用于改善紧固件可靠性的螺纹的制作方法

本技术涉及用于可包括螺母和螺栓(bolt)或柱螺栓(stud)的紧固件布置的螺纹。

背景技术：

螺纹紧固件技术具有常规采用的两种螺旋螺纹中的一种，以将螺纹紧固件固连在一起。一种螺旋螺纹是直螺旋螺纹，其在图1a-1c的部分截面图中绘出。该布置示出公紧固件100(例如柱螺栓和螺栓)和母紧固件101(例如螺母)的接合。公紧固件100具有为直螺旋螺纹的第一螺旋螺纹102，且母紧固件101具有为直螺旋螺纹的第二螺旋螺纹103。在公紧固件100和母紧固件101的螺旋螺纹102、103之间还存在小的间隙110。间隙110沿整个螺纹接合长度是恒定的，且在图1b和1c中是相同的，因为两个紧固件具有直螺旋螺纹。而且，虽在该间隙110在图中示出以用于强调，但本领域技术人员将理解，如果紧固件足够小，则间隙110对于裸眼而言并非实际上可见的。直螺旋螺纹中的螺纹的节圆直径(pitchdiameter)、大直径(majordiameter)、和小直径(minordiameter)不沿紧固件的长度变化。具有直螺旋螺纹的紧固件的底部螺纹通常是最高负载的螺纹。该负载分布可为有利的，因为如果底部螺纹失效，则整个紧固件连接可失效，因为公紧固件的截面上的所应用的应力在裂纹增长时增大。螺纹的小直径和大直径在尺寸方面设定为以便在螺纹接合期间，在这些点处存在空隙(且因此没有干扰)。公紧固件螺纹和母紧固件螺纹之间的接触和随后的力传送发生在节圆直径处。母紧固件螺纹具有节圆直径，该节圆直径稍大于公螺纹节圆直径以允许组装。节圆直径之间之差称为节圆空隙。

另一种螺旋螺纹构造是锥形螺旋螺纹，其在图2a-2d的部分截面图中绘出。该布置示出公紧固件200(例如柱螺栓和螺栓)和母紧固件201(例如螺母)的接合。公紧固件200具有为直螺旋螺纹的第一螺旋螺纹202，且母紧固件201具有为锥形螺旋螺纹的第二螺旋螺纹203。尽管在图中未绘出，但相反的情况在本领域中也是已知的，其中公紧固件200的第一螺旋螺纹202具有锥形螺旋螺纹且母紧固件201的第二螺旋螺纹203具有直螺旋螺纹。在公紧固件200和母紧固件201的螺旋螺纹202、203之间也存在小的间隙210。由于母紧固件201的锥形螺旋螺纹203的变化的节圆直径，间隙210在图2c中比在图2d中大。而且，虽在该间隙210在图中示出以用于强调，但本领域技术人员将理解，如果紧固件足够小，则间隙210对于裸眼而言并非实际上可见的。锥形螺纹剖面沿紧固件长度在形状上是稍微锥形的，即，螺纹的节圆直径、大直径、和小直径与紧固件的长度成比例地且以相同的比率线性变化。图2b中的螺母的顶部处的螺旋螺纹通常是最高负载螺旋螺纹，且螺母的底部处的螺旋螺纹经受较少的负载。底部螺纹还通常不经受因柱螺栓弯曲导致的增大较多(如果有)的应力。锥形螺纹构造的主要优点是在顶部位置处的最高负载螺纹，其允许在顶部螺纹失效的情况下的负载再分布和与其余(较低)完好螺纹的分摊。锥形螺旋螺纹的缺点是，在组装期间易受卡滞(galling)影响，这可导致紧固件难以分开，因为它们被有效地冷焊在一起。

底部螺纹可理解为指当分开的公和母紧固件在组装期间被拧在一起时，首先接合的螺纹界面，底部螺纹可最近接公紧固件质心。顶部螺纹可理解为指当分开的公和母紧固件在组装期间被拧在一起时，最后接合的螺纹界面，顶部螺纹可最远离公紧固件质心。螺纹界面可理解为指在匹配组件的该局部位置处由公紧固件螺纹和母紧固件螺纹形成的接触表面。

