先进的螺母及螺栓的制作方法

专利名称：先进的螺母及螺栓的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种紧固系统，尤其是一种包括螺母和高疲劳强度螺栓的抗振动 的紧固系统。
背景技术：
常规的螺母和螺栓很方便使用，但是在严重的振动载荷下两者易松开。此外，螺栓 的螺纹会产生应力集中，并且不具备承受高尖峰载荷的必要疲劳强度。需要一种抵抗振动 松开的螺母及螺栓紧固系统，该紧固系统具有优越的疲劳强度以抵抗高尖峰载荷，并且可 以利用普通的安装工具迅速地安装和拆卸。

实用新型内容一种紧固系统，其包括由第一材料制造的高疲劳强度的螺栓和由比所述螺栓的第 一材料软的第二材料制造的螺母。在一实施例中，所述紧固系统包括螺栓与螺母硬度的比 大致为4 3或更高。螺栓包括螺栓外螺纹，并且螺母包括与所述螺栓外螺纹匹配并通过 螺纹配合的预攻丝的螺母内螺纹。在一实施例中，所述紧固系统利用了螺母螺纹及螺栓螺 纹的独特几何形状以及螺母及螺栓之间硬度差异的结合，来形成一种抗振动的系统。在一 个实施例中，紧固系统提供了螺母及螺栓的方便性，但却具有先进锁紧螺栓的疲劳强度和 抗振性。当利用普通的扭矩工具旋转地拧紧时，螺母螺纹的牙侧顺应螺栓的相对牙侧。在 螺母和螺栓的牙侧完全配合好之后，螺栓螺纹的牙顶嵌入到螺母螺纹的更软的、相应的承 载牙侧中。随着上述螺栓牙顶嵌入的同时，更软的螺母的螺纹牙顶径向地向内流变并且流 变到螺栓螺纹相应的牙根半径中。螺母和螺栓的该完全接触限制了螺母在相对于螺栓纵轴 线的横向方向上的移动。结果，该紧固系统具有良好的抗振性。在拧紧过程期间，本紧固系 统产生了非常类似于标准螺母和螺栓的夹紧。然而，本紧固系统的不同之处在于同时使用 夹紧能量的一部分来形成独特的抗振动特性。根据一方面，一种用于将多个工件相互固定在一起的紧固系统，包括螺栓，其具 有细长的螺杆，该螺杆适合于被定位在工件中对准的开口内，所述螺杆在一端处有扩大的 头部并且所述螺杆包括螺纹部分，该螺纹部分具有多个螺栓外螺纹，所述螺栓的螺栓外螺 纹由多个牙顶和多个牙根限定，多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到多个牙根中相应的 一个上，所述螺栓是由第一材料制造的；和螺母，其具有多个螺母内螺纹，所述螺母内螺纹 由多个牙顶和多个牙根限定，所述螺母内螺纹的多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到所述螺母内螺纹的多个牙根中相应的一个上，所述螺母内螺纹的大小和形状适合与所述螺栓 外螺纹通过螺纹啮合，所述螺母是由比螺栓的第一材料更软的第二材料制造的，其特征在 于，当所述螺母内螺纹与螺栓的螺栓外螺纹啮合时，螺栓外螺纹的多个牙顶中的每一个嵌 入到螺母内螺纹的多个承载牙侧的相应的一个中，并且螺母内螺纹的多个牙顶中的每一个 发生变形并且流变到螺栓外螺纹的多个牙根相应的一个中，以在螺母内螺纹和螺栓外螺纹 之间形成完全接触，以便限制螺母在横向于螺栓纵轴线的方向上移动。根据一实施例，所述螺栓的第一材料和所述螺母的第二材料都是钢。根据一实施例，所述螺栓的第一材料是中碳合金钢。根据一实施例，所述螺母的第二材料是低碳钢。根据一实施例，所述螺母的第二材料是低碳合金钢。根据一实施例，所述螺母的第二材料是中碳钢。根据一实施例，所述螺母的第二材料是中碳合金钢。