連接構件的制作方法

專利名稱：連接構件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種連接構件。特別是涉及工業上使用的帶螺紋的螺帽和螺栓的連接構件。
當螺紋連接裝置的兩個連接構件(或“螺帽”與“螺栓”，在此“螺帽”指具有內螺紋的連接構件，而“螺栓”指具有外螺紋的連接構件)連接在一起，且隨后受到使該螺帽和螺栓彼此分開的一個或多個軸向力時，其應力是不平均地分布在全部螺紋上的。“螺紋”(thread)一詞一般用于指在螺帽或螺栓表面上所形成的螺旋狀(helical或spiral)脊部，在本說明書中，“螺紋”一詞一般也用于指各圈螺旋狀脊部，因此，在本說明書中，每一個螺帽或螺栓將包括多圈螺紋。具體的說，當螺旋狀脊部不連續時，如本說明書中所考慮者，“螺紋”仍用于指有螺旋狀脊部的那一部份或若干部份，而若螺旋狀脊部是連續的，則此等部份螺旋狀脊部便形成一圈螺旋狀脊部的一部份。“有螺紋的”(threaded)指任何有螺紋的結構，包括連續螺紋和不連續螺紋。
在許多情況下，螺紋上的負載分布不均勻是不重要的，但在連接裝置經常承受大負載的其他情況下(尤其是重工業中)，帶螺紋的連接裝置通常因其負載分布不均勻而不被采用。負載分布不均勻導致在某些螺紋上有很大的應力集中，并增加那些螺紋先行剝落的機會，導致相鄰的螺紋負載上升和發生剝落，直到最后螺帽與螺栓脫扣。當使用公知的螺紋連接裝置時，所施加的力量必須保持在會發生剝落的程度以下，而此程度通常遠低于許多工業上應用所要求的程度。
因此，本發明的目的是提供一種有螺紋的連接構件(例如螺帽或螺栓)，當它與一個有互補的螺紋的構件嚙合時，在螺帽和/或螺栓承受軸向力時，在嚙合的螺紋上呈現實質上均勻分布的應力，或者，本發明至少為大眾提供一種可使用的選擇。借助于本發明的連接構件可達到以上和其他目的。
為實現上述目的，根據本發明的第一個方面，提供了一種有外螺紋的連接構件，它包括一根縱軸；一個沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分；一個第一端部，用于插入一個互補的有內螺紋的連接構件；以及一個孔，此孔從上述第一端部軸向地延伸進入該連接構件，其中，連接構件的實心橫截面積從一個第一軸向位置向第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該第一端部上或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離上述第一端部的位置上；其特征在于，上述有螺紋的部分包括一不連續的螺旋狀脊部，其中的各部分形成一列或多列縱向脊列，并在這些脊列之間形成相應數目的縱向槽。
根據本發明的第二個方面，提供了一種有內螺紋的連接構件，它有一根縱軸和一個第一端部，一個有螺紋部分的孔由該第一端部延伸出來，用以承接一個互補的有外螺紋的連接構件，該有內螺紋的連接構件的外部周邊形狀設計成其尺寸從第一軸向位置朝第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該連接構件的第一端部或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離該第一端部的位置上，使得實心橫截面積從該第一軸向位置朝該第二軸向位置逐漸增大；其特征在于，該有螺紋的部分是不連續的螺旋狀脊部，其中的各部分形成一列或多列縱向脊列，并在這些脊列之間形成相應數目的縱向槽。
根據本發明的第三個方面，提供了一種連接構件，它包括一個有外螺紋的連接構件，和一個有內螺紋的連接構件；該有外螺紋的連接構件包括一根縱軸一個沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分；一個第一端部，用于插入一個互補的有內螺紋的連接構件；以及一個孔，此孔從上述第一端部軸向地延伸進入該連接構件，其中該連接構件的實心橫截面積從第一軸向位置向第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該第一端部上或與其隔開，而該第二軸向位置處在遠離上述第一端部的位置上；該有內螺紋的連接構件有一根縱軸和一個第一端部，一個有螺紋部分的孔由該第一端部延伸出來，用以承接一個互補的有外螺紋的連接構件，該有內螺紋的連接構件的外部周邊形狀設計成其尺寸從第一軸向位置朝