CN113669342A - 一种具有防松性能的紧固件仿生结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有防松性能的紧固件仿生结构，包括外螺纹件和内螺纹件，外螺纹件具有内孔，内孔的内壁面设有内螺纹牙，内螺纹件的表面具有实心的突起物，突起物的外壁面设有外螺纹牙，外螺纹件与内螺纹件通过内螺纹牙与外螺纹牙相互啮合进行连接。本发明以骨骼连接结构为基础，提高了螺纹之间的接触面积，大大提高了螺栓的连接稳定性和防松性能，为进一步地研究螺栓防松奠定了基础。

Description

一种具有防松性能的紧固件仿生结构

技术领域

本发明属于仿生设计领域，涉及一种具有防松性能的紧固件仿生结构。

背景技术

螺栓连接在机械、交通、航天、船舶、家具和建筑等领域应用非常广泛，螺栓连接连接能力强，拆卸简单，便于重复应用，易于大批量生产且造价成本低，便于维护保养，已成为结构装配中应用最普遍、最适用的连接方式。然而当螺栓连接受到外界载荷扰动时，螺栓连接经常松动失效，从而对整个结构的性能造成影响，从而可能造成非常严重的人身安全和财产流失。尤其对于关键部位的螺栓连接，螺栓连接的稳定性更为重要。

目前，螺纹的形状主要有梯形、三角形、圆形和矩形等，但螺栓的稳定性还是欠缺，螺栓连接的性能受载荷波动的影响较大。近年来，为了进一步提高螺栓连接的稳定性，各国学者和技术人员开展了大量的研究工作，且主要集中于试验测试和有限元仿真模拟两个方面。然而，这些措施都没从根本上处理螺栓松动的问题，无法为后续的装配提供坚实的基础。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种具有防松性能的紧固件仿生结构，连接精度高，防松性能好，且易于推广应用，可根据***的连接场合，采用不同等级的螺纹件，适应性强。本发明也为螺栓连接***的进一步防松研究奠定了很好的基础。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种具有防松性能的紧固件仿生结构，包括外螺纹件和内螺纹件；

外螺纹件具有内孔，内孔的内壁面设有内螺纹牙；

内螺纹件的表面具有实心的突起物，突起物的外壁面设有外螺纹牙；

外螺纹件与内螺纹件通过内螺纹牙与外螺纹牙相互啮合进行连接。

本发明的进一步改进在于：

内螺纹牙包含牙根和牙顶；外螺纹牙包含牙根和牙顶。

内螺纹牙牙顶的截面形状为六边形，内螺纹牙牙根的截面形状为三角形；外螺纹牙牙顶的截面形状为梯形，外螺纹牙牙根的截面形状六边形。

内螺纹牙牙顶与牙根之间两侧有三角形截面凹槽，称为内螺纹牙的第一限制移动面；外螺纹牙牙顶与牙根之间两侧有梯形形状截面突起，称为外螺纹牙的第二限制移动面。

在外螺纹件向内螺纹件拧紧的过程中，内螺纹牙的第一限制移动面与外螺纹牙的第二限制移动面相互摩擦，限制外螺纹件和内螺纹件之间的径向错动和轴向偏移。

内螺纹牙的牙顶与牙根之间的三角形截面凹槽顶角为60°。

外螺纹件与内螺纹件通过内螺纹牙与外螺纹牙相互咬合进行连接具体方法为：

内螺纹牙的牙根与外螺纹牙的牙顶相互咬合，内螺纹牙的牙顶与外螺纹牙的牙根相互啮合。

外螺纹件和内螺纹件均为金属材质。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种具有防松性能的紧固件仿生结构，包括外螺纹件和内螺纹件，外螺纹件具有内孔，内孔的内壁面设置有内螺纹牙，内螺纹件的表面具有实心的突起物，突起物的外壁面设置有外螺纹牙，外螺纹件与内螺纹件通过内螺纹牙与外螺纹牙相互啮合进行连接，这些结构构成了螺栓的稳定连接的基础，减少螺栓的松动和提高连接的精度。

进一步的，本发明公布的紧固件仿生结构的内螺纹牙牙顶的截面形状为六边形，内螺纹牙牙根的截面形状为三角形；外螺纹牙牙顶的截面形状为梯形，外螺纹牙牙根的截面形状六边形。在外螺纹件向内螺纹件拧紧的过程中，内螺纹牙的第一限制移动面与外螺纹牙的第二限制移动面相互摩擦，限制外螺纹件和内螺纹件之间的径向错动和轴向偏移。本发明以骨骼连接结构为基础，提高了螺纹之间的接触面积，大大提高了螺栓的连接稳定性和防松性能，为进一步地研究螺栓防松奠定了基础。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为普通梯形螺纹连接装配前的示意图；