根据一实施例，所述螺栓的第一材料是中碳钢。根据一实施例，螺栓的硬度与螺母的硬度的比为大约4 3。根据一实施例，所述螺母包括在大约Rb75到大约Rb95范围内的硬度。根据一实施例，所述螺栓是硬度在大约Rc33到大约Rc39范围内的8级螺栓。根据一实施例，所述螺栓是硬度在大约Rc33到大约Rc39范围内的10. 9类的螺 栓。根据一实施例，所述螺栓是硬度在大约Rc24到大约Rc34范围内的5级螺栓。根据一实施例，所述螺栓是硬度在大约Rc24到大约Rc34范围内的8. 8类的螺栓。根据一实施例，所述螺母包括在大约Rb53到大约Rb75范围内的硬度。根据一实施例，所述螺母内螺纹包括单向的螺纹，并且所述螺栓外螺纹包括单向 的螺纹。根据一实施例，所述螺母内螺纹包括双向的螺纹，并且所述螺栓外螺纹包括双向 的螺纹。根据一实施例，螺母内螺纹包括大约80度的夹角。根据一实施例，螺母内螺纹包括大约50度的夹角。根据一实施例，所述紧固系统是自由运转系统。根据另一方面，一种用于将多个工件相互固定在一起的紧固系统，包括销部件， 其具有细长的螺杆，该螺杆适合于被定位在工件中对准的开口内，所述螺杆在一端处有扩 大的头部并且所述螺杆包括螺纹部分，该螺纹部分具有多个销外螺纹，所述销部件的销外 螺纹由多个牙顶和多个牙根限定，多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到多个牙根中相应 的一个上，所述销部件是由第一材料制造的；和螺母，其具有多个螺母内螺纹，所述螺母内 螺纹由多个牙顶和多个牙根限定，所述螺母内螺纹的多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接 到所述螺母内螺纹的多个牙根中相应的一个上，所述螺母内螺纹的大小和形状适合与所述 销外螺纹通过螺纹啮合，所述螺母是由比销部件的第一材料更软的第二材料制造的，其特 征在于，当所述螺母内螺纹与所述销部件的销外螺纹啮合时，销外螺纹的多个牙顶中的每 一个嵌入到螺母内螺纹的多个承载牙侧的相应的一个中，并且螺母内螺纹的多个牙顶中的 每一个发生变形并且流变到销外螺纹的多个牙根的相应的一个中，以在螺母内螺纹和销外
5螺纹之间形成完全接触，以便限制螺母在横向于销部件纵轴线的方向上移动。本实用新型可用于各种应用和环境中，例如，军事装备、农业设备、汽车及货运应 用和轨道应用。在阅读了下面参照附图作为示例给出的对本实用新型实施例的详细说明 后，将更清楚地明白本实用新型的其它特点和优点。

为了更好地理解本实用新型，参考
以下结合附图对实施例的详细说明，其中图1是根据本实用新型一实施例的紧固系统的侧视图；图2是沿图1所示的紧固系统的线A-A并且在箭头方向上观察时的剖视图；图3是图2所示紧固系统采用的螺母的螺母螺纹和螺栓的相应螺栓螺纹的放大剖 视图，螺母和螺栓图示在松开位置中，螺母图示在左边并且螺栓图示在右边；图4是图3所示螺母的螺母螺纹和螺栓的螺栓螺纹的放大剖视图，但是螺母和螺 栓图示在拧紧位置中；图5A和5B分别是图1中所示紧固系统采用的螺母和螺栓的一实施例的螺纹牙型 细节的放大剖视图；图5C是图1中所示紧固系统采用的螺母的另一实施例的螺纹牙型细节的放大剖 视图；图6示出了图1中所示紧固系统样品的振动试验数据结果；图7示出了图1中所示紧固系统样品的重新使用的试验数据结果；图8示出了图1中所示紧固系统样品与现有的紧固系统相比较的对比试验数据结 