专利名称：紧固件的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及紧固件。在特定的实施例中，紧固件可为例如用来将两个或更多个物体连接在一起的螺母、螺柱、螺钉或螺栓。
背景技术：
现有技术中已知带螺纹紧固件用于将一个或多个物体连接在一起。例如，在燃气轮机应用中，可使用诸如螺母 、螺柱、螺钉或螺栓的带螺纹紧固件来将一系列的转子轮连结在一起。带螺纹紧固件常常被热拉伸或预加载，以增大将构件保持在一起的力的量。但是，经验和测试已经显示，螺纹在带螺纹紧固件的端部处的较少部分接收将构件保持在一起的大部分载荷，带螺纹紧固件的螺纹的其余部分相对未加载。因此，需要较大的紧固件来实现期望的保持力，从而导致增加制造、维护和修理成本。已经作出各种努力来提高带螺纹紧固件的承载能力。例如，可减小在相邻的螺纹之间的节距或距离，以增加在带螺纹紧固件的端部处的承载螺纹的数量。备选地或另外，可减小带螺纹紧固件的承载端的有效直径，以将载荷分配给较远离端部的螺纹。尽管如此，带螺纹紧固件的设计的另外的改进对于改进螺纹之间的载荷分配将是合乎需要的。
发明内容
下面在以下描述中阐述本发明的各方面和优点，或者根据描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。本发明的一个实施例是一种紧固件，其包括具有有效直径的带螺纹表面、带螺纹表面的第一端，以及带螺纹表面的与第一端相对的第二端。带螺纹表面的中间位置在第一端和第二端之间。带螺纹表面的有效直径从中间位置到第一端变化，以及从中间位置到第二端变化。带螺纹表面在第一端处的有效直径与带螺纹表面在第二端处的有效直径不同。本发明的另一个实施例是一种紧固件，其包括具有有效直径的带螺纹表面。带螺纹表面的有效直径沿着带螺纹表面的第一节段而变化。另外，带螺纹表面的有效直径沿着与第一节段相对的第二节段而变化，并且，带螺纹表面的有效直径沿着第一节段的变化大于带螺纹表面的有效直径沿着第二节段的变化。本发明的另外的另一个实施例是一种紧固件，其包括带螺纹表面，带螺纹表面具有第一端、与第一端相对的第二端以及在第一端和第二端之间的有效直径。中间位置在第一端和第二端之间的带螺纹表面上。带螺纹表面的有效直径从中间位置到第一端变化，以及从中间位置到第二端变化，并且带螺纹表面在第一端处的有效直径大于带螺纹表面在第二端处的有效直径。在审阅说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的实施例和其它实施例的特征和方面。
在说明书的其余部分中更加持别地阐述了针对本领域技术人员的本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书參照了附图，其中图I是根据本发明的第一个实施例的紧固件的横截面；图2是安装在エ件中的图I中显示的紧固件的横截面；
图3是根据本发明的第二个实施例的紧固件的横截面；图4是根据本发明的第三个实施例的紧固件的横截面；图5是根据本发明的第四个实施例的紧固件的横截面；图6是安装在エ件中的、根据本发明的第五个实施例的紧固件的横截面；图7是与具有恒定的有效直径的紧固件相比的图I和4中显示的紧固件的环向应力的示例性曲线图；以及图8是与具有恒定的有效直径的紧固件相比的图I中显示的紧固件的螺纹载荷的示例性曲线图。部件列表10紧固件12带螺纹表面14 第一端16 第二端18中间节段20 螺纹22 螺母24内表面26有效直径28中间节段的宽度30第一距离32第二距离34第一直径36第二直径40 螺柱42螺柱上的带螺纹表面44紧固件的表面46反作用凸缘50 螺柱60恒定直径的带螺纹紧固件62图I的紧固件64图4的紧固件66恒定直径的带螺纹紧固件68图I的紧固件
具体实施方式