图2为普通梯形螺纹连接装配后的示意图；

图3为本发明实施例的装配前的示意图；

图4为本发明实施例的装配后的示意图。

其中：1-外螺纹件，2-内螺纹件，3-内螺纹牙，4-外螺纹牙，5-第一限制移动面，6-第二限制移动面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，图1为普通梯形螺纹连接装配前的示意图，图2为普通梯形螺纹连接装配后的示意图；本发明是以普通梯形螺纹为基础改进而来。

参见图3和图4，图3为本发明实施例的装配前的示意图，图4为本发明实施例的装配后的示意图；本发明实施例的公开了一种具有防松性能的紧固件仿生结构，包括紧固件仿生结构本体，紧固件仿生结构本体包括外螺纹件1和内螺纹件2。

外螺纹件1具有内孔，内孔的内壁面设有内螺纹牙3，内螺纹件2的表面具有实心的突起物，突起物的外壁面设有外螺纹牙4，内螺纹件2与外螺纹件1实现螺纹连接。在外螺纹件1朝向内螺纹件2拧紧的方向上，内螺纹牙3和外螺纹牙4互相挤压的一侧分别成为受力挤压面，受力挤压面包括内螺纹牙3上的内螺纹牙3受力挤压面和外螺纹牙4上的外螺纹牙受力挤压面，内螺纹牙3和外螺纹牙4的受力挤压面相对的一侧形成为非受力挤压面，非受力挤压面包括内螺纹牙3上的内螺纹牙3非受力挤压面和外螺纹牙4上的外螺纹牙非受力挤压面。

根据本发明实施例的一种具有防松性能的紧固件仿生结构主要由外螺纹件1和内螺纹件2组成。外螺纹件1上加工有圆柱状内孔，圆柱状内孔的内壁面上加工有沿螺旋线延伸的内螺纹牙3。内螺纹件2上加工有圆柱状实心结构，内螺纹件2的圆柱状实心结构的外壁面加工有沿螺旋线延伸的外螺纹牙4，外螺纹牙4与内螺纹牙3相互对应。

外螺纹件1与内螺纹件2实现螺纹连接，在拧紧的过程中，外螺纹件1和内螺纹件2之间可以形成相互作用力，该作用力可以包括压力和摩擦力。此时，外螺纹件1在向内螺纹件2拧紧的方向上，内螺纹牙3和外螺纹牙4互相挤压的一侧可以分别形成为受力挤压面，受力挤压面包括内螺纹牙3上的内螺纹牙3受力挤压面和外螺纹牙4上的外螺纹牙受力挤压面，外螺纹件1和内螺纹件2之间的相互作用力主要产生在受力挤压面上。内螺纹牙3和外螺纹牙4的与受力挤压面相对的一侧可以分别形成为非受力挤压面。非受力挤压面包括内螺纹牙3上的内螺纹牙非受力挤压面和外螺纹牙4上的外螺纹牙非受力挤压面。内螺纹牙3非受力挤压面和外螺纹牙4非受力挤压面之间可以有几何上的配合关系，但是可以不产生明显的相互作用力。

内螺纹牙受力挤压面和内螺纹牙非受力挤压面上加工有第一限制移动面5，外螺纹牙受力挤压面和外螺纹牙非受力挤压面上加工有第二限制移动面6，第一限制移动面5可以止抵对应的第二限制移动面6，限制外螺纹件1与内螺纹件2之间的径向错动和轴向偏移。

其中，需要说明的是，在本发明的实施例中，螺纹是指在圆柱、圆锥或其它回转体表面上，具有某种牙型、沿螺旋线周期性凸起的牙体。螺纹牙型是指上述圆柱、圆锥或其它回转体的轴线的平面内的螺纹截面轮廓形状。常规的螺纹牙型有：三角形、梯形、矩形、锯齿形等。螺纹可以是左旋的，也可以是右旋的，可以是单线程的，也可以是多线程的。