第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該連接構件的第一端部或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離該第一端部的位置上，使得實心橫截面積從該第一軸向位置朝該第二軸向位置逐漸增大；其特征在于，該有外螺紋連接構件的各部分形成第一個數目的縱向脊列，并在這些脊列之間形成該第一數目的縱向槽，且其中該有內螺紋的連接構件的有螺紋的部分包括另一不連續的螺旋狀脊部，其中的各部分也形成第二個數目的縱向脊列，并在這些脊列之間形成第二個數目的縱向槽，使得該有外螺紋的連接構件可借助于軸向移動而從第一端部插入該有內螺紋的連接構件的孔內，且隨后借助于這兩個連接構件的相對旋轉而使各有螺紋的部分相嚙合。
下面，參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。附圖中


圖1是一現有連接裝置的注射成型裝置的縱向橫截面示意圖；圖2是
圖1中的注射成型裝置中的一根拉桿端部的立體圖；圖3是安裝了本發明連接構件的注射成型裝置的橫截面圖，圖中的連接構件在脫開位置和夾緊位置；圖4是本發明的螺栓或拉桿端部的優選實施例的立體圖；圖5A是本發明的螺帽或承接構件的優選實施例剖開的立體圖；圖5B是圖5A中所示螺帽切開部分的立體圖；圖6是圖4與5中的螺帽與螺栓在螺紋尚未嚙合前滑動接合時的側視圖，其中的螺帽局部剖開；圖7是本發明理論上的螺栓的縱截面示意圖；圖8是本發明理論上的螺帽的縱截面示意圖；圖9是本發明的螺栓中的尺寸rh(見圖7)與螺紋數目關系的曲線圖；
圖10是本發明的螺帽中的尺寸Rb(見圖8)與螺紋數目關系的曲線圖；
圖11是另一測試用螺栓的縱截面圖；
圖12是
圖11中測試螺栓的側視圖；
圖13是本發明另一測試螺帽的縱截面圖；
圖14是
圖13中測試螺帽的側視圖；
圖15是本發明一實施例的測試樣品的位移與施加在測試樣品上的軸向力之間的關系曲線圖；
圖16是采用本發明的螺帽與螺栓的注射成型機的縱截面圖；與
圖17是
圖16中沿Ⅰ—Ⅰ線的橫截面圖。
在塑料注射成型機中，使用若干連接裝置作為保持兩個部件牢固地互相連接的夾緊件，根據這種特定的用途，可最清楚地敘述本發明的連接構件。然而，本發明技術領域的技術人員應當清楚，本發明可用于任何需要連接和/或夾緊的范圍廣泛的工業設備。
塑料注射成型技術涉及在壓力下將融熔的塑料注入模具。這種模具通常由二個半模所組成，這二個半模在注入塑料之間夾緊在一起。當完成注入操作，且塑料冷卻后，這二個半模即分開，而完成的塑膠產品即從模具上移去。
圖1是德國專利第DD 274590號中所敘述的注射成型裝置(5)之縱截面示意圖。該裝置(5)包括安裝在一塊可移動模板(15)上的幾根拉桿(10)，這幾根拉桿(10)能一起移動。當前，可移動拉桿是工業界之標準件。
在
圖1的注射成型裝置中，第一半模20安裝在可移動模板15上。該模具的第二半模25安裝在固定模板40上。可移動模板15隨后由第一打開位置(如
圖1所示)移至一閉合位置(圖中未顯示)其中，在第一打開位置上該二半模20，25是分開的，而在閉合位置上是閉合在一起的。當該二半模已閉合在一起，融熔的塑料即可注入該模具。由于塑料是在壓力下注入模具的，所以在注入期間，這二個半模必需保持牢固地夾緊在一起，以避免塑料沿著二個半模之間的接合部位泄漏。這二個半模的夾緊動作如下當可移動模板15移向固定模板40時，設在上述拉桿10端部的頭部30(亦見圖2)便進入設在固定模板40上與其對應的承接構件35中。
承接構件35具有二個內室36，38。第一內室36內部的尺寸和形狀與頭部30的外形互補。第二內室38的橫截面是圓形，且其直徑足以容納該頭部30。如圖2所示，頭部30上有突出部分45和凹進部分50。使用時，當頭部30插入該承接構件35時，這些頭部30首先分別由已成形的第一內室36承接，然后，分別穿過圓形的第二內室38。每一個承接構件35隨后旋轉45°，使這些頭部30的突出部分45與第一內室36中的突出部分對齊。這樣就能防止頭部30從承接構件中退回，直到承接構件35再向反方向轉動45°，使各頭部的突出部分45再度分別與第一內室36中的各凹進部分對齊，而各凹進部分50則與各突出部分對齊，此時，頭部和拉桿才能退回。