最常见的螺纹构造是统一的(标准、un或美国国家)，其特征是具有圆峰和谷的60度三角形剖面。统一(标准)螺纹构造可适用于上面描述的现有技术或下面描述的本技术的螺旋螺纹构造。其他螺纹构造包括：统一(粗)、统一(v形(sharpv))、米制(metric)、惠氏(即，英国标准)、acme(即，传动螺旋(powerscrew))、锯齿形(buttress)、圆(knuckle)、方、和非标方(modifiedsquare)。

技术实现要素：

本技术的一个方面涉及紧固件螺纹中的改善，以克服上述已知螺旋螺纹的不足。

本技术的一个方面涉及用于将至少两个构件固连在一起的紧固件。该紧固件布置可包括：公紧固件，其具有第一螺旋螺纹；和母紧固件，其具有第二螺旋螺纹，其中，第一螺旋螺纹和第二螺旋螺纹中的一者是直螺旋螺纹且第一螺旋螺纹和第二螺旋螺纹中的另一者是混合螺旋螺纹，该混合螺旋螺纹包括锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分。

在示例中，(a)混合螺旋螺纹的各线(start)可从锥形螺旋螺纹部分到直螺旋螺纹部分是连续的，(b)公紧固件和母紧固件中的一者的直螺旋螺纹可构造为当公紧固件和母紧固件接合时，在直螺旋螺纹部分之前接合混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分，(c)混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%可为锥形螺旋螺纹部分，且混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%可为直螺旋螺纹部分，(d)混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%可为锥形螺旋螺纹部分，且混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%可为直螺旋螺纹部分，(e)锥形螺旋螺纹部分可多于混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者直螺旋螺纹部分可多于混合螺纹的螺纹长度的50%，(f)锥形螺旋螺纹部分可少于混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者直螺旋螺纹部分可少于混合螺纹的螺纹长度的50%，(g)当公紧固件和母紧固件完全接合时，第一螺旋螺纹和第二螺旋螺纹中的一者的直螺旋螺纹可与混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分接合，(h)混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分可具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方，并且/或者(i)公紧固件是柱螺栓或螺栓，且母紧固件是螺母。

本技术的方面涉及公紧固件。该公紧固件可包括混合螺旋螺纹，该混合螺旋螺纹包括锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分。

在示例中，(a)混合螺旋螺纹的各线可从锥形螺旋螺纹部分到直螺旋螺纹部分是连续的，(b)混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%可为锥形螺旋螺纹部分，且混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%可为直螺旋螺纹部分，(c)混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%可为锥形螺旋螺纹部分，且混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%可为直螺旋螺纹部分，(d)锥形螺旋螺纹部分可多于混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者直螺旋螺纹部分可多于混合螺纹的螺纹长度的50%，(e)锥形螺旋螺纹部分可少于混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者直螺旋螺纹部分可少于混合螺纹的螺纹长度的50%，(f)混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分可具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方，并且/或者(g)公紧固件可为柱螺栓或螺栓。

本技术的方面涉及母紧固件。该母紧固件可包括混合螺旋螺纹，该混合螺旋螺纹包括锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分。

在示例中，(a)混合螺旋螺纹的各线可从锥形螺旋螺纹部分到直螺旋螺纹部分是连续的，(b)混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%可为锥形螺旋螺纹部分，且混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%可为直螺旋螺纹部分，(c)混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%可为锥形螺旋螺纹部分，且混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%可为直螺旋螺纹部分，(d)锥形螺旋螺纹部分可多于混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者直螺旋螺纹部分可多于混合螺纹的螺纹长度的50%，(e)锥形螺旋螺纹部分可少于混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者直螺旋螺纹部分可少于混合螺纹的螺纹长度的50%，(f)混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分可具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方，并且/或者(g)该母紧固件是螺母。

实施方案1.一种用于将至少两个构件固连在一起的紧固件布置，所述紧固件布置包括：

公紧固件，其具有第一螺旋螺纹；和

母紧固件，其具有第二螺旋螺纹，

其中，所述第一螺旋螺纹和所述第二螺旋螺纹中的一者是直螺旋螺纹，且所述第一螺旋螺纹和所述第二螺旋螺纹中的另一者是混合螺旋螺纹，所述混合螺旋螺纹包括锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分。

实施方案2.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的各线从所述锥形螺旋螺纹部分到所述直螺旋螺纹部分是连续的。

实施方案3.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述公紧固件和所述母紧固件中的一者的直螺旋螺纹构造为当所述公紧固件和所述母紧固件接合时，在所述直螺旋螺纹部分之前接合所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分。