现在将详细參照本发明的目前的实施例，在附图中示出了实施例的ー个或多个实例。详细描述使用数字和字母名称来指示图中的特征。图和描述中的相同或类似的名称用来指示本发明的相同或类似的部件。以阐述本发明而非限制本发明的方式来提供各个实例。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明中作出修改和变化，而不偏离本发明的范围或精神。例如，可在另ー个实施例上使用示出或描述成ー个实施例的一部分的特征，以产生另外的另ー个实施例。因而，意图的是本发明覆盖在所附权利要求和它们的等效方案的范围内的这样的修改和变化。
本发明的各种实施例提供了具有螺纹不対称的表面的紧固件，以增强螺纹之间的载荷分配，以及/或者降低螺纹上的剪切应力。在各种实施例中，带螺纹表面的有效直径从中间位置或节段沿轴向向外变化，使得带螺纹表面的端部具有与彼此不同的有效直径，从而产生螺纹不対称的紧固件。在特定的实施例中，紧固件可为具有带螺纹内表面的螺母，在这种情况下，有效直径从中间位置或节段沿轴向向外増大。在其它特定的实施例中，紧固件可为具有带螺纹外表面的螺柱、螺钉或螺栓，在这种情况下，有效直径从中间位置或节段沿轴向向外减小。图I提供了根据本发明的第一个实施例的紧固件10的横截面。紧固件10大体包括带螺纹表面12、第一端或节段14和第二端或节段16，以及中间位置或节段18。带螺纹表面12包括在紧固件10的表面的周围盘绕的螺纹20。例如，紧固件10可为具有外表面的螺柱、螺钉或螺栓，带螺纹表面12沿着螺柱、螺钉或螺栓的外表面。备选地，如图I中显示的那样，紧固件10可为具有内表面24的螺母22，带螺纹表面12沿着螺母22的内表面24。带螺纹表面12大体沿着紧固件10的轴向长度延伸，并且具有从中间节段18沿轴向向外变化的有效直径26。如本文所用，“有效直径”是螺纹20在带螺纹表面12的相对的侧上的尖峰或尖部之间的距离。例如，在螺柱、螺钉或螺栓的情况下，有效直径26是在螺柱、螺钉或螺栓的相对的侧上的螺纹尖峰或尖部之间的距离。在图I中显示的螺母22的情况下，有效直径26类似地測量为在螺母22的相对的侧上的螺纹尖峰或尖部之间的距离。第一端14和第二端16在带螺纹表面12的相対的端部处是大体相対的。如果需要，紧固件10还可包括延伸超过第一端14和/或第二端16的无螺纹柄。中间节段18可在带螺纹表面12的中间的附近，或在第一端14和第二端16之间的任何点处。如图I中显示的那样，中间节段18可具有宽度28，在中间节段18的宽度28上有基本恒定的有效直径26。另外，在中间节段18与第一端14和第二端16之间的距离可为相同或不同的，这取决于特定的实施例。例如，如图I中显示的那样，在中间节段18和第一端14之间的第一距离30大于在中间节段18和第二端16之间的第二距离32。如图I中显示的那样，带螺纹表面12的有效直径26可从中间节段18到第一端14基本线性地变化。类似地，带螺纹表面12的有效直径26可从中间节段18到第二端16基本线性地变化。例如，对于图I中显示的螺母22，带螺纹表面12的有效直径26从中间节段18到第一端14増大，以及从中间节段18到第二端16増大。带螺纹表面12在第一端14处的有效直径26(标为34)与带螺纹表面12在第二端16处的有效直径26 (标为36)不同。可用若干种备选方法中的任何方法来实现第一端14和第二端16处的有效直径34、36的差异。例如，如图I中显示的那样，从中间节段18到第一端14和第二端16的锥形的带螺纹表面12的斜度可为基本相同的，并且第一距离30和第二距离32之间的差异会在第一端14和第二端16处的有效直径34、36中产生对应的差异。图2显示了安装在工件中的、图I中显示的紧固件10的横截面。如所显示的那样，紧固件10是旋在具有恒定直径的带螺纹表面42的螺柱40的周围的螺母22。如果需要，可对螺柱40加热，以使螺柱40膨胀或伸展，并且然后可将螺母22上紧到螺柱40的周围，直到螺母22的表面44接合反作用凸缘46或其它表面为止。在螺柱40冷却时，螺柱40收缩，从而使螺柱40的带螺纹表面42将螺母22拉向反作用凸缘46。