各承接構件與位于一腔室60中的活塞55連接，而活塞57將該腔室60分成二個分室65與70。使用時，一當這些頭部30如上面所述那樣緊固在這些承接構件35內時，液壓用液體即被泵入分室65內，在活塞與承接構件上加一軸向力，并將該活塞從靜止位置沿箭頭A方向移動到夾緊位置。因此，該軸向“夾緊”力要將各承接構件35拉離各拉桿10和頭部30，從而防止了頭部30與承接構件35彼此脫開。于是，頭部30就“鎖定”在各承接構件上，直到分室65中的液壓用液體體積減少后，讓活塞能夠移回到靜止位置為止。在靜止位置上，承接構件35可旋轉45°，以便使承接構件35與頭部分開。應該理解，由于活塞移動而施加的軸向夾緊力，不僅將拉桿頭部固定在各承接構件內，同時也使二塊模板15，40互相靠近，因而也使二個半模20，25靠緊在一起，以便在該二個半模之間產生高緊密度的密封。
雖然如
圖1與圖2中所示的注射成型裝置是很普遍使用的，但在拉桿10上形成頭部30則有若干困難。這些困難包括頭部的機械加工和固定在拉桿上的費用高，以及把承接構件機械加工成適當大小以承接頭部的費用高。特別是因為施加于頭部和承接構件上的夾緊力很大，以致頭部與承接構件必須由優質硬化鋼切削成形。再者，當在拉桿上有不均衡的應力(如由于模具不對稱或模具未對準)時，頭部就不能發揮最佳效用。
曾提議用一外螺紋部份75替代傳統的拉桿頭部，該有外螺紋的部份能與設在承接構件85上的互補的內螺紋部份嚙合(參見圖3，4，5A，5B與6)，如此，可以克服或至少改善傳統拉桿頭部的許多缺點。
在連接構件不承受很大軸向力的情況下，簡單的螺帽和螺栓裝置就足夠了。然而，在軸向力很大的情況下，簡單的螺帽和螺栓通常是不合適的。
已知當傳統的帶螺紋的連接裝置的二個連接構件連接并承受軸向載荷時，載荷并非均勻地分布于全部螺紋上。載荷的不均勻分布將使某些螺紋有較大的應力集中，因此，對于并非尺寸特別大的傳統的連接裝置，若要避免螺紋剝落與連接裝置破壞，只能施加比較小的力。
在連接裝置承受大載荷的情況下，如在重工業中，這種不均勻的應力分布或者排除使用有螺紋的連接裝置，或者導致需要如此大型的連接裝置，以致它可能妨礙機器的操作，或者制造費用太昂貴。
然而，假如能在單個螺紋上獲得更均勻的應力分布，那末就能在螺帽和螺栓中任一個或二者上施加更大的力量，而無虞螺紋剝落。
現已知三種獲得更均勻載荷分布的方法
1．用較螺栓材料軟的材料制造螺帽，于是載荷最大的螺紋就會變形(彈性或塑性的)，藉此把更多的負載轉換到其他螺紋上。這需要增加互相接觸螺紋的數目以便保持足夠的強度。然而，對于很多工業設備來說，軟鋼螺帽不夠強固。
2．將螺帽的螺紋螺距做得稍微大于螺栓的螺紋螺距，如此在施加載荷后，這二種螺距在理論上是相等的。當然，螺紋公隙與制造精密度必須使螺帽與螺栓能容易地組合。但，正確地加工這種螺帽是非常困難與昂貴的。
3．修正螺帽的設計，即在傳統設計中要承受最大載荷的螺帽端部，在靠近螺紋處形成一圈深的環狀縫。借助于這種類型的螺帽，載荷將使這些螺紋區域承受張力(而在傳統螺帽中則是壓力)，借此能使螺帽螺距的彈性變化能與相配合的螺栓螺距的變化相接近。這種特殊螺帽是昂貴的，而且只用在涉及疲勞載荷的重要場合。一般認為，由于深環狀縫的存在，這種螺帽會在極高的載荷下分裂為一個內環與一個外環而破壞。
實際上，這些解決方案不能使連接的螺帽與螺栓的螺紋可靠而方便地獲得大致上均勻的應力分布。
因此，希望設計出新形式的螺帽和螺栓裝置，它們在負載下不會在螺紋上產生不均勻的應力分布，且適用于承受各種工業設備中強大的力量。特別是在本申請人在本發明的優選使用狀態下，若不采用新的設計，注射成型裝置中的有螺紋的拉桿與承接構件就無法工作，或者尺寸太大，以致不合實用和/或太昂貴。
為了在拉桿與承接裝置或螺帽與螺栓裝置中使螺紋得到實質上平均的應力，要使每一圈嚙合的螺紋分擔基本上等量的拉應力、剪應力和彎曲應力。如果能獲得基本上均衡的應力，則施加負載時，例如在一高壓模具夾緊期間，在螺栓和螺帽上的每一圈螺紋將具有相同的伸長量。
依照虎克定律，當一個負載施加在彈性材料上時，其變形與產生該變形之負載成正比。因為應力與負載成正比，且應變與變形成正比，所以應力與應變成正比。如此，對任何給定的材料，其應力/應變的比值為常數。
對于拉應力或壓應力，這種常數稱為彈性系數(Modulus of Elasticity)或楊氏系數(Young’s Modulus)，且符號E表示。