实施方案4.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述锥形螺旋螺纹部分，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述直螺旋螺纹部分。

实施方案5.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%是所述锥形螺旋螺纹部分，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%是所述直螺旋螺纹部分。

实施方案6.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述锥形螺旋螺纹部分多于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分多于混合螺纹的螺纹长度的50%。

实施方案7.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述锥形螺旋螺纹部分少于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分少于混合螺纹的螺纹长度的50%。

实施方案8.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，当所述公紧固件和所述母紧固件完全接合时，所述第一螺旋螺纹和所述第二螺旋螺纹中的一者的直螺旋螺纹与所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分接合。

实施方案9.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述公紧固件是柱螺栓或螺栓，且所述母紧固件是螺母。

实施方案10.根据实施方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方。

实施方案11.一种公紧固件，其包括：

混合螺旋螺纹，其包括锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分。

实施方案12.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的各线从所述锥形螺旋螺纹部分到所述直螺旋螺纹部分是连续的。

实施方案13.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述锥形螺旋螺纹部分，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述直螺旋螺纹部分。

实施方案14.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%是所述锥形螺旋螺纹部分，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%是所述直螺旋螺纹部分。

实施方案15.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述锥形螺旋螺纹部分多于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分多于混合螺纹的螺纹长度的50%。

实施方案16.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述锥形螺旋螺纹部分少于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分少于混合螺纹的螺纹长度的50%。

实施方案17.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述公紧固件是柱螺栓或螺栓。

实施方案18.根据实施方案11所述的公紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方。

实施方案19.一种母紧固件，其包括：

混合螺旋螺纹，其包括锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分。

实施方案20.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的各线从所述锥形螺旋螺纹部分到所述直螺旋螺纹部分是连续的。

实施方案21.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述锥形螺旋螺纹部分，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述直螺旋螺纹部分。

实施方案22.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%是所述锥形螺旋螺纹部分，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%是所述直螺旋螺纹部分。

实施方案23.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述锥形螺旋螺纹部分多于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分多于混合螺纹的螺纹长度的50%。

实施方案24.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述锥形螺旋螺纹部分多于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分多于混合螺纹的螺纹长度的50%。

实施方案25.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述母紧固件是螺母。

实施方案26.根据实施方案19所述的母紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分和直螺旋螺纹部分具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方。

技术方案1.一种用于将至少两个构件固连在一起的紧固件布置，所述紧固件布置包括：

公紧固件300，其具有第一螺旋螺纹302；和

母紧固件301，其具有第二螺旋螺纹303，

其中，所述第一螺旋螺纹302和所述第二螺旋螺纹303中的一者是直螺旋螺纹，且所述第一螺旋螺纹和所述第二螺旋螺纹中的另一者是混合螺旋螺纹，所述混合螺旋螺纹包括锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305。

技术方案2.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的各线从所述锥形螺旋螺纹部分307到所述直螺旋螺纹部分305是连续的。

技术方案3.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述公紧固件300和所述母紧固件301中的一者的直螺旋螺纹构造为当所述公紧固件300和所述母紧固件301接合时，在所述直螺旋螺纹部分305之前接合所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分307。

技术方案4.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述锥形螺旋螺纹部分307，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%是所述直螺旋螺纹部分305。

技术方案5.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的75%是所述锥形螺旋螺纹部分307，且所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的25%是所述直螺旋螺纹部分305。

技术方案6.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述锥形螺旋螺纹部分307多于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分305多于混合螺纹的螺纹长度的50%。

技术方案7.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述锥形螺旋螺纹部分307少于所述混合螺旋螺纹的螺纹长度的50%，或者所述直螺旋螺纹部分305少于混合螺纹的螺纹长度的50%。

技术方案8.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，当所述公紧固件3000和所述母紧固件301完全接合时，所述第一螺旋螺纹和所述第二螺旋螺纹中的一者的直螺旋螺纹与所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305接合。

技术方案9.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述公紧固件300是柱螺栓或螺栓，且所述母紧固件301是螺母。

技术方案10.根据技术方案1所述的紧固件布置，其中，所述混合螺旋螺纹的锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305具有包括以下中的一者的螺纹构造：统一(标准)、统一(粗)、统一(v形)、米制、英国标准惠氏、acme、锯齿形、圆、方、和非标方。

技术方案11.一种公紧固件300，其包括：

混合螺旋螺纹，其包括锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305。

技术方案12.根据技术方案11所述的公紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的各线从所述锥形螺旋螺纹部分307到所述直螺旋螺纹部分305是连续的。

