呈螺丝、螺母或垫片形式的螺纹连接用连接件及其紧固方法技术

呈螺丝、螺母或垫片形式的螺纹连接用连接件在其抵接面上有至少一个凸起（１１）及另一个径向靠外的表面区（１７）。凸起的高度及横截面的尺寸是这样确定的，即凸起在当紧固螺纹连接时在达到预定预应力的情况下弹性或塑性变形到这样的程度，即抵靠着该径向靠外的表面区形成抵接。当实际上一般把螺纹连接件拧到预定紧固扭矩时，通过本发明专利技术减小了对应于紧固扭矩的预应力的公差范围。当凸起充分变形且径向靠外的表面区抵接时，扭矩－旋转角度的导数发生变化，它也可被用作终止紧固过程的标准。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及呈螺丝、螺母或垫片形式的螺纹连接用连接件。该连接件有一个用来抵靠要连接部件的对应表面的环状抵接面。本专利技术也涉及一包括该连接件的螺纹连接的紧固方法。预应力或初始应变不能直接测出。代之以通常测量在紧固螺纹连接时施加的扭矩。由紧固扭矩可计算出所获的预应力。扭矩与预应力的关系视螺丝和要与其相连的构件之间的摩擦状况而定，在这里，尤其是螺丝头或螺母的抵接面与要连接构件的对应承接面之间的摩擦扮演了一个角色。以摩擦系数μ表示的抵接面与对接面之间的摩擦特性实际上遇到了相当大的波动，例如视各自表面的润滑状态而定。实际上出现的大摩擦系数公差导致了对应于一所测紧固扭矩的螺纹连接预应力的公差相应大。为了清楚说明，参见图5。它示出了沿横坐标轴所绘的紧固扭矩M与沿纵坐标轴所绘的预应力F之间的关系，确切地说是针对两个不同的典型摩擦系数值μ＝0.16(A线)和μ＝0.08(B线)。沿坐标轴所示的数值是典型地用于M10号螺纹连接的举例值。如果摩擦系数μ＝0.16，则在紧固扭矩M递增的情况下，其预应力F沿A线直线增加，而在一紧固扭矩值MA的情况下，预应力达到如15kN的推荐最小值F1。但是，如果摩擦系数仅为μ＝0.08，其预应力F将按照B线随紧固扭矩M递增而增大，因为只需要紧固扭矩M的一小部分来克服摩擦。对于紧固扭矩M的同一预定值MA的情况下，所达到的预应力现在例如为F2＝30kN。因此，摩擦系数公差导致了在一定紧固扭矩MA时所获得的预应力的非常大的公差范围ΔF。在根据图5的实例中，公差范围ΔF＝15kN并是最小预应力F1的100％。如此大的公差范围可导致预应力F2的上限大于被推荐用于有关螺丝类型的最大预应力。这可能导致必须使用可承受比所需最小预应力F1所需的更高的负荷的螺丝。DE3741510A1德国专利公开了呈螺丝、螺母或垫片形式的自锁连接件，在其抵接面上形成至少一个环状凸起。该环状凸起可埋入对接面材料中并因此固定螺丝头、螺母或平面垫片，以避免螺纹连接松脱。一种如DE3641836A1所述的自锁固定件用于相同的目的，它在其抵接面上具有呈栅状图形的凸起及凹部，所述凸起及凹部可压入对接面中并由此防止固定件在沿松脱方向上旋转。在权利要求1中给出了完成上述任务的本专利技术方案的特征。从属权利要求涉及本专利技术的其它有利改进方案。本专利技术的解决方案涉及改变摩擦状况，当至少一个凸起在达到为各螺纹连接而预定的最小预应力时发生这样的变形时，出现上述摩擦状况，即沿径向在凸起外的抵接面区域接触对接面。由此出现摩擦接触的抵接面与对接面的区域的有效半径的突增。本专利技术的前提条件是，仔细确定凸起的横截面和高度，以便在达到一预定的螺纹连接最小预应力时获得所需的凸起变形并且使径向在凸起外的抵接面区域受力。图5表示现有技术螺丝的紧固扭矩与预应力之间的关系的曲线图；图6是按照本专利技术形成的螺丝的且对应于图5的曲线图；图7是说明本专利技术装配方法的曲线图。抵接面位于螺丝头3或其肩5的底面上，在传统螺丝中，它是一平面。在附图说明图1所示的螺丝中，环状凸起11靠近杆部7地形成于抵接面内，该凸起的径向内外边界分别由一条环槽13、15构成。径向外环槽15将凸起11与该抵接面的另一个径向靠外环状外部区域17分开。在本实施例中，环状凸起11有矩形截面，其内径为Di，外径为Da。凸起11的内径Di最好等于或仅稍大于螺纹部9的外径。外径Da被设计成使其环形面积(Da2-Di2)л/4不大于并最好小于螺丝杆部7的截面积Ds2л/4。凸起11与抵接面外部区域17相比有一高度差(突出高度)，即图1右侧所示的h。高度差h在图1中被放大了。