這樣，方程式(1)E=應力/應變=σ/ε因此方程式(2)應力σ=P/F式中P=外力F=橫截面積方程式(3)應變ε=ΔI/I式中ΔI=長度的變量I=原來的長度對于內，外螺紋，在每一圈螺紋上的彎曲應力(σ)為方程式(4)σb=3Py/kπdx2z式中(參見圖7)v=螺紋的深度k=調節不同螺紋上的不均勻應力的系數d=基圓最小直徑x=在基圓最小直徑上螺紋的寬度z=螺紋的圈數對于傳統的螺帽和螺栓裝置，通常k≈0.56很容易理解，x與y方向的尺寸決定了螺紋的外形。
在每一圈螺紋上的剪應力(τ)是方程式(5) τ=P/kπdxz鋼材的極限彎曲應力、剪應力與拉應力是公知的，可從任何材料手冊中獲得。然而，當在一工業設備中使用鋼材時，通常要加上一個“安全系數”。該安全系數通常定義為屈服應力與工作應力之間的比，亦即安全系數=屈服應力/工作應力因此，工作應力=屈服應力/安全系數本發明連接構件中螺栓和螺帽二者的安全系數一般最小值為3。
因此，對于任何給定的材料，其工作彎曲應力(σb)、工作剪應力(τ)與工作拉應力(σ)是公知的。假定已知P與k，因此對于任何特定螺紋外形，可由方程式(3)到(5)計算其必要的螺紋圈數(z)。
在本發明的一個優選實施例中(見圖4，5A，5B與6)，拉桿或螺栓10上有螺旋狀螺紋75，它們是不連續的，因為有多條平均地隔開的軸向延伸的槽88，使得有螺紋的部分處在相鄰的槽之間，形成了許多列互相隔開的脊部。同樣，承接構件或螺帽85上設有多列用軸向延伸槽88隔開的有螺紋的部分80。螺帽85上軸向延伸槽的數目與弧長與螺栓上脊列之數目與弧長相對應，且螺帽中各條槽可與螺栓上各脊列對正，以便使螺栓只用軸向移動便能插入螺帽中。如此，只需要少于360°的相對轉動便可使螺帽與螺栓的螺紋完全嚙合。假如在螺帽和螺栓二者之中有二條間隔相等的弧長相同的槽和二列間隔相等的脊列，且各脊部的弧長等于槽88的弧長，則轉動90°即足以使兩者嚙合。對于有三條間隔相等的弧長相同的槽和三列弧長與槽相同的脊列，轉動60°就足以使兩者嚙合。而對于有四條槽和脊列的，轉動45°即足以使兩者嚙合等等。當然，從工作原理上說，這些通道和各脊列并不是必須均勻地隔開并有相等的弧長，只要在螺帽和螺栓至少一個特定的相對方位上，螺帽和螺栓的各脊部彼此不互相干涉即可。如上所述，應該理解“螺紋”一詞是用于指螺旋狀脊部各部分之總和，假如螺旋狀脊部是不連續的，則各部分脊部形成單圈螺旋狀脊部的一部分。
下面的計算是根據圖7與8中所示各設有三條槽及相應脊列，并弧長相等的螺帽與螺栓來進行的。不過，不管槽數目的多少，甚至完全沒有槽，下文所述的理論仍然適用。然而，應該理解，使用這些槽將意味著螺紋的面積將是傳統螺紋構件中一圈連續螺旋狀脊部的一半。所以，實際所需螺紋的數目將等于方程式(6)n=2z在傳統的螺帽和螺栓裝置中，必需在方程式(4)與(5)中加入一個“k”值，以補償在不同螺紋上應力的不均勻。然而，在本發明中，在不設置槽88時，“k”值幾乎接近1。然而，雖然設置槽有助于螺帽與螺栓裝置的實際應用，但也使得螺紋不完整，并且在任何螺紋中斷的位置上會出現應力集中。因此，將“k”值選定為0.6，以補償應力集中，并用于下面各種計算。
圖7與8分別是理論上的螺栓95與理論上的螺帽100的橫截面圖。螺栓95有一個內孔或凹部105，以及外螺紋110。螺帽100設有內凹部115，和用以與有外螺紋的螺栓嚙合的內螺紋120。該螺帽有橫截面不均勻的外表面125。圖7和8中
r=螺栓上螺紋110的最小半徑；rh=螺栓中凹部105的內徑。在理論上的模型中，該直徑以h=n處為零變化到h=0處為“ra”；R=螺帽上螺紋120的最大半徑；Rb=螺帽外表面125的外半徑。在理論上的模型中，該半徑從b=0處為“Rf”變化到在b=n處為Rmax；b=從圖示螺栓端部算起的螺紋數目；h=從圖示螺帽端部算起的螺紋數目；n=在螺帽或螺栓中可嚙合螺紋的總數。
當螺栓與螺母完全嚙合時，很容易理解，螺栓上h個螺紋與螺帽上n-b個螺紋嚙合，所以n、b與h的關系如下方程式(7) n=h+b為了理論上的目的(也是與實際最接近的)，假設螺栓和螺帽二者使用同樣的材料，且進行同樣的熱處理。為了獲得理論上應力均衡，在一特定負載P下，該螺帽上的總拉應力應該等于該螺栓上的總拉應力。
為了計算螺帽與螺栓上的總拉應力，必須考慮所有的螺紋。