技术方案13.根据技术方案11所述的公紧固件，其中，所述公紧固件300是柱螺栓或螺栓。

技术方案14.一种母紧固件301，其包括：

混合螺旋螺纹，其包括锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305。

技术方案15.根据技术方案14所述的母紧固件，其中，所述混合螺旋螺纹的各线从所述锥形螺旋螺纹部分307到所述直螺旋螺纹部分305是连续的。

附图说明

图1a是在母紧固件具有直螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的部分截面图。

图1b是在母紧固件具有直螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的较低部分的详细截面图。

图1c是在母紧固件具有直螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的较高部分的详细截面图。

图2a是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的截面图。

图2b是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的部分截面图。

图2c是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的较低部分的详细截面图。

图2d是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的较高部分的详细截面图。

图3是在母紧固件具有锥形和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的情况下的根据本技术的示例的紧固件布置的部分截面图。

图4a是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的情况下的根据本技术的示例的紧固件布置的另一部分截面图。

图4b是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的情况下的根据本技术的示例的紧固件布置的较低部分的详细截面图。

图4c是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的情况下的根据本技术的示例的紧固件布置的较高部分的详细截面图。

图4d是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的一部分的详细截面图，且绘出根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹之间的过渡。

图5a是在母紧固件具有直螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的部分截面图，其示出当公紧固件受拉伸负载影响时的紧固件布置的剪切应力。

图5b是在母紧固件具有锥形螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的部分截面图，其示出当公紧固件经受拉伸负载时的紧固件布置的剪切应力。

图5c是在母紧固件具有根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的情况下的紧固件布置的部分截面图，其示出当公紧固件经受拉伸负载时的紧固件布置的剪切应力。

图6a为紧固件布置的母紧固件的俯视图。

图6b是具有直螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的截面图。

图6c是具有锥形螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的截面图。

图6d是具有根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的截面图，其中，螺纹长度的75%是锥形螺旋螺纹，螺纹长度的50%为直螺旋螺纹。

图6e是具有根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的截面图，其中，螺纹长度的50%是锥形螺旋螺纹，螺纹长度的50%为直螺旋螺纹。

图7a是具有直螺旋螺纹的紧固件布置的公紧固件的侧视图。

图7b是具有锥形螺旋螺纹的紧固件布置的公紧固件的侧视图。

图7c是具有根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的公紧固件的侧视图，其中，螺纹长度的50%是锥形螺旋螺纹，螺纹长度的50%为直螺旋螺纹。

图7d是具有根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的公紧固件的侧视图，其中，螺纹长度的75%是锥形螺旋螺纹，螺纹长度的50%为直螺旋螺纹。

图8示出比较当拉伸负载应用于紧固件布置的公紧固件时，应用到单独螺旋螺纹的剪切应力除以具有锥形螺旋螺纹、直螺旋螺纹、和锥形螺旋螺纹和根据本技术的示例的直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的所有接合的螺纹的平均剪切应力的有限元分析的图表，在该混合螺旋螺纹中，螺旋螺纹的底部75%(即，螺纹1-18)是锥形的，且螺旋螺纹的顶部25%(即，螺纹19-24)是直的。

图9示出比较应用到单独螺旋螺纹的剪切应力除以所有接合的螺纹的平均剪切应力的有限元分析的图表，以示出当拉伸负载应用于紧固件布置的公紧固件时具有锥形螺旋螺纹、直螺旋螺纹、和根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的单独螺旋螺纹的等时蠕变材料响应，

图10示出当不同的拉伸负载应用于紧固件布置的公紧固件时，应用于具有锥形螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的单独螺旋螺纹的剪切应力的有限元分析的图表。

图11示出当不同的拉伸负载应用于紧固件布置的公紧固件时，应用于具有根据本技术的示例的锥形螺旋螺纹和直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的单独螺旋螺纹的剪切应力的有限元分析的图表。

图12示出比较当拉伸负载应用于紧固件布置的公紧固件时，应用到单独螺旋螺纹的剪切应力除以具有锥形螺旋螺纹、直螺旋螺纹、和锥形螺旋螺纹和根据本技术的示例的直螺旋螺纹的混合螺旋螺纹的紧固件布置的母紧固件的所有接合的螺纹的平均剪切应力的有限元分析的图表，在该混合螺旋螺纹中，螺旋螺纹的底部50%(即，螺纹1-12)是锥形的，且螺旋螺纹的顶部50%(即，螺纹13-24)是直的。