果；图9示出了图1中所示紧固系统样品的进一步的支持试验数据结果；图10描绘了图1中所示紧固系统与标准紧固系统相比较的夹紧一致性图表；图11A和图11B分别是图1中所示紧固系统采用的螺栓和螺母的另一个实施例的 螺纹牙型细节的放大图；图12A到图12C显示了图1中所示紧固系统采用的螺母的另一实施例；图13A和图13B是图12A到图12C中所示螺母的螺母螺纹和图11A中所示螺栓的 螺栓螺纹的放大剖视图，所述螺母和螺栓分别被图示为处于松开位置和拧紧位置中，在图 13A和13B两者中螺栓图示在左边并且螺母图示在右边；图14示出了具有图11A中所示牙型细节的螺栓样品与标准UNC螺栓相比较的疲 劳试验数据结果；和图15示出了图13A和图13B中所示螺母和螺栓紧固系统的样品的横向振动试验 数据。
具体实施方式
参见图1和图2，紧固系统10包括螺栓12和螺母14，所述螺母14与螺栓12通过 螺纹配合，用于将两个工件、接头等(在图中未示出)相互紧固在一起。在一实施例中，螺 栓12是由第一材料制造的高疲劳强度螺栓，而螺母14是由比螺栓12的第一材料要软的第 二材料制造的。在下文中将更详细地描述用来制造螺栓12和螺母14的材料。[0046]仍然参见图1和图2，在一实施例中，螺栓12包括细长的螺杆16和增大的螺栓 头22，螺杆16具有第一端18及与第一端18相反的第二端20，螺栓头22位于第一端18。 在一个或多个实施例中，螺栓头22可以由现有技术已知的任何大小和形状的螺栓头组成 (例如，六角头、车身螺栓头、扁圆头、槽头等)。螺杆16包括具有螺栓外螺纹26的螺纹部 分24。在以下将更详细描述螺栓外螺纹26的实施例。在一个或多个实施例中，螺栓12的 螺栓外螺纹26类似于由AlcoaFastening Systems (本申请受让人的关联公司)制造的 BOBTAIL 紧固系统的螺栓螺纹，其在美国专利No. 7，293，339中被公开了，该专利通 过引用被并入本文。美国专利No 7，293，339中公开的螺栓的实施例包括浅螺纹和大牙根 半径(在本申请的附图中未示出)。在另一个实施例中，螺栓外螺纹26的浅螺纹和大牙根 半径产生了较大的螺栓横截面和减小的应力集中，从而为螺栓12改善了螺纹部分24中的 疲劳强度和剪切强度。仍然参见图1和图2，在一实施例中，螺母14包括外六角28，以便于螺母14在螺 栓12上的转动松紧。在一个或多个实施例中，螺母14可包括本领域中已知的任何一种合 适的螺母，例如，六角螺母、方形螺母、盖形螺母、蝶形螺母、凸缘螺母等。螺母14包括预攻 丝的螺母内螺纹30 (参见图2)，螺母内螺纹30与螺栓12的螺栓外螺纹26配合并且通过螺 纹啮合。在以下将更详细描述螺母14的螺母内螺纹30的实施例。在一实施例中，螺栓12和螺母14的制造材料满足螺栓与螺母的硬度比约为4 3 或更高。在一实施例中，螺栓12是8级(Grade)强度的螺栓，并且是由中碳合金钢制造的； 并且螺母14是由低碳钢在墩粗(as-headed)状态或机加工状态下制成的。在另一个实施 例中，螺栓12是由中碳钢制造的。在其他实施例中，螺母14是由低碳合金钢或中碳钢制造 的。在一实施例中，螺栓12可以是本领域中已知的任何等级，例如，2级、5级、8级、8. 8类 (Class)和10. 9类。在一个实施例中，当螺母14使用低碳钢(墩粗状态或机加工状态)时， 紧固系统10能够获得很高的夹紧力(8级或者10.9类)。