應力平衡時，σ(螺帽)=σ(螺栓)如此，當所有螺紋嚙合時，P/(螺帽最后一圈螺紋的橫截面積)=P/(螺栓最后一圈螺紋的橫截面積)因此，螺帽的橫截面積=拉桿的橫截面積π(Rmax2-R2)=πr2(Rmax2-R2)=r2于是，可得方程式(8) Rmax2=r2+R2由方程式(2)應力施加之力/橫截面積=P/F如此，若所施加的力與橫截面積之間的比保持不變，則上述應力應該平均分布在整個螺紋上。因此，螺帽或螺栓在力量最大的位置上應具有最大的橫截面積，亦即，最里面的螺紋，換言之，最靠近施加力量的螺紋應具有最大的橫截面積。在次一螺紋位置上的橫截面積應小于在最里面的螺紋的橫截面積等等。在一特定橫截面上所施加的力將是施加在力線所通過的橫截面上各螺紋力量的總和。
假如應力處在平衡狀態，施加在各螺紋上之力必定相等。對于任何特定的螺紋數目“n”，施加在每個螺紋上之力是每個螺紋上的力=總施加力/螺紋數目即Ps=P/n上面曾提到設置一個凹部105，并且理想的凹部外形是拋物線形(沿縱截面)。再者，還提到形成不均勻的外表面125有助于螺帽上應力的均衡，在縱截面上理想的外表面形狀也是拋物線形。
為求出螺栓內孔或凹部的半徑(rh)，需考慮當所有n個螺紋都嚙合時，在螺栓的h個螺紋上所施加的力。施加在位置h處橫截面積上的力即是施加在h個螺紋上的總力，即(Ps)h，它由下式確定σπ(r2-rh2)=(Ps)hσπ(r2-rh2)=(P/n)hr2-rh2=(p/n)h(1/σπ)rh2=r2-(ph)/(nσπ)得方程式(9)rh=r2-(Ph)/(nσπ)]]>假如將方程式(9)用于一臺200噸的機器(即4根拉桿，每一根負50噸)，從拉桿端部延伸出來的孔應該是如圖9中所示的拋物線形狀。
為決定螺帽的外徑Rb，當所有n圈螺紋都嚙合時，施加在b圈螺紋上的力為σπ(Rb2-R2)=(Ps)bσπ(Rb2-R2)=(P/n)bRb2-R2=(P/n)b(1/σπ)Rb2=R2+(pb)/(nσπ)得出方程式(10)Rb=R2+(Pb)/(nσπ)]]>
假如將方程式(8)與(10)用于一臺200噸的機器，即可根據螺紋數目繪出螺帽外徑的圖形(見圖8)。
因此，螺帽與螺栓的最佳輪廓如圖7與8所示，根據這兩個圖，就能加工出圖4與5中的螺帽與螺栓。以大致如圖7所示的螺栓與一標準輪廓(橫截面直徑恒定)的螺帽相配，比一個標準螺栓(沒有凹部)與標準螺帽相配，應力分布的情況要好得多。同樣，使用大致如圖8所示的螺帽與一標準輪廓的螺栓相配，比用一標準螺栓與一標準螺帽相配，應力分布的情況也要好得多。然而，為取得最大的效果，應該將本發明的螺帽和螺栓結合在一起使用。
如圖4、圖7所示，依照本發明的第一個方面，提供了一種有外螺紋的連接構件95。它包括一根縱軸；一個沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分；一個第一端部，用于插入一個互補的有內螺紋的連接構件100；以及一個孔105，此孔105從上述第一端部軸向地延伸進入該連接構件95，其中，連接構件95的實心橫截面積從一個第一軸向位置向第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該第一端部上或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離上述第一端部的位置上；其特征在于，上述有螺紋的部分包括一不連續的螺旋狀脊部75，其中的各部分形成一列或多列縱向脊列，并在這些脊列之間形成相應數目的縱向槽88。
如圖5A-5B、圖8所示，依照本發明的第二個方面，提供了一種有內螺紋的連接構件100，它有一根縱軸和一個第一端部，一個有螺紋部分的孔115由該第一端部延伸出來，用以承接一個互補的有外螺紋的連接構件95，該有內螺紋的連接構件的外部周邊形狀設計成其尺寸從第一軸向位置朝第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該連接構件的第一端部或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離該第一端部的位置上，使得實心橫截面積從該第一軸向位置朝該第二軸向位置逐漸增大；其特征在于，該有螺紋的部分是不連續的螺旋狀脊部80，其中的各部分形成一列或多列縱向脊列，并在這些脊列之間形成相應數目的縱向槽88。