在本发明的实施例中，外螺纹件1上设在圆柱状内孔(圆柱状内孔为圆柱、圆锥或其它回转体)壁面的螺纹即可表示为内螺纹，内螺纹件2上设在圆柱状实心结构(圆柱状实心结构为圆柱、圆锥或其它回转体)外表面的螺纹表示为外螺纹。外螺纹件1和内螺纹件2所包含的圆柱、圆锥或其它回转体特征的中轴线分别称为外螺纹件1和内螺纹件2的轴线，在理想情况下，外螺纹件1和内螺纹件2的轴线重合。垂直于外螺纹件1轴线的方向被称为外螺纹件1的径向方向，垂直于内螺纹件2轴线的方向被称为内螺纹件2的径向方向。

其中需要说明的是，外螺纹件1可代表含有内螺纹的完整零件，如螺母、螺帽等，也可代表复杂结构上含有内螺纹特征的局部区域，比如发动机缸体上的加工有内螺纹的局部区域，或在大型桥梁结构上加工有内螺纹的局部区域等，都可视为外螺纹件1，总之，无论是一个完整的零件，还是一个结构上的局部区域，只要含有了内螺纹特征，都可被视为外螺纹件1。同时，内螺纹件2可代表含有外螺纹的完整零件，如螺栓、螺钉等，也可代表复杂结构上含有外螺纹特征的局部区域，比如一些发动机主轴上加工有外螺纹的端部区域等，也可视为内螺纹件2，总之，无论是一个完整的零件，还是在一个结构上的局部区域，只要包含了外螺纹特征，都可被视为内螺纹件2。

螺纹副在拧紧以后，内外螺纹牙间会形成相互的作用力，包括压力和摩擦力。螺纹副拧紧以后，内外螺纹件的相互作用力主要作用在受力挤压面上。

与内外螺纹的受力挤压面相对的一侧称为非受力挤压面，在非受力挤压面，内外螺纹之间有几何上的配合关系，但并不一定产生明显的相互作用力。

在本发明的实施例中所述的径向错动，其效果可以使外螺纹件1的轴线和内螺纹件2的轴线偏离正常的重合位置。或者说，在本发明的实施例中所述的径向错动，其效果可以使外螺纹件1和内螺纹件2在垂直于二者轴线的方向上产生错动或称为横向错动。在本发明实施例中所述的轴向偏移，其效果大致是在拧紧后，外螺纹件1与内螺纹件2在轴线方向上发生偏移。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，包括外螺纹件(1)和内螺纹件(2)；

所述外螺纹件(1)具有内孔，内孔的内壁面设有内螺纹牙(3)；

所述内螺纹件(2)的表面具有实心的突起物，所述突起物的外壁面设有外螺纹牙(4)；

所述外螺纹件(1)与内螺纹件(2)通过内螺纹牙(3)与外螺纹牙(4)相互啮合进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，所述内螺纹牙(3)包含牙根和牙顶；所述外螺纹牙(4)包含牙根和牙顶。

3.根据权利要求2所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，所述内螺纹牙(3)牙顶的截面形状为六边形，内螺纹牙(3)牙根的截面形状为三角形；所述外螺纹牙(4)牙顶的截面形状为梯形，外螺纹牙(4)牙根的截面形状六边形。

4.根据权利要求3所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，所述内螺纹牙(3)牙顶与牙根之间两侧有三角形截面凹槽，称为内螺纹牙(3)的第一限制移动面(5)；所述外螺纹牙(4)牙顶与牙根之间两侧有梯形形状截面突起，称为外螺纹牙(4)的第二限制移动面(6)。

5.根据权利要求4所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，在外螺纹件(1)向内螺纹件(2)拧紧的过程中，内螺纹牙(3)的第一限制移动面(5)与外螺纹牙(4)的第二限制移动面(6)相互摩擦，限制外螺纹件(1)和内螺纹件(2)之间的径向错动和轴向偏移。

6.根据权利要求2所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，所述内螺纹牙(3)的牙顶与牙根之间的三角形截面凹槽顶角为60°。

7.根据权利要求2所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，所述外螺纹件(1)与内螺纹件(2)通过内螺纹牙(3)与外螺纹牙(4)相互咬合进行连接具体方法为：

内螺纹牙(3)的牙根与外螺纹牙(4)的牙顶相互咬合，内螺纹牙(3)的牙顶与外螺纹牙(4)的牙根相互啮合。

8.根据权利要求1所述的一种具有防松性能的紧固件仿生结构，其特征在于，所述外螺纹件(1)和内螺纹件(2)均为金属材质。

Images