在另一个实施例中，与普通的螺 母相比，墩粗状态和机加工状态导致了成本节省。一般地，普通的螺母需要昂贵的二次热处 理过程以获得硬度。紧固系统10的螺母14不需要二次热处理过程。在另一个实施例中，紧固系统10是由钛、铝或者不锈钢或者2级通用(utility grade)钢型或5级通用钢型来制造的，只要保持螺栓与螺母的硬度近似比为4 3或更高。 螺栓与螺母的硬度近似比为4 3或者更高确保了当在负载下时螺栓外螺纹26不会显著 变形。如果螺栓硬度的比增大，则当在负载下时螺栓外螺纹26不会显著变形。然而，如果 螺母硬度的比增大或者如果螺栓硬度的比减小，则螺栓外螺纹26会变形，从而引起不可预 料的张力损失。在一实施例中，螺母14的硬度范围为Rb75_95。在一实施例中，8级和10. 9类的螺 栓12的硬度范围为Rc33-39。在一实施例中，5级和8.8类的螺栓12的硬度范围为此24-34。 在一实施例中，螺母14的硬度范围为Rb53-75。参见图3，螺母14的螺母内螺纹30 (图示在图3的左边)和螺栓12的螺栓外螺纹 26(图示在图3的右边)图示成处于相互松开的位置中。螺栓外螺纹26由多个牙顶32、多 个牙根34和多个牙侧36所限定。各牙侧36将多个牙顶32中相应的一个接合到多个牙根 34中相应的一个上。类似地，螺母内螺纹30是由多个牙顶38、多个牙根40所限定。多个 牙侧42中的每一个将多个牙顶38中相应的一个接合到多个牙根40中相应的一个上。[0052]参见图4，螺母内螺纹30和螺栓外螺纹26图示为处于相互拧紧的位置中。当螺 栓12和螺母14相互配合时，螺母内螺纹30的多个牙侧42中的一个与螺栓外螺纹26的多 个牙侧36中相应的一个顺应。在螺母14拧紧在螺栓12上时，在牙侧36、42完全配合好之 后，螺母内螺纹30的多个承载牙侧42’中的一个围绕螺栓外螺纹26相应的一个牙顶32流 变。也就是说，螺栓外螺纹26的牙顶32嵌入到螺母内螺纹30柔软的承载牙侧42’中。在 螺栓外螺纹26的牙顶32嵌入到螺母内螺纹30的承载牙侧42中的同时，螺母内螺纹30的 各牙顶38受力并且径向地流变到螺栓外螺纹26的相应牙根34中，具体地说，流变到牙根 34的牙根半径中。一旦被拧紧，则螺母14不能在横向方向D上相对于螺栓12的轴线a-a 移动(参见图2)。结果，在螺母14的全长上获得了螺栓外螺纹26和螺母内螺纹30之间的 一致接触。横向振动被公认是螺母和螺栓松动的原因。在紧固系统10的情况下，螺母14不 能在横向方向D上相对于螺栓12移动。当拧紧时，在螺母14的全长上，螺母内螺纹30的 牙侧42与螺栓外螺纹26的牙侧36相顺应。另外，在螺栓外螺纹26的牙顶32和牙根34 上垂直于横向方向D形成接触面，从而完全阻止螺母14相对于螺栓12的横向运动。结果， 抵抗了振动诱发的松开。在拧紧过程期间，紧固系统10产生了非常类似于标准螺母和螺栓 的夹紧，但是紧固系统10的不同在于，它同时使用夹紧能量的一部分来形成其独特的抗振 动特性。紧固系统10被认为是“自由运转”，这意味着不需要转矩来把螺母14在螺栓12上 向下旋到最外边缘线(sheet line)。该“自由运转”的特征不同于通常被称为“经常作用 的扭矩”(prevailing torque)螺母的许多更加普通的抗振动紧固系统设计。这些“经常作 用的扭矩”螺母的装配不但较缓慢而且较困难。