如圖6所示，依照本發明的第三個方面，提供了一種連接構件，它包括一個有外螺紋的連接構件95，和一個有內螺紋的連接構件100；該有外螺紋的連接構件95包括一根縱軸；一個沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分；一個第一端部，用于插入一個互補的有內螺紋的連接構件100；以及一個孔105，此孔105從上述第一端部軸向地延伸進入該連接構件95，其中該連接構件95的實心橫截面積從第一軸向位置向第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該第一端部上或與其隔開，而該第二軸向位置處在遠離上述第一端部的位置上；該有內螺紋的連接構件100有一根縱軸和一個第一端部，一個有螺紋部分的孔115由該第一端部延伸出來，用以承接一個互補的有外螺紋的連接構件95，該有內螺紋的連接構件100的外部周邊形狀設計成其尺寸從第一軸向位置朝第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該連接構件的第一端部或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離該第一端部的位置上，使得實心橫截面積從該第一軸向位置朝該第二軸向位置逐漸增大；其特征在于，該有外螺紋連接構件95的各部分形成第一個數目的縱向脊列75，并在這些脊列之間形成該第一數目的縱向槽88，且其中該有內螺紋的連接構件100的有螺紋的部分包括另一不連續的螺旋狀脊部80，其中的各部分也形成第二個數目的縱向脊列，并在這些脊列之間形成第二個數目的縱向槽88，使得該有外螺紋的連接構件95可借助于軸向移動而從第一端部插入該有內螺紋的連接構件100的孔115內，且隨后借助于這兩個連接構件95、100的相對旋轉而使各有螺紋的部分75、80相嚙合。試驗在本試驗中，對圖4至6所示的試驗性螺帽與螺栓組合件試樣在注射成型裝置的高壓夾緊過程中進行測試。
假如合成應力確實均勻分布在所有螺紋上，那么該試樣的屈服應力應大致接近所使用材料的屈服應力。否則，將過早發生永久應變。所以，假如某些螺紋承受的負載較大，或應力比其他螺紋大，則這些螺紋將發生永久變形，最后導致破壞。結果，承受負載的螺紋越來越少，而加在剩余螺紋上的應力和外力則越來越大。當所施加的外力增大時，這個問題將更加嚴重。裝置200噸直接液壓夾緊的注射成型裝置。
Pretec 4101模擬測量儀，其分辨率為1微米。
Pretec 2920感應式測量探頭。測試程序由于不易獲得抗拉強度測量儀器，所以用測量壓縮應力來替代。
生產出試樣(見圖4，5，5a，6)，且將其夾緊在上述設備上進行測試。每一臺設備有四根拉桿10和四個承接構件85，因此每一拉桿上的最大工作力是50噸。試樣固定于注射成型裝置的固定模板40與可移動模板15之間。在試驗中，設備的可移動模板提供壓縮試樣所需的力。如此，在該試樣上所測得的壓應力便作為抗拉強度的指標。
如
圖15所示，以大小在29噸與269.5噸之間變化的力施加至該試樣上。當拉桿的安全系數為3時，設計能承受50噸力的拉桿，必須能承受150噸的力。
用一感應式探頭測量拉桿10和承接構件85之間的位移。對于每一個外力，至少測量20次位移。假如這些測量值基本上相同，這表示尚未超過屈服應力，因此可施加更大的力。然而，當顯示出屈服應力達到(表現為前后兩次位移值不同)時，即應停止測試。測試結果示于
圖15。
如上所述，假如樣品在使用時要承受50噸力，則該樣品必須能夠承受150噸的外力。當負載在150噸以下時，測試值在預期范圍內。然而，當負載大于150噸時(事實上大于180噸，參見
圖15)，該試樣材料便超出其塑性極限(Plastic limit)，因此必已超過其屈服應力。可見，當所施加的力是187噸或更大時，取測量值的次數終止在10次或更少，表示應力已超過材料的屈服應力而發生塑性變形。
因此，上面的測試可證實本發明螺栓/螺帽(拉桿/承接構件)裝置在注射成型裝置的高壓負載狀態下的適用性。
圖4-6與11-14表示為測試目的而加工的，且在上述試驗中進行測試的另一種螺帽與螺栓。螺帽100的外表面125與螺栓95的凹部105的輪廓與圖7與8所示的理論上的輪廓不同，但測試顯示，可以對理論上的輪廓進行改變，而不會失去在理論模型中所能獲得的應力分布狀態的優點。可以設想對理論上的輪廓進行各種變化，而仍能達到相同的效果。
圖16與17表示本發明的螺帽與螺栓裝置(或連接構件)使用于一臺塑料注射成型機(亦看第3圖)。如