螺母22的螺纹不对称的表面12 (出于例示目的而略微有所夸大)在螺母22的螺纹20之间更加均匀地传递收缩的螺柱40所产生的力，以将紧固件10紧紧地拉向反作用凸缘46。图3提供了紧固件10的一个备选实施例的横截面。紧固件10再次包括带螺纹表面12、第一端或节段14和第二端或节段16，以及中间位置或节段18，如之前关于图I中显示的实施例所描述的那样。在这个特定的实施例中，在中间节段18和第一端14之间的第一距离30与在中间节段18和第二端16之间的第二距离32相同。但是，锥形的带螺纹表面12从中间节段18到第一端14的斜度大于锥形的带螺纹表面12从中间节段18到第二端16的斜度。因此，带螺纹表面12再次是不对称的，在第一端14处的有效直径34大于在第二端16处的有效直径36。图4提供了根据本发明的第三个实施例的紧固件10的横截面。紧固件10再次包括带螺纹表面12、第一端或节段14和第二端或节段16，以及中间位置或节段18，如之前关于图I中显示的实施例所描述的那样。在这个特定的实施例中，中间位置或节段18只是在第一端或节段14和第二端或节段16之间的接头或共用表面。如之前关于图I所描述的实施例，带螺纹表面12的有效直径26从中间点18到第一端14和第二端16变化。锥形的带螺纹表面12从中间节段18到第一端14和第二端16的斜度是基本相同的，并且第一距离30和第二距离32之间的差异会在第一端14和第二端16处的有效直径34、36中产生对应的差异。图5提供了根据本发明的第四个实施例的紧固件10的横截面。紧固件10再次包括带螺纹表面12、第一端14或节段和第二端或节段16，以及中间位置或节段18，如之前关于图I中显示的实施例所描述的那样。如图4中显示的实施例，中间位置或节段18只是在第一端或节段14和第二端或节段16之间的接头或共用表面。在这个特定的实施例中，在中间节段18和第一端14之间的第一距离30与在中间节段18和第二端16之间的第二距离32相同。但是，锥形的带螺纹表面12从中间节段18到第一端14的斜度大于锥形的带螺纹表面12从中间节段18到第二端16的斜度。因此，带螺纹表面12再次是不对称的，在第一端14处的有效直径34大于在第二端16处的有效直径36。图6提供了安装在工件中的、根据本发明的第五个实施例的紧固件10的横截面。在这个特定的实施例中，紧固件10是螺柱50，以示出之前的实施例的描述和教导同样非常适用于螺柱、螺钉或螺栓。具体而言，螺柱50再次包括带螺纹表面12、第一端或节段14和第二端或节段16，以及中间位置或节段18，如之前关于图1-5中显示的实施例所描述的那 样。值得注意地，对于沿着螺柱50的外表面52的带螺纹表面12，带螺纹表面12的有效直径26从中间位置或节段18到第一端或节段14减小，以及从中间位置或节段18到第二端或节段16减小。如在之前描述的实施例中那样，中间位置或节段18可为第一端14和第二端16之间的接头，或者可具有带有基本恒定的有效直径26的宽度28。类似地，可如期望的那样调节锥形的带螺纹表面12的斜度和中间位置或节段18与第一端14和第二端16之间的距离30、32，以实现螺纹不対称的表面12 (出于例示目的而略微有所夸大)，在第一端14处的有效直径34与在第二端16处的有效直径36不同。图7提供了与具有恒定的有效直径的带螺纹紧固件相比的图I和4中显示的带螺纹紧固件10的环向应力的示例性曲线图。具体而言，具有恒定的有效直径的带螺纹紧固件的环向应カ曲线(标为60)指示与螺纹的其余75%相比，螺纹的前25%承受不成比例地高的环向应力。相反，图I中显示的实施例的环向应力曲线(标为62)和图4中显示的实施例的环向应カ曲线(标为64)指示环向应力在螺纹的前60%之间较均匀地分配。类似地，图8提供了与具有恒定的有效直径的带螺纹紧固件相比的图I中显示的带螺纹紧固件10的螺纹载荷的示例性曲线图。与图7中提供的信息一致，具有恒定的有效直径的带螺纹紧固件的曲线(标为66)指示在螺纹的前25%之后,螺纹载荷减小了超过50%。相反,所显示的螺纹不対称的表面12将螺纹载荷更加均匀地分配在螺纹的50% -75%上。