图5A和5B分别示出了螺母14和螺栓12的螺纹30、26的牙型细节(它们在如下 所述的紧固系统10的初始试验中使用)的实施例，是5/8英寸(16毫米)的紧固系统10。 在一实施例中，图5A和5B中未示出的尺寸如下螺母小径0. 581 士. 001英寸 螺栓小径0. 568英寸螺母大径0. 637 士. 001英寸 螺栓大径0. 622 士. 002英寸全部半径正切和桥接(blended) 全部半径正切和桥接上述尺寸相应于在车床上使用镗杆制造出的螺母14的实施例。在另一个实施例 中，利用高速攻丝机和丝锥来给螺母14攻丝。攻丝加工需要在螺母14的小径处有间隙区。 图5C显示了攻丝螺母内螺纹30细节的一实施例。在前述5/8英寸的紧固系统10的样品上进行各种振动试验。特别是，在由SPS Unbrako制造的50千磅(kip)能力的Junker，s横向振动机上对紧固系统10的样品试验。 紧固系统10的几个样品以预定的载荷安装，并且横向装载板，该板在以12. 5赫兹运转的凸 轮控制下产生0.120英寸的总变形。紧固系统10的螺母14被安装在该振动板上。在振动 板内侧有0. 110英寸的间隙，以允许弯曲并且产生横向载荷。振动试验进行以下的试验步 骤(1)将紧固系统10安装到Junker’ s机中，使螺母14在Junker’ s机顶部可见。(2)给Junker，s机通电，并且在Nicolet示波器上监视试验的夹持载荷。(3)在5分钟后或者紧固件失效后(无论哪个首先发生)，停止试验。[0064]结果，收到关于紧固系统10的振动试验数据，图示在图6中。对照以秒为单位的 时间来计量以磅力(lbf.)为单位的预载荷。样品被标为“先进#1”到“先进#3”。实验结 果表明紧固系统10的样品在Junker's振动试验中表现很好。在实验开始时，紧固系统10 呈下降趋势，然后在大约20，000磅力的预载荷下稳定，并且无限期地继续，没有进一步的 松开。上述试验中所用螺母14的硬度值为(洛氏硬度Rockwell) Rb84到86。螺栓12的硬 度在 Rc35-38。图7示出了紧固系统10的重新使用的测试数据。对照以秒为单位的时间来计量 以磅力为单位的预载荷。通过重新使用在以上结合图6描述的初始振动试验中所用的相同 螺母14和螺栓12来进行以下试验。然后重新布置螺母14和螺栓12，以便各螺栓12接收 不同于初始试验中的螺母14。在试验开始时，紧固系统10呈下降趋势，然后在大约22，500 磅力的预载荷下稳定，并且无限期地继续，没有进一步的松开。该重新使用的试验表明螺母 14和螺栓12可以被随意地重新使用，而抗振性没有任何严重的降低。图8示出了紧固系统10样品的对比试验数据。对照以秒为单位的时间来计量以磅 力为单位的预载荷。该图显示了紧固系统10的初始试验数据(标注为“先进#1”到“先进 #3，，)与其他抗振动紧固系统(标注为"Stoverized"锁紧螺母系统、“凸缘"螺母系统 和"尼龙锁紧"系统)以及如上所述的BOBTAIL 系统之间进行的比较。对照以秒为 单位的时间来计量以磅力为单位的预载荷。如图8所示，紧固系统io(以及BOBTAIL 系统)的样品的预载荷稍微降低，然后保持稳定在大约20，ooo磅力。相反，其他系统的预 载荷直接下降，并且在短时间内在零或者接近于零处变平直。因此，这说明紧固系统10具 有良好的抗振动性。图9示出了紧固系统10另外的支持性试验数据。对照以秒为单位的时间来计量以 磅力为单位的预载荷。