部件列表

100、200、300公紧固件

101、201、301母紧固件

102、202、302第一螺旋螺纹

103、203、303第二螺旋螺纹

305直螺旋螺纹部分

307锥形螺旋螺纹部分

110、210、310间隙。

具体实施方式

如上所述，用于紧固件的已知的螺旋螺纹布置(直的和锥形的)各自具有某些缺陷。试图克服这些缺陷的本技术的示例在图3和4a-4d中绘出。该布置示出公紧固件300(例如柱螺栓和螺栓)和母紧固件301(例如螺母)的接合。公紧固件300具有为直螺旋螺纹的第一螺旋螺纹302，且母紧固件301具有第二螺旋螺纹303，第二螺旋螺纹303为具有直螺旋螺纹部分305和锥形螺旋螺纹部分307的混合螺旋螺纹。

在公紧固件300和母紧固件301的螺纹302、303之间还存在小的间隙310。在图3中，间隙310由锥形螺旋螺纹部分307处的高锥度强调，以强调在该图中，该螺旋螺纹部分307是锥形的，且锥形螺旋螺纹部分307处的螺旋螺纹303示为与公紧固件300的螺旋螺纹302间隔开且不接合。然而，应理解的是，在实践中，当紧固件接合时，锥形螺旋螺纹部分307处的螺旋螺纹303的锥形将没有这么大，且在锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305二者处，在公紧固件的螺旋螺纹302与母紧固件301的螺旋螺纹303之间将存在至少少许程度的接合，如图4a所示。由于母紧固件301的锥形螺旋螺纹部分307处的锥形螺旋螺纹303，间隙310在图4b中比在图4c中大。锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305之间的过渡在图4d中示出。在图4d中，螺旋螺纹303可以遍及该过渡可见地显得显著地直，因为该部位处的详细视图示出，该锥形螺旋螺纹部分307具有接近过渡区域处的直螺旋螺纹部分305的大、小、和节圆直径的大、小、和节圆直径。而且，虽然该间隙310在图中示出以用于强调，但本领域技术人员将理解，如果紧固件足够小，则间隙310对于裸眼而言并非实际上可见的。图3还示出对公紧固件300应用的拉伸负载ft。而且，应该理解的是，螺旋螺纹303的各线从锥形螺旋螺纹部分307到直螺旋螺纹部分305将是连续的。

尽管图3和4a-4d中的示例示出母紧固件301设有具有锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305的混合螺旋螺纹，但应理解的是，在另一示例中，公紧固件300可具有混合螺旋螺纹且母紧固件301将具有直螺旋螺纹。当然，在该备选示例中，与其中锥形螺旋螺纹部分307处的母螺旋螺纹303朝直螺旋螺纹部分305变窄的图3和4a-4d相反，公紧固件上的锥形螺旋螺纹部分307的锥形将朝直螺旋螺纹部分305变宽。还应理解的是，在任一示例中，锥形螺旋螺纹部分307处的螺旋螺纹在直螺旋螺纹部分305之前与另一紧固件的直螺旋螺纹接合。而且，一旦完全接合，则直螺旋螺纹将与锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305二者的螺旋螺纹接合。

图6a绘出可具由图6b中所示的直螺旋螺纹103、图6c中所示的锥形螺旋螺纹203、或图6d和6e中示出的混合螺旋螺纹303的母紧固件101、201、301的俯视图。图6b是图6a的母紧固件101的截面图，且具有沿其长度的直螺旋螺纹103。图6c是图6a的母紧固件201的截面图，且具有沿其长度的锥形螺旋螺纹203。图6d和6e绘出类似的截面图，然而，这些示例中的各个中的螺旋螺纹303是混合螺旋螺纹，根据本技术，该混合螺旋螺纹包括锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305。在图6d中，锥形螺旋螺纹部分307占螺旋螺纹303的螺纹长度的75%，且直螺旋螺纹部分305占其余的25%。在图6e中，锥形螺旋螺纹部分307占螺旋螺纹303的螺纹长度的50%，且直螺旋螺纹部分305占其余的50%。在另外其他实施例中，锥形螺旋螺纹部分307可占混合螺旋螺纹303的螺纹长度的多于或少于50%，或者直螺旋螺纹部分305可占混合螺旋螺纹303的螺纹长度的多于或少于50%。应当理解的是，图6c-6e中绘出的锥形螺旋螺纹被夸大来描绘锥度，使得其能够由裸眼识别。然而，应理解的是，在实践中，母紧固件201、301可是小的并且/或者锥度率可是小的，使得其对裸眼而言实际上是不可见的。

