèi)螺紋的承載力和可重復(fù)使用性。
圖6示意性表示了本發(fā)明的一個可能的變型，該變型允許螺釘?shù)穆菁y輪廓呈不對稱的形式。然而，應(yīng)當(dāng)清楚地指出，螺紋輪廓的前螺紋面與本發(fā)明前述的所有要素相一致；后螺紋面采用這樣的形式，即沿著帶有螺紋的螺釘桿長度呈連續(xù)的弧形。
與圖5相比，圖6是本發(fā)明的非對稱螺紋結(jié)構(gòu)的一個實例。在圖6中示出了該螺釘實施例的一段外螺紋600，其中外凸形后螺紋面624比外凸形前螺紋面622陡峭更多。因此，通過螺紋面結(jié)構(gòu)的力分解作用可以清楚地看到，極大地減小了所產(chǎn)生的作用力605的徑向分力值610，而所產(chǎn)生的作用力605的軸向分力值620則大大增加。于是，作用在內(nèi)螺紋上的軸向分力620在導(dǎo)向孔和螺釘?shù)姆较蛏咸峁┝烁蟮膲毫?。因此，這種螺紋輪廓可以應(yīng)用于任何需要高夾持力而螺母材料的延展性又允許的場合。
本發(fā)明提出的內(nèi)容能夠用于由常用技術(shù)術(shù)語、例如螺母和螺栓所定義的元件的各個內(nèi)外輪廓部分。利用這些原理的任何的或者所有的安裝過程都將受益于本發(fā)明緊固系統(tǒng)的性能，以便承受較之由大致為三角形的螺紋輪廓所構(gòu)成的傳統(tǒng)系統(tǒng)更大的軸向作用力，而所有其它的要素都相同。
盡管這里詳細(xì)地描述和表示了本發(fā)明的特定實施例，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是在不脫離本發(fā)明的范圍可以對本發(fā)明的各個方面作出各種變化和改型，其中的一些變化和改型是常規(guī)的工程或設(shè)計內(nèi)容，而另一些顯然也只是學(xué)習(xí)本發(fā)明以后作出的。因此，本發(fā)明的范圍并不局限于這里所述的特定實施例的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種螺紋，尤其是分別用于滾壓的或自攻的螺釘(100)或螺母的螺紋，它具有帶前螺紋面(422)和后螺紋面(424)的非三角形的螺紋輪廓(400)，其中所述的前螺紋面(422)和后螺紋面(424)中至少一個設(shè)置成具有第一半徑(R)的凸曲率；其特征在于，所述非三角形螺紋輪廓(400)的頂部(442)也是帶有第二半徑(r1)的凸曲率，其中第一半徑(R)的值與第二半徑(r1)的值不相等。
2.如權(quán)利要求1所述的螺紋，其特征在于，第一半徑(R)大于第二半徑(r1)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的螺紋，其特征在于，設(shè)有凸曲率的前螺紋面(422)或后螺紋面(424)中至少一個與非三角形螺紋輪廓(400)的頂部(442)之間的過渡是連續(xù)的。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的螺紋，其特征在于，兩個連續(xù)的非三角形螺紋輪廓(400)之間的螺紋根部(444)具有第三半徑(r2)的凹曲率。
5.如權(quán)利要求4所述的螺紋，其特征在于，第三半徑(r2)的值小于第一半徑(R)的值，最好也小于第二半徑(r1)的值。
6.如權(quán)利要求4或5所述的螺紋，其特征在于，設(shè)有凸曲率的前螺紋面(422)或后螺紋面(424)中至少一個與兩個連續(xù)的非三角形螺紋輪廓(400)的底部(444)之間的過渡是連續(xù)的。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的螺紋，其特征在于，非三角形螺紋輪廓(400)的前螺紋面(422)和后螺紋面(424)成形為相互對稱。
8.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的螺紋，其特征在于，非三角形螺紋輪廓(400)的前螺紋面(422)和后螺紋面(424)相互不對稱。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的螺紋，其特征在于，螺距(p)的值是螺紋公稱直徑的0.15-0.5倍。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的螺紋，其特征在于，螺紋輪廓(400)的第一半徑(R)的值是螺紋螺距(p)的0.8-1.2倍。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的螺紋，其特征在于，螺紋輪廓(400)的深度(TD)是螺紋螺距(p)的0.4-0.65倍。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項所述的螺紋，其特征在于，螺紋輪廓(400)的第二半徑(r1)的值設(shè)定為螺紋螺距(p)的0.1倍。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的螺紋，其特征在于，螺紋輪廓(400)的第三半徑(r2)的值設(shè)定為螺紋螺距(p)的0.08倍。
14.一種用于緊固系統(tǒng)的螺釘，其特征在于，所述螺釘(100)包括如權(quán)利要求1-13中任一項所設(shè)計的非三角形的外螺紋(130)。
15.如權(quán)利要求14所述的螺釘，其特征在于，所述螺釘(100)是滾壓成形螺紋螺釘。
16.如權(quán)利要求14或15所述的螺釘，其特征在于，所述螺釘?shù)耐饴菁y具有圓形的橫截面。
17.如權(quán)利要求14-16中任一項所述的螺釘，其特征在于，所述螺釘(100)的外螺紋具有非圓形的、葉片狀的橫截面(200)。
18.如權(quán)利要求14-17中任一項所述的螺釘，其特征在于，所述螺釘(100)的外螺紋在該螺釘(100)的尖端處(140)具有導(dǎo)入部(145)。
19.如權(quán)利要求18所述的螺釘，其特征在于，導(dǎo)入部(145)的長度設(shè)定為螺釘(100)的螺紋螺距(p)的2.0倍。
20.一種用于緊固系統(tǒng)的螺母，其特征在于，所述螺母包括如權(quán)利要求1-13中任一項所設(shè)計的非三角形的內(nèi)螺紋。
21.如權(quán)利要求20所述的螺母，其特征在于，所述螺母是滾壓成形螺紋螺母。
22.如權(quán)利要求20或21所述的螺母，其特征在于，所述螺母的內(nèi)螺紋具有圓形的橫截面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺紋(400)，尤其是分別用于滾壓的或自攻的螺釘(100)或螺母的螺紋，它具有非三角形的螺紋輪廓(300)，其包括前螺紋面(422)和后螺紋面(424)，所述的前螺紋面(422)和后螺紋面(424)其中至少一個設(shè)置成具有第一半徑(R)的凸曲率。非三角形螺紋輪廓(400)的頂部(442)也是凸曲率并具有第二半徑(r1)，其中第一半徑(R)的值與第二半徑(r1)的值不相等。
文檔編號F16B25/00GK1764790SQ03826288
公開日2006年4月26日 申請日期2003年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者曼弗雷德·施瓦茨 申請人:康蒂扣件股份公司