專利名稱：理想極限螺紋及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺紋，可以是外螺紋，也可以是內(nèi)螺紋。本發(fā)明還涉及這種螺紋的制作方法。
由于材料、工藝等原因，公知的螺紋制成后，在假設(shè)的理論力學(xué)模型前提下所具有的種種性能，多未能很好實(shí)現(xiàn)。例如絕對(duì)光滑、絕對(duì)剛性等假設(shè)，實(shí)際上絕對(duì)不可能實(shí)現(xiàn)，材料總存在塑性變形與彈性變形，故在變載、振動(dòng)、沖擊應(yīng)力的作用下，靠摩擦力防松的普通螺紋，其自鎖性能極易受破壞，從而引起螺紋聯(lián)接的松脫；在螺紋聯(lián)接的旋合段，外螺紋受拉，內(nèi)螺紋受壓，螺紋的受力狀況沿傳力方向的分布不均衡，有研究指出從傳力方向算起的第一圈螺紋受力最大，以后遞減，故受拉螺紋的損壞，以從傳力方向算起的第一圈旋合螺紋處為最多，并且從受力不均的事實(shí)看，采用增加旋合圈數(shù)提高承載能力并不合理，如能改善這種受力不均狀況，顯然可以大大提高螺紋的抗疲勞強(qiáng)度；而用作高溫高壓密封聯(lián)接時(shí)，則容易出現(xiàn)″跑、冒、滴、漏″現(xiàn)象。于是，人們多從外部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改良，如設(shè)計(jì)出懸置螺母、內(nèi)斜螺母、環(huán)槽螺母等或沿旋合長(zhǎng)度采取不同的螺距偏差作補(bǔ)償，這些外部結(jié)構(gòu)上的改良，均以制造費(fèi)工為代價(jià)，且適用性、互換性不佳，特別是聯(lián)接機(jī)體上的內(nèi)螺紋很不適用。
為克服普通螺紋上述缺陷，本發(fā)明提出了新的構(gòu)思，沿螺紋旋合長(zhǎng)度采用不等的螺紋牙型角偏差作補(bǔ)償，采用漸變值螺紋中徑作補(bǔ)償，采用牙型角側(cè)輪廓線變形作補(bǔ)償，制作出能勻化所受應(yīng)力、高可靠自鎖、強(qiáng)干涉密封、可自攻聯(lián)接的理想極限螺紋。為此本發(fā)明還要提供生產(chǎn)這種螺紋的方法。
本發(fā)明改變普通螺紋的牙型角為恒值的做法，讓其角度值在標(biāo)準(zhǔn)值附近沿旋合長(zhǎng)度變化，該變化規(guī)律遵循某個(gè)單調(diào)連續(xù)函數(shù)。此單調(diào)連續(xù)函數(shù)隨螺紋制作材料、被聯(lián)接件制作材料、聯(lián)接目的的不同而不同。普通螺紋即為函數(shù)值恒為60°時(shí)的特例。不同牙型角標(biāo)準(zhǔn)如正角、負(fù)角、零度角或圓柱型、圓錐型或左旋、右旋螺紋均可選用不同函數(shù)而改善螺紋聯(lián)接的應(yīng)力分布。本發(fā)明也改變普通螺紋的中徑必平行于中軸線的傳統(tǒng)作法，讓其與中軸線形成一個(gè)角度值在0°附近的交角，普通螺紋為該角度值為0°的特例。本發(fā)明還采用下凹漸變曲線作為牙型角側(cè)輪廓線，其下凹量稍大于零或等于零，恒為零時(shí)即為普通螺紋的輪廓線。本發(fā)明可用上述三種變化靈活組合，制作出適用于使用目的螺紋，使螺紋副具有完美的聯(lián)接配合，從而實(shí)現(xiàn)能與標(biāo)準(zhǔn)螺紋相配合，或自成配合，能用作聯(lián)接、自攻、自鎖、密封螺紋，其適用面廣、互換性佳、生產(chǎn)容易，且能達(dá)到通過增加旋合長(zhǎng)度即可提高螺紋副承載強(qiáng)度等目的。
為制作理想極限螺紋，本發(fā)明使用與所需牙型相匹配的外螺紋內(nèi)絲板或內(nèi)螺紋外絲錐，通過公知的方法搓制、軋制或攻制而成。
現(xiàn)結(jié)合附圖作進(jìn)一步的敘述

圖1是牙型角漸變外螺紋示意中，牙型角1有關(guān)系α1＜α2＜α3，或α1＞α2＞α3。
圖2是牙型角漸變外螺紋與內(nèi)螺紋配合的示意中，1-牙型角2-內(nèi)螺紋3-外螺紋圖3是中徑漸變外螺紋與普通內(nèi)螺紋配合的示意中，φ-外螺紋中徑D0連線與中軸線夾角圖4是牙型輪廓線漸變外螺紋的示意中，δ-相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)側(cè)輪廓線4的內(nèi)凹量，5、6、7為側(cè)輪廓線的中段及兩端。