还应理解的是，本技术的混合螺旋螺纹不需要应用于母紧固件，诸如螺母。相反，在另外其他示例中，公紧固件可直接附接于穿有混合螺旋螺纹的构件，诸如梁、柱、板等。这将允许公紧固件直接固连于穿有混合螺旋螺纹的构件。

图7a描绘了另一现有技术示例，其中公紧固件100设有直螺旋螺纹102。图7b描绘了另一现有技术示例，其中公紧固件200设有锥形螺旋螺纹202。图7c示出了具有根据本技术的示例的混合螺旋螺纹302的公紧固件300。公紧固件300的混合螺旋螺纹302包括锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305。应理解的是，在本示例中将连接于公紧固件300的母紧固件301将具有直螺旋螺纹303，因为在该示例中，公紧固件300具有混合螺旋螺纹302。而且，在图7c的示例中，锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305各自占螺旋螺纹302的螺纹长度的50%。图7d描绘了图7c的公紧固件300的示范变形，其中，锥形螺旋螺纹部分307占螺旋螺纹302的螺纹长度的75%，且直螺旋螺纹部分305占螺旋螺纹302的螺纹长度的25%。在另外其他实施例中，锥形螺旋螺纹部分307可占混合螺旋螺纹303的螺纹长度的多于或少于50%，或者直螺旋螺纹部分305可占混合螺旋螺纹303的螺纹长度的多于或少于50%。应当理解的是，图7b-7d中绘出的锥形螺旋螺纹被夸大来描绘锥度，使得其能够由裸眼识别。然而，还应理解的是，在实践中，公紧固件200、300可是小的并且/或者锥度率可是小的，使得其对裸眼而言实际上是不可见的。

图5c示出当拉伸负载ft应用于公紧固件100、200、300时的具有直螺旋螺纹(图5a)、锥形螺旋螺纹(图5b)、和本技术的混合螺旋螺纹构造(图5c)的紧固件布置的接合螺纹经受的剪切应力的比较。该比较例示了现有技术的缺陷和本技术的优点。例如，在图5a中，大的剪切应力集中示为在母紧固件的螺旋螺纹103的最低处附近。换言之，该最低螺纹经受显著比例的剪切应力，且因此，更可能失效，这又可导致紧固件的分离和连接的失效。图5b示出，母紧固件201的螺旋螺纹203的最低处不经受图5a中所示的此种高剪切应力集中。然而，在图5b中，母紧固件201的螺旋螺纹203的顶部螺纹此时经受较大比例的剪切应力。虽然螺旋螺纹203的顶部螺纹的失效不会导致连接的完全失效，因为顶部螺纹下方存在若干螺纹，但该增大的剪切应力指示卡滞可能发生在螺旋螺纹202、203之间的界面的较高区中。

图5c描绘了包括锥形螺旋螺纹部分307和直螺旋螺纹部分305的本技术的混合螺旋螺纹如何沿母紧固件303的螺旋螺纹303的长度经受更均匀的剪切应力分布。因此，图5c中的布置表示了优于直螺旋螺纹技术的改善，因为底部螺纹不经受不成比例地高的剪切应力集中，从而更好地避免紧固件之间连接的完全失效。而且，图5c中的布置表示了优于锥形螺旋螺纹技术的改善，因为顶部螺纹不经受不成比例地高的剪切应力集中，从而更好地避免螺旋螺纹302、303之间的卡滞。