圖1所示的裝置，螺帽可與活塞桿90一體成形，或如圖3所示，螺帽用螺紋與活塞桿90連接。螺帽85亦可以熟悉本發明技術領域的技術人員所了解的任何其他合適的方式與活塞桿90連接。應該理解，本發明的連接構件可以用許多其他方式應用在注射成型裝置的拉桿/承接構件上，而
圖16與17中所示的結構只是許多種可能的結構中的一種。
在
圖16中，承接構件85用螺紋連接拉桿10和活塞桿90兩個構件。拉桿上有螺紋的部分如圖4，5，5a，6所示，設有三條槽。這樣，承接構件85只要轉動60°即可將拉桿(已到位)與活塞桿固定在一起。其他的設計可包括一固定在承接構件上的活塞桿90，及一可旋轉的拉桿，或一可旋轉的活塞-承接構件組合件。
承接構件85可用任何合適的機構使其轉動，
圖17中所示的是借助于與一個小齒輪(圖中未表示)連接的一根齒條130使其轉動的，這是本技術領域中早已公知的。
當壓力流體供入分室65時，流體自分室70經由管子排出。壓力流體進入分室65與從分室70排出，便使活塞55沿箭頭“A”方向移動。當拉桿10通過承接構件85與活塞桿90連接時，拉桿也沿箭頭“A”方向移動。所以，活塞將對拉桿與承接構件上已經嚙合的螺紋施加一夾緊力。再參見圖3，拉桿沿箭頭“A”方向的移動將使得二個半模更加靠近在一起，或“夾緊”在一起。只要分室65內存在壓力流體，并沿“A”向施加夾緊力，則該二個半模將一直保持夾緊在一起。當完成塑料注射過程時，壓力流體便進入分室70而由分室65排出，使活塞55沿與箭頭“A”相反的方向移動，從而松開已嚙合螺紋上的夾緊力。然后，承接構件旋轉60°松開拉桿(10)，于是拉桿可通過移動模板15的移動而縮回。與可移動模板15的半模20連接，也隨之與固定模板40的半模25分離。在二個半模之間形成的塑料產品隨后可在不受拉桿10阻礙的情況下移去。
以上描述了本發明的優選實施例。然而，本技術領域的技術人員在熟悉了本發明的原理之后，將能夠進行各種各樣的改進，但這些改進都包含在權利要求書中所請求保護的發明范圍之內。
以上所描述的本發明的優選實施例是將拉力施加在螺帽上的特定應用情況。因此，所施加的通過螺帽橫截面上的最大力量，以及該螺帽的最大實心橫截面積是在插入螺栓的螺帽端部相對的一端上。然而，也可以設想把本發明用于將一個或多個構件夾在中間的傳統的螺帽和螺栓。在這種情況下，與螺帽相鄰的被夾緊的構件把使螺帽處于拉伸狀態的力施加在插入螺栓一側的螺帽端部，與螺帽處在拉力狀態下相比，穿過該螺帽之力線方向改變了。在此情況下，最大的力量施加在與螺栓所插入的螺帽端部相鄰的螺帽橫截面上，且在這種情況下，螺栓在該端部具有最大橫截面積是合適的。在這兩種情形下，應該注意，最大實心橫截面積是在通過該橫截面的最大外力的軸向位置上。
權利要求1．一種有外螺紋的連接構件，它包括一根縱軸；一個沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分；一個第一端部，用于插入一個互補的有內螺紋的連接構件；以及一個孔，此孔從上述第一端部軸向地延伸進入該連接構件，其中，連接構件的實心橫截面積從一個第一軸向位置向第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該第一端部上或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離上述第一端部的位置上；其特征在于，上述有螺紋的部分包括一不連續的螺旋狀脊部，其中的各部分形成一列或多列縱向脊列，并在這些脊列之間形成相應數目的縱向槽。
2．根據權利要求1所述的連接構件，其特征在于，各條槽大致上沿該連接構件外部隔開相等的角度。
3．根據權利要求2所述的連接構件，其特征在于，上述各條槽的弧長與各脊列的弧長基本上都相等。
4．根據權利要求3所述的連接構件，其特征在于，該孔的軸向長度與該有外螺紋的部分的軸向長度大致相稱。
5．根據權利要求4所述的連接構件，其特征在于，該連接構件的實心橫截面積沿著該有外螺紋的部分的軸向長度上逐漸增大。
6．根據權利要求5所述的連接構件，其特征在于，該連接構件的外形大致呈圓柱形，并且該孔的橫截面為圓形。
7．根據權利要求1至6中任何一項權利要求所述的連接構件，其特征在于，界定該連接構件的孔洞的內部周邊呈拋物線形，并且該拋物線的半徑按下列公式確定rh=r2-(Ph)/(nσπ)]]>式中r是該有螺紋的部分的最小半徑；P是施加在該連接構件上的力；h是自該連接構件的第一端部起算的距離，并以螺紋數目表示之；n是可嚙合螺紋的總螺紋數目；及σ是該連接構件的工作應力。