该图示出了螺栓12和螺母14之间硬度差异的影响，并且在锁紧特 性方面的效果。在该试验中，标准的8级5/8英寸-11的UNC螺栓12与螺母14(Rb89-91) 一起使用，该螺母具有用标准的5/8英寸-11的丝锥攻出的螺纹内径。该图显示了与紧固 系统10具有相同硬度(Rb89-91)的标准UNC攻丝螺母14(标注为“补充”)的三个试验和 螺母14(标注为“Bobtail”)的三个试验的叠加。该图显示出在振动期间，UNC螺母的锁紧 特性随时间而下降，而本实用新型紧固系统10的螺母14的锁紧特性则不会。因此，这些试 验数据表明了紧固系统10的锁紧特性的抗振性不仅仅是螺母14变软的结果。图10示出了紧固系统10的夹紧力一致性。在紧固系统10中固有地存在夹紧力 一致性。通常，标准的螺母和螺栓在一定的转矩下夹紧力变化大约25-30%。紧固系统10 的夹紧力变化可以低至大约20%。这是由于紧固系统10在螺母14材料的变形(屈服)范 围内工作。较软的材料起到衬垫的作用并且使安装曲线变平。由于较软的螺母14处于屈 服曲线的平坦部分中，转矩上的大差别引起螺栓张力的小差别。相反，硬的不屈服的螺母则 在转矩-张力曲线中具有非常陡的斜度。就此而言，转矩上的小差别引起了螺栓张力的大 差别。在另一个实施例中，螺栓和螺母的螺纹26、30均包括单向螺纹。该单向螺纹要求 螺母14定向成使得螺栓和螺母的螺纹26、30匹配。在另一个实施例中，螺栓和螺母的螺纹 26、30是双向的。在一实施例中，图11A和11B中示出了 5/8英寸(16毫米)直径的紧固系 统110( S卩，螺母114和螺栓112)的几何形状。图11A和11B中未包括的尺寸如下
9[0070]螺栓小径0. 568参考(ref.) 螺母小径0. 581 士. 001英寸螺栓大径0. 622士. 002英寸 螺母大径0. 637士. 001英寸全部半径正切和桥接全部半径正切和桥接在另一个实施例中，螺母114的特征如图12A到图12C所示。更加特别地，螺母114 包括80度的夹角，该夹角向外延伸到攻丝间隙平顶。因此，关于图13A和13B中所示的紧 固系统10，当螺母114和相应的螺栓112 (在图11B中示出了其螺纹的特点)相互配合时， 螺栓螺纹126的牙顶132首先碰撞螺母螺纹130相应的承载牙侧142’，导致螺栓112 (由较 硬的材料制造)的一点在较低的载荷下刺入螺母114(由较软的材料制造)。这样就提供了 在较低转矩/夹紧载荷下的抗振性。该成形次序(螺母螺纹130首先围绕螺栓螺纹126的 牙顶132成形)产生了在较低载荷下的抗振特性。在一实施例中，例如，如果用5级的夹紧 载荷来上紧8级螺栓，则获得了抗振性。图14示出了紧固系统110与标准UNC紧固系统相比的张力-张力疲劳试验的平均 试验结果。对照循环次数来计量以磅力为单位的最大载荷。所使用的样品系统110是5/8 英寸直径的、8级的系统。如从图14中看到的，紧固系统110的疲劳寿命是可比的标准UNC 系统的五倍。此外，已经测得，紧固系统110的计算最大应力为142KSI (千磅/平方英寸)， 而普通UNC系统的计算最大应力为194KSI，由此可得紧固系统110的应力比UNC系统的小 27%。图15示出了紧固系统110的四个样品的横向振动试验数据。对照以秒为单位的 时间来计量以磅力为单位的预载荷。在38，000磅力预载荷下使用直径为3/4英寸的紧固 系统110的样品。