先进的螺母及螺栓制造技术

本发明专利技术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。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。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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种紧固系统，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术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专利技术实施例的详细说明后，将更清 楚地明白本专利技术的其它特点和优点。附图说明为了更好地理解本专利技术，参考以下结合附图对实施例的详细说明，其中图1是根据本专利技术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IlA和图IlB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IlA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IlA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。具体实施例方式参见图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。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Alcoa FasteningSystems (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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RJ科比特，小詹姆斯L沃拉尔德，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]