实际上，它在约0.01mm的数量级内或更小。当螺丝1被紧固在一构件上时，凸起11的端面先抵接在构件的对接面上。从此时起，当进一步紧固螺丝时，必须克服在凸起11下的摩擦力，该摩擦力的大小视摩擦系数μ及凸起11的平均直径(Da-Di)而定(再加上产生于螺纹部9上的摩擦力)。当继续紧固螺丝时，凸起11沿轴向弹性变形并或许最后塑性变形，从而其高度变小。凸起11的尺寸如宽度、高度差h及其由凹槽13、15深度确定的凸起11总高度是综合考虑了螺丝1材料性能而选定的，从而当达到一预定预应力时，高度差h消失并且凸起11端面将与抵接面外部区域17齐平。此时，抵接面的外部区域17也会接触构件对接面，当继续紧固螺丝时，必须在外部区域17与构件对接面之间克服一个摩擦力，该摩擦力视摩擦系数μ及外部区域17的平均直径Dm而定。由于平均直径Dm略大于凸起11的平均直径，因此在达到高度h消失的预定预应力时，在螺丝头3的抵接面与构件对接面之间产生了一个要克服的突增摩擦力。借助图6来说明由此所获得的效果，图6与图5相似地针对两个不同的摩擦系数μ＝0.16(直线A’)及μ＝0.08(直线B’)示出了紧固扭矩M与预应力F之间的关系。如果摩擦系数μ＝0.16，则当紧固扭矩M增加时，螺丝所产生的预应力将沿A’线提高，在达到紧固扭矩的预定值MA时，预应力达到F1值，F1值如在图5中那样例如可等于15kN。如果摩擦系数μ＝0.08，则预应力按照较陡直线B’随着紧固扭矩M的递增而增加，直到在一个对应于扭矩M1的X点处达到预应力FV，在该预应力的情况下，凸起11将变形至使高度差h(见图1)消失的程度。此时，抵接面的外部区域17开始与构件对接面摩擦接触，如前所述，出现了突增摩擦阻力及由该摩擦阻力造成的阻力扭矩。结果，直线B’从X点以后比X点之前或比图5中的直线B明显平缓地延伸。当扭矩M达到预定值MA时，按照曲线B’而获得的所属预应力F’2具有一个明显小于图5中的F2值的值，例如仅为24kN。因此，因不同摩擦系数μ＝0.16与μ＝0.08而属于紧固扭矩MA的公差范围ΔF’明显小于图5的传统螺丝的公差范围ΔF，在图6的例子中，它只等于预应力F1下限的60％。从图5、6中看到的数值是用于M10螺丝的典型值。对任何种类的螺丝及任何螺丝尺寸来说，都能通过标准来预定或推荐预应力。就8.8级M10螺丝而言，其最小值为15kN，最大值为25kN。依据图5，在普通螺丝的情况下，当使用足以达到15kN最小预应力F1的紧固扭矩MA时，由于公差ΔF大，所以可达到30kN的预应力F2，它大于可容许或所推荐的25kN最大紧固力。因此，必须使用强度较高或大号螺丝，如M12螺丝。反之，如果使用按本专利技术构造的螺丝，则对应于紧固扭矩MA的公差范围ΔF’仅为15kN-24kN，因此其不会超过25kN的推荐最大值。因此，可以没有任何安全顾虑地使用8.8级M10螺丝。如果图1所示螺丝为M10螺丝，则最好使用下列尺寸杆部直径DS＝10mm；凸起11的内径Di＝11mm；外径Da＝14mm；凹槽13与15的深度及宽度＝1mm；抵接面的外部区域17的平均直径Dm＝20mm；螺丝头肩5的外径＝25mm。环状凸起11超出抵接面外部区域17的突出高度h，可用下列公式计算h=h0·Fv·4(Da2-Di2)·E·π]]>其中h0是从凹槽13、15底面算起的凸起11的总轴向高度，FV为突出高度h消失时的预应力，E为螺丝材料的弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呈螺丝、螺母或垫片形式的螺纹连接用连接件，其中该连接件具有一个可抵接在一个对应的对接面上的环状抵接面且在该抵接面上有至少一个凸起（１１），其特征在于，凸起（１１）相对该抵接面的一个沿径向在凸起（１１）外的外部区域（１７）有一预定高度差（ｈ），凸起（１１）的高度及面积尺寸是如此确定的，即在紧固该螺纹连接时，抵靠着该对接面的凸起（１１）在达到该螺纹连接的一预定预应力时变形且凸起高度减小到这样的程度，即该抵接面的沿径向靠外的区域（１７）抵靠到该对接面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：V沙茨，
申请(专利权)人：沙茨股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]