图8和9是比较应用于单独螺旋螺纹的剪切力除以连结于经受负载的公紧固件(例如柱螺栓或螺栓)的母紧固件(诸如螺母)的所有接合的螺纹的平均剪切力的图。图9还绘出了紧固件布置的等时蠕变材料响应。各图具有与具有直螺旋螺纹的母紧固件、具有锥形螺旋螺纹的母紧固件、和具有本技术的混合螺旋螺纹(其中螺旋螺纹的底部75%(即螺纹1-18)是锥形的，且螺旋螺纹的顶部25%(即螺纹19-24)是直的)的母紧固件中的各个对应的线。应理解的是，底部螺旋螺纹是当组装紧固件布置时首先接合的螺旋螺纹，且顶部螺旋螺纹是最后接合的。这些图描绘了现有技术的各种缺陷和本技术的混合螺旋螺纹的优点。例如，可看出，具有直螺旋螺纹的母紧固件的底部螺纹经受最大的剪切应力，这可导致连接的失效。而且，在具有锥形螺旋螺纹的母紧固件中，母紧固件的顶部螺纹经受不成比例地高的剪切应力集中，这可导致卡滞。有利地，还可看出，具有混合螺旋螺纹的母紧固件沿母紧固件的螺纹长度经受更均匀的剪切应力分布，尤其是从螺纹17到24，这既减少卡滞的风险也减少连接完全失效的风险。因此，即使在螺栓和螺母材料因长期暴露在高温下而蠕变之后，混合螺纹构造仍提供在螺旋界面之间的更均匀的剪切应力负载。

图10和11是描绘了当不同的负载应用于对应的母紧固件时，分别具有锥形螺旋螺纹和根据本技术的混合螺旋螺纹的母紧固件的单独螺纹经受的剪切应力的图。在图10中可在此看出，锥形螺旋螺纹的顶部螺纹在各种负载下经受最大比例的剪切应力，这可导致卡滞。应理解的是，底部螺旋螺纹是当组装紧固件布置时首先接合的螺旋螺纹，且顶部螺旋螺纹是最后接合的。然而，在该图中值得注意的是，当负载达到最高水平时，底部螺纹实际上变为最高负载螺纹。因此，在所示的最高负载水平下，卡滞风险仍是高的，但连接完全失效的风险也显著地提高，因为此时底部螺纹经受最大剪切应力。还值得注意的是，图10示出在较低负载水平下，仅顶部的一些螺纹完全经受任何剪切应力。换言之，在较低负载水平下，在顶部螺纹处的集中的剪切应力的分摊是不成比例地高的，这是在紧固件上紧过程期间的卡滞的主要原因。

图11描绘了本技术的混合螺旋螺纹如何表现优于锥形螺旋螺纹的改善。在该示例中，母紧固件的螺旋螺纹的底部75%(即，螺纹1-18)是锥形的，且母紧固件的螺旋螺纹的顶部25%(即，螺纹19-24)是直的。应理解的是，底部螺旋螺纹是当组装紧固件布置时首先接合的螺旋螺纹，且顶部螺旋螺纹是最后接合的。在此可看出，在所有的负载水平下，剪切应力分布在较多数量的螺纹上。例如，螺纹18-24在标出的负载水平下都经受完全等同的量的剪切应力，尤其是在卡滞风险最高的紧固件组装开始时经历的较低柱螺栓应力水平。而且，值得注意的是，螺纹的底部部分在最高的两个负载水平下经受最高水平的剪切应力，其余的螺纹仍然维持较均匀的剪切应力分布，使得卡滞和/或连接的完全失效的可能性更小。

图12是绘出当负载应用于对应的母紧固件时，具有直螺旋螺纹、锥形螺旋螺纹、和根据本技术的示例的混合螺旋螺纹(其中螺旋螺纹的底部50%(即螺纹1-12)是锥形的，且螺旋螺纹的顶部50%(即螺纹13-24)是直的)的母紧固件经受的剪切应力的比较。应理解的是，底部螺旋螺纹是当组装紧固件布置时首先接合的螺旋螺纹，且顶部螺旋螺纹是最后接合的。关于直螺旋螺纹和锥形螺旋螺纹，单独的螺纹经受的剪切应力类似于上面在图8中描绘的那些，其中直螺旋螺纹的较低部分经受不成比例地高的量的剪切应力，且锥形螺旋螺纹的较高部分经受不成比例地高的量的剪切应力。在此值得注意的是，在混合螺旋螺纹构造中，当锥形和直螺旋螺纹的比例相等时，中间螺纹经受最高量的剪切应力。还值得注意的是，分不到螺旋螺纹的顶部和底部部分的剪切应力的比例沿螺纹长度更均匀。实际上，在该图中，混合螺旋螺纹示例的最低螺纹经受比完全锥形或完全直的螺旋螺纹小的剪切应力。该示例的混合螺旋螺纹中的更均匀的剪切应力分布指示，此种紧固件布置将较不易受卡滞和/或连接完全失效的影响。

虽然已经结合目前被认为最实用且优选的实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。