图7和8两者均展示与具有相对恒定的有效直径的传统紧固件相比，本发明的各种实施例将使得紧固件10在失效之前能够支撑较高的载荷。备选地，可减小紧固件10的大小和/或重量，同时仍然满足相同的设计载荷要求，从而导致有制造、维护和修理节约。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例包括不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种紧固件(10)，包括 a.带螺纹表面(12)，其中，所述带螺纹表面(12)具有有效直径(26)； b.所述带螺纹表面(12)的第一端(14)； c.所述带螺纹表面(12)的与所述第一端(14)相对的第二端(16)； d.所述带螺纹表面(12)的在所述第一端(14)和所述第二端(16)之间的中间位置(18)； e.其中，所述带螺纹表面(12)的所述有效直径(26)从所述中间位置(18)到所述第一端(14)变化； f.其中，所述带螺纹表面(12)的所述有效直径(26)从所述中间位置(18)到所述第二端(16)变化；以及 g.其中，所述带螺纹表面(12)在所述第一端(14)处的所述有效直径(26)与所述带螺纹表面(12)在所述第二端(16)处的所述有效直径(26)不同。
2.根据权利要求I所述的紧固件(10)，其特征在于，所述紧固件(10)是具有内表面(24)的螺母(22)，所述带螺纹表面(12)沿着所述螺母(22)的所述内表面(24)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固件(10)，其特征在于，所述紧固件(10)是具有外表面的螺柱(40)、螺钉或螺栓中的至少一个，所述带螺纹表面(12)沿着所述螺柱(40)、螺钉或螺栓的所述外表面。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固件(10)，其特征在于，所述带螺纹表面(12)的所述有效直径(26)从所述中间位置(18)到所述第一端(14)增大，以及从所述中间位置(18)到所述第二端(16)增大。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固件(10)，其特征在于，所述带螺纹表面(12)的所述有效直径(26)从所述中间位置(18)到所述第一端(14)减小，以及从所述中间位置(18)到所述第二端(16)减小。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固件(10)，其特征在于，所述中间位置(18)具有宽度，并且所述带螺纹表面(12)在所述中间位置(18)的所述宽度上的所述有效直径(26)是基本恒定的。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固件(10)，其特征在于，所述紧固件(10)进一步包括在所述中间位置(18)和所述第一端(14)之间的第一距离(30)，以及在所述中间位置(18)和所述第二端(16)之间的第二距离(32)，并且其中，所述第一距离(30)大于所述第二距离(32)。
全文摘要
本发明涉及紧固件。一种紧固件(10)包括具有有效直径(26)的带螺纹表面(12)。带螺纹表面(12)的有效直径(26)沿着带螺纹表面(12)的第一节段而变化。另外，带螺纹表面(12)的有效直径(26)沿着与第一节段相对的第二节段而变化，并且带螺纹表面(12)的有效直径(26)沿着第一节段的变化大于带螺纹表面(12)的有效直径(26)沿着第二节段的变化。
文档编号F16B33/02GK102619839SQ20121002773
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月30日 优先权日2011年1月28日
发明者I·普里亚达施尼, M·R·费尔斯卢 申请人:通用电气公司