圖1、2實(shí)施例的牙型角漸變螺紋采用與標(biāo)準(zhǔn)螺紋相同的大徑D、小徑d、中徑D0和螺距p，而令其牙型角1的值沿旋進(jìn)方向漸變，漸變規(guī)律滿足一單調(diào)連續(xù)函數(shù)，該函數(shù)在本文中以f表示，并用fn表示內(nèi)螺紋漸變函數(shù)，fw表示外螺紋漸變函數(shù)。普通螺紋即為f＝60°時(shí)的特例。f的值在標(biāo)準(zhǔn)值附近，可以是增函數(shù)，也可以是減函數(shù)；可以是線性函線，也可以是非線性函數(shù)；其單位變化量ε可以是常數(shù)，也可以是變數(shù)。f的選用取決于螺紋制作材料、被聯(lián)接件材料的性質(zhì)及螺紋的使用目的。如為勻化螺紋傳遞應(yīng)力，fw可選用沿受力方向的單調(diào)減函數(shù)，fn可選用沿受力方向的單調(diào)增函數(shù)，對(duì)彈性大的材料，函數(shù)變化率大，對(duì)剛性大的材料，函數(shù)變化率小。又如為實(shí)現(xiàn)良好自鎖性能，fw的值僅需保證不恒等于fn的值。而fw的單位變化量εw大于fn的單位變化量εn時(shí)，則出現(xiàn)強(qiáng)干涉配合狀合狀態(tài)，有利于提高材料聯(lián)接強(qiáng)度。當(dāng)這種外螺紋或內(nèi)螺紋制成錐型時(shí)，可制作成自攻自鎖螺紋，使用于與機(jī)體或柱體配合的緊固場(chǎng)合。
如所周知，內(nèi)外螺紋2和3組成的螺紋副在旋合段，由于外螺紋3受拉、內(nèi)螺紋2受壓，且在傳力方向前段牙型角1變形較大，本技術(shù)方案即預(yù)先從牙型角1的偏差變化來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，這顯然有利于螺紋副的接合與應(yīng)力的傳遞，起勻化所承受應(yīng)力的目的。如fw不等于fn，牙型角1的接合將會(huì)由離散點(diǎn)接合變?yōu)槁菪€接合，在受力時(shí)轉(zhuǎn)變成螺旋面干涉配合，形成理想螺紋副的力學(xué)模型，出現(xiàn)穩(wěn)定的接合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自鎖密封的目的。
圖3實(shí)施例為中徑漸變螺紋，采用與標(biāo)準(zhǔn)螺紋相同的大徑D、小徑d和螺距p，而中徑線與中軸線有一夾角φ，標(biāo)準(zhǔn)螺紋的φ＝0，如分別用φn、φw表示內(nèi)外螺紋的上述夾角，則當(dāng)φw≥φn時(shí)，在一定區(qū)間內(nèi)，由2和3構(gòu)成的螺紋副能出現(xiàn)強(qiáng)干涉配合，從而達(dá)到本發(fā)明實(shí)現(xiàn)螺紋自鎖密封目的。φ可以是正角，也可以是負(fù)角，其取值由螺紋制作材料、被聯(lián)接材料、聯(lián)接目的、旋合長(zhǎng)度諸因素確定，顯然，φw與φn差別越小，可旋合長(zhǎng)度越長(zhǎng)。這種螺紋可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)錐螺紋一樣的自鎖密封強(qiáng)干涉配合性能。
圖4實(shí)施例為牙型輪廓線漸變螺紋，采用與標(biāo)準(zhǔn)螺紋相同的直徑D、d、D0與螺距p，而牙型角1側(cè)邊輪廓線偏離標(biāo)準(zhǔn)牙型角側(cè)邊線4而內(nèi)凹，內(nèi)凹量為δ，當(dāng)δ＝0時(shí)即為普通螺紋的輪廓線。內(nèi)凹曲線在其牙根段與牙尖段各由一弧線6、7圓滑過渡，輪廓線中段5可以是弧線段，也可以是直線段。當(dāng)其與標(biāo)準(zhǔn)螺紋配合時(shí)，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)牙型角邊線，由于內(nèi)凹輪廓線的斜率由正值連續(xù)變化到負(fù)值，故總有與標(biāo)準(zhǔn)螺紋牙根牙尖良好接觸的點(diǎn)存在。內(nèi)凹輪廓線可以對(duì)螺紋的塑性變形與彈性變形作出補(bǔ)償，牙根牙尖均有接觸點(diǎn)有利于理想的自鎖狀態(tài)出現(xiàn)。
以上諸種螺紋參數(shù)變化，當(dāng)其值全恒為零時(shí)，即為標(biāo)準(zhǔn)螺紋，故僅須保證其在標(biāo)準(zhǔn)值附近變化，均不影響與標(biāo)準(zhǔn)螺紋配合、自我配合或任意配合。也可視需要將一種或多種變化集于一身，形成一組充分綜合發(fā)揮各種技術(shù)長(zhǎng)處的理想極限螺紋。