8．根據權利要求1至6中任何一項權利要求的連接構件，其特征在于，界定該孔的內部周邊在鄰接該孔洞終點處呈截頭圓錐形，而在鄰接該第一端部處呈圓筒形。
9．一種有內螺紋的連接構件，它有一根縱軸和一個第一端部，一個有螺紋部分的孔由該第一端部延伸出來，用以承接一個互補的有外螺紋的連接構件，該有內螺紋的連接構件的外部周邊形狀設計成其尺寸從第一軸向位置朝第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該連接構件的第一端部或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離該第一端部的位置上，使得實心橫截面積從該第一軸向位置朝該第二軸向位置逐漸增大；其特征在于，該有螺紋的部分是不連續的螺旋狀脊部，其中的各部分形成或多列縱向脊列，并在這些脊列之間形成相應數目的縱向槽。
10．根據權利要求9所述的連接構件，其特征在于，各條槽在界定該連接構件的孔的內部周邊周圍基本上均勻地隔開。
11．根據權利要求9或10所述的連接構件，其特征在于，介于該第一和第二軸向位置之間的外部周邊在該有內螺紋的部分之軸向長度
12．根據權利要求11所述的連接構件，其特征在于，介于該第和第二部分之間的外部周邊大致與該有螺紋的部分之軸向長度相稱。
13．根據權利要求9或12所述的連接構件，其特征在于，該孔實質上為圓柱形，且該第一和第二軸向位置之間的外部周邊呈拋物線形。
14．根據權利要求13所述的連接構件，其特征在于，該拋物線定義為Rb=R2+(Pb)/(nσπ)]]>式中Rb是該連接構件外圓周的半徑；R是該有內螺紋的部分的最大半徑；P是加在該連接構件上的外力；b是自該連接構件第一端部起算的距離，并以螺紋數目表示；n是總螺紋數目；及σ是該連接構件的工作應力。
15．一種連接構件，它包括一個有外螺紋的連接構件，和一個有內螺紋的連接構件；該有外螺紋的連接構件包括一根縱軸；一個沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分；一個第一端部，用于插入一個互補的有內螺紋的連接構件；以及一個孔，此孔從上述第一端部軸向地延伸進入該連接構件，其中該連接構件的實心橫截面積從第一軸向位置向第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該第一端部上或與其隔開，而該第二軸向位置處在遠離上述第一端部的位置上；該有內螺紋的連接構件有一根縱軸和一個第一端部，一個有螺紋部分的孔由該第一端部延伸出來，用以承接一個互補的有外螺紋的連接構件，該有內螺紋的連接構件的外部周邊形狀設計成其尺寸從第一軸向位置朝第二軸向位置逐漸增大，該第一軸向位置位于該連接構件的第一端部或與其隔開一距離，而該第二軸向位置處在遠離該第一端部的位置上，使得實心橫截面積從該第一軸向位置朝該第二軸向位置逐漸增大；其特征在于，該有外螺紋連接構件的各部分形成第一個數目的縱向脊列，并在這些脊列之間形成該第一數目的縱向槽，且其中該有內螺紋的連接構件的有螺紋的部分包括另一不連續的螺旋狀脊部，其中的各部分也形成第二個數目的縱向脊列，并在這些脊列之間形成第二個數目的縱向槽，使得該有外螺紋的連接構件可借助于軸向移動而從第一端部插入該有內螺紋的連接構件的孔內，且隨后借助于這兩個連接構件的相對旋轉而使各有螺紋的部分相嚙合。
16．根據權利要求15所述的連接構件，其特征在于，該有外螺紋的連接構件的各條槽基本上繞其外部等角度地隔開，且該有內螺紋的連接構件的各條槽基本上繞其內部等角度地隔開。
17．根據權利要求15或16所述的連接構件，其特征在于，該有外螺紋的連接構件的各條槽及各脊列，以及該有內螺紋的連接構件的各條槽及各脊列分別呈互補的形狀。
專利摘要一種有外螺紋的連接構件包括:一縱軸;一沿著該連接構件軸向延伸的有外螺紋的部分;第一端,用以插入一個互補的有內螺紋的連接構件;及一個孔,由第一端軸向地延伸進入該連接構件,其中,該連接構件的實體橫截面積由第一軸向位置往第二個軸向位置逐漸增大,第一軸向位置位于該第一端或與其隔開,而第二軸向位置與第一軸向位置在遠離該第一端的方向隔開。
文檔編號F16B35/04GK2433450SQ98204628
公開日2001年6月6日 申請日期1998年5月14日 優先權日1997年5月14日
發明者羅志雄, 林明梅 申請人:寶源(陶氏)機械廠有限公司