如图15所示，预载荷稍微减小，然后保持稳定。因此，这进一步表明了紧 固系统110具有良好的抗振动性。总而言之，紧固系统10、110具有各种有益的特征。例如，因为紧固系统10、110是 抗振动的，所以它们较少需要维护并且设备的正常运行时间更长。“自由运转”的螺纹保证 了快速装配和易于拆卸。这还避免了破坏紧固系统10、110的任何覆层。因为螺栓螺纹26、 126浅并且具有低的缺口系数，所以它们具有高的疲劳强度并且能吸收高的尖峰载荷。在一 实施例中，紧固系统10、110可以具有8. 8类或10. 9类强度，并且因此能够升级普通的螺母 和螺栓。最后，紧固系统10、110具有可预测的扭矩/张力关系。结果，被紧固好的接头能 抵抗滑移破坏，并且各部件保持对准并且更持久。应该理解，此处所描述的实施例仅是示例性的，并且本领域的技术人员可以在不 脱离实用新型的精神和范围的情况下进行许多变化和改进。例如，在一实施例中，螺栓12、 112可以包括任何一种螺纹销，例如，车身螺栓、六角螺栓、U形螺栓、J形螺栓、机螺栓等。 在一实施例中，螺母14、114可以包括任何一种螺母，例如，六角螺母、方形螺母、盖形螺母、 蝶形螺母、凸缘螺母等。在一实施例中，紧固系统10、110可以使用任何一种合适的衬垫，例 如，平的、方的、锁紧的、接驳的(dock)、防尘的(fender)等(图中未示出)。在一实施例中， 紧固系统10、110可以包括合适的覆层，例如，镀锌、电镀、镀铬等。因此，所有这样的变化和 改进都应包括在如权利要求所限定的本文描述的实施例的范围内。
权利要求一种用于将多个工件相互固定在一起的紧固系统，包括螺栓，其具有细长的螺杆，该螺杆适合于被定位在工件中对准的开口内，所述螺杆在一端处有扩大的头部并且所述螺杆包括螺纹部分，该螺纹部分具有多个螺栓外螺纹，所述螺栓的螺栓外螺纹由多个牙顶和多个牙根限定，多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到多个牙根中相应的一个上，所述螺栓是由第一材料制造的；和螺母，其具有多个螺母内螺纹，所述螺母内螺纹由多个牙顶和多个牙根限定，所述螺母内螺纹的多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到所述螺母内螺纹的多个牙根中相应的一个上，所述螺母内螺纹的大小和形状适合与所述螺栓外螺纹通过螺纹啮合，所述螺母是由比螺栓的第一材料更软的第二材料制造的，其特征在于，当所述螺母内螺纹与螺栓的螺栓外螺纹啮合时，螺栓外螺纹的多个牙顶中的每一个嵌入到螺母内螺纹的多个承载牙侧的相应的一个中，并且螺母内螺纹的多个牙顶中的每一个发生变形并且流变到螺栓外螺纹的多个牙根相应的一个中，以在螺母内螺纹和螺栓外螺纹之间形成完全接触，以便限制螺母在横向于螺栓纵轴线的方向上移动。
2.如权利要求1所述的紧固系统，其中，所述螺栓的第一材料和所述螺母的第二材料 都是钢。
3.如权利要求2所述的紧固系统，其中，所述螺栓的第一材料是中碳合金钢。
4.如权利要求3所述的紧固系统，其中，所述螺母的第二材料是低碳钢。
5.如权利要求3所述的紧固系统，其中，所述螺母的第二材料是低碳合金钢。
6.如权利要求3所述的紧固系统，其中，所述螺母的第二材料是中碳钢。
7.如权利要求3所述的紧固系统，其中，所述螺母的第二材料是中碳合金钢。
8.如权利要求2所述的紧固系统，其中，所述螺栓的第一材料是中碳钢。