制造上述各種漸變螺紋，可用與所需螺紋相對(duì)應(yīng)的內(nèi)絲板攻出外螺紋，用外絲錐攻出內(nèi)螺紋。內(nèi)絲板的形狀可以是圓形，也可以是板形或弧形。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要采用特殊的外部結(jié)構(gòu)和特殊的加工方法就可以使螺紋副應(yīng)力分布均勻，甚至可能實(shí)現(xiàn)按需分布，如出現(xiàn)均勻應(yīng)力，干涉應(yīng)力等，這樣的螺紋，具有良好的自鎖功能與密封功能，可以通過增大旋合長(zhǎng)度提高聯(lián)接強(qiáng)度的功能，有效地提高了螺紋連接承載能力及適用范圍，而且加工方法簡(jiǎn)單，只要將模具制造出來，即可使用普通的加工方法加工制造，有利于降低成本，提高聯(lián)接材料承載能力，且有能力代替懸置螺母、內(nèi)斜螺母、環(huán)槽螺母等或沿旋合長(zhǎng)度采取不同的螺距的螺紋等。
權(quán)利要求
1.一種理想極限螺紋，可以是外螺紋或內(nèi)螺紋，其特征在于螺紋中徑D0的連線與中軸線有一個(gè)夾角φ，牙型角1沿旋進(jìn)方向漸變，漸變量為ε，牙型角1的側(cè)輪廓線是內(nèi)凹且有過渡線的，內(nèi)凹量為δ，而夾角φ、漸變量ε、內(nèi)凹量δ不同時(shí)恒為零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋，其特征在于其牙型角1沿旋進(jìn)方向漸變，漸變規(guī)律滿足一單調(diào)連續(xù)函數(shù)f，f可以是增函數(shù)，也可以是減函數(shù)，同時(shí)有夾角φ＝0及內(nèi)凹量δ＝0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋，其特征在于其中徑D0的連線與中軸線有一個(gè)夾角φ，φ為常值，可以是正值，也可以是負(fù)值，同時(shí)有漸變量ε＝0、內(nèi)凹量δ＝0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋，其特征在于其牙型角1的側(cè)邊輪廓線偏離標(biāo)準(zhǔn)牙型角側(cè)邊線4而內(nèi)凹，內(nèi)凹的側(cè)輪廓線是一曲線段，其中段5兩端由過渡線6、7與牙根牙尖連接，且夾角φ＝0，漸變量ε＝0。
5.一種理想極限螺紋的制造方法，使用與設(shè)計(jì)所需螺紋相對(duì)應(yīng)的內(nèi)絲板攻出外螺紋，而用外絲錐攻出內(nèi)螺紋。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋，其特征在于其牙型角漸變函數(shù)f可以是線性函線，也可以是非線性函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋，其特征在于其牙型角漸變函數(shù)f的單位變化量ε可以是常數(shù)，也可以是變數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋，其特征在于其牙型角漸變函數(shù)fw不等于fn。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺紋，其特征在于其中徑D0的連線與中軸線的夾角φ滿足φw≥φn。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺紋，其特征在于其牙型角1的側(cè)邊輪廓線在其牙根段與牙尖段各由一弧線6、7圓滑過渡到內(nèi)凹的輪廓線中段5，中段5為直線段。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋，其牙型角可以是正角、負(fù)角或零度角。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺紋制造方法，內(nèi)絲板的形狀可以是圓形，也可以是板形或弧形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺紋，可以是外螺紋，也可以是內(nèi)螺紋。本發(fā)明還涉及這種螺紋的制作方法。為克服普通螺紋缺陷，本發(fā)明提出了沿螺紋旋合長(zhǎng)度采用不等的螺紋牙型角偏差作補(bǔ)償，采用漸變值螺紋中徑作補(bǔ)償，采用牙型角側(cè)輪廓線變形作補(bǔ)償，制作出能勻化所受應(yīng)力、高可靠自鎖、強(qiáng)干涉密封、可自攻聯(lián)接的理想極限螺紋。本發(fā)明使用與所需牙型相匹配的外螺紋內(nèi)絲板或內(nèi)螺紋外絲錐，通過公知的方法搓制、軋制或攻制而成。
文檔編號(hào)F16B33/00GK1165921SQ9610770
公開日1997年11月26日 申請(qǐng)日期1996年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月20日
發(fā)明者歐陽明 申請(qǐng)人:歐陽明