9.如权利要求2所述的紧固系统，其中，螺栓的硬度与螺母的硬度的比为大约4 3。
10.如权利要求9所述的紧固系统，其中，所述螺母包括在大约Rb75到大约Rb95范围 内的硬度。
11.如权利要求9所述的紧固系统，其中，所述螺栓是硬度在大约Rc33到大约Rc39范 围内的8级螺栓。
12.如权利要求9所述的紧固系统，其中，所述螺栓是硬度在大约Rc33到大约Rc39范 围内的10. 9类的螺栓。
13.如权利要求9所述的紧固系统，其中，所述螺栓是硬度在大约Rc24到大约Rc34范 围内的5级螺栓。
14.如权利要求9所述的紧固系统，其中，所述螺栓是硬度在大约Rc24到大约Rc34范 围内的8. 8类的螺栓。
15.如权利要求9所述的紧固系统，其中，所述螺母包括在大约Rb53到大约Rb75范围 内的硬度。
16.如权利要求1所述的紧固系统，其中，所述螺母内螺纹包括单向的螺纹，并且所述 螺栓外螺纹包括单向的螺纹。
17.如权利要求1所述的紧固系统，其中，所述螺母内螺纹包括双向的螺纹，并且所述 螺栓外螺纹包括双向的螺纹。
18.如权利要求17所述的紧固系统，其中，螺母内螺纹包括大约80度的夹角。
19.如权利要求17所述的紧固系统，其中，螺母内螺纹包括大约50度的夹角。
20.如权利要求1所述的紧固系统，其中，所述紧固系统是自由运转系统。
21.一种用于将多个工件相互固定在一起的紧固系统，包括销部件，其具有细长的螺杆，该螺杆适合于被定位在工件中对准的开口内，所述螺杆在 一端处有扩大的头部并且所述螺杆包括螺纹部分，该螺纹部分具有多个销外螺纹，所述销 部件的销外螺纹由多个牙顶和多个牙根限定，多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到多个 牙根中相应的一个上，所述销部件是由第一材料制造的；和螺母，其具有多个螺母内螺纹，所述螺母内螺纹由多个牙顶和多个牙根限定，所述螺母 内螺纹的多个牙顶中的一个通过承载牙侧连接到所述螺母内螺纹的多个牙根中相应的一 个上，所述螺母内螺纹的大小和形状适合与所述销外螺纹通过螺纹啮合，所述螺母是由比 销部件的第一材料更软的第二材料制造的，其特征在于，当所述螺母内螺纹与所述销部件的销外螺纹啮合时，销外螺纹的多个牙 顶中的每一个嵌入到螺母内螺纹的多个承载牙侧的相应的一个中，并且螺母内螺纹的多个 牙顶中的每一个发生变形并且流变到销外螺纹的多个牙根的相应的一个中，以在螺母内螺 纹和销外螺纹之间形成完全接触，以便限制螺母在横向于销部件纵轴线的方向上移动。
专利摘要本实用新型涉及一种抗振动的紧固系统，包括由第一材料制造的高疲劳强度的螺栓和由比所述螺栓的第一材料要软的第二材料制造的螺母。所述螺栓包括螺栓螺纹，并且所述螺母包括与所述螺栓螺纹配合的预攻丝的螺母螺纹。当拧紧时，螺栓螺纹的牙顶嵌入到螺母螺纹柔软的承载牙侧中。随着螺栓牙顶嵌入的同时，更软的螺母螺纹的牙顶径向地向螺栓螺纹的牙根半径内流变。螺母和螺栓之间的该完全接触限制了螺母在相对于螺栓纵轴线的横向方向上的移动。所述紧固系统利用螺母螺纹及螺栓螺纹的独特几何形状以及螺母和螺栓之间的硬度差异的结合来提供抗振性。
文档编号F16B29/00GK201582286SQ20102000240
公开日2010年9月15日 申请日期2010年1月6日 优先权日2009年1月6日
发明者R·J·科比特, 小詹姆斯·L·沃拉尔德 申请人:美铝公司