自锁螺纹连接装置 【发明背景】
1.发明领域
本发明涉及自锁螺纹和螺纹连接件，更具体地说本发明涉及自锁螺纹连接装置，该装置可以是用于将两个或更多个工件固定在一起的独立的紧固件，其包括螺栓、螺柱、双头螺栓、螺杆或螺钉和与其相配合的螺母或螺孔或其它装置的主要部分(例如臂一端的螺纹，该臂是拧入玩具战士躯体上的配合螺纹孔中的)。
2.相关技术的描述
已知各种类型的锁紧螺纹紧固件和螺纹连接装置，一般通过减小外螺纹件(大致呈圆柱形)改变其相对于内螺纹件的位置的倾向，从而减小螺纹紧固件和螺纹连接装置松动振动、膨胀、收缩和其它移动的倾向。很多紧固件在这些方面是通过增加内外螺纹件之间的摩擦、或紧固件和被紧固件连接的部件之间的摩擦而达到效果的。例如：锁紧垫圈，齿形垫圈，如1992年1月7日授予DeHaitre的美国专利No.5078562中公开的在其中装有弹性充填物的螺纹盲孔，和如在1993年9月7日授予Harle的美国专利No.5242,252中公开的旋紧时能卡住或变形的螺纹外形。其它地通过增加工件和外螺纹件头部的啮合表面之间的摩擦或增加工件和内螺纹件之间的摩擦来达到所述效果的紧固件和连接件如在1981年9月22日授予Nakae的美国专利4,290,469中公开的那样。在所有的这些结构中，增加的摩擦使内外螺纹件之间的旋转更为困难，从而阻止了内外螺纹件之间的误松开或松动。这些方法的缺点在于内外螺纹件在任何比所需要的使外螺纹件与内螺纹件的啮合脱开的轴向压力或张力小的轴向压力或张力作用下都能松动。由于螺纹在每种情况下都是沿轴向压力或张力方向相分开的，这种压力或张力的一部分转变成易使内外螺纹件松动的转动力。并且使用这些方法的紧固件一般都要求有较高的或增加的安装力矩，或使连接表面划痕，或不能再次使用，或需要比其它一些连接件所需用的载荷更大的载荷来起作用。诸如扁销，安全锁线和如在1992年10月13日授予Copito的美国专利5,154,560中公开的包括第一工作螺母和第二锁合螺母的螺母装置都有需要额外的安装作用的缺点。
因此对螺纹，螺纹紧固件和螺纹装置就需要(i)在等于或小于紧固件所承受载荷的作用下不松动，(ii)能使用惯用的工具容易地安装(iii)使用转矩值明显接近于将工件夹紧所需要的转矩(相对于那种要求较高的转矩值来增强阻力以防止松动)以及(iv)其能与标准紧固件一样容易地安装。本发明的目的是克服现有技术的螺纹紧固件和螺纹装置中的缺点、提供一种新的螺纹来满足上述要求，该螺纹能使用普通技术，如锻造，滚轧或冲压或其它方式在螺纹紧固件或螺纹连接装置上制出。改进的螺纹紧固件和螺纹装置的生产成本接近于普通的锁紧螺纹件和锁紧装置的成本。
附图简介
图1A是本发明的装置在装配状态下的侧视图；
图1B是表示本发明装置在装配状态下的底视图，它示出内螺纹件的柔性螺纹凸起部分与外螺纹件的螺纹凹槽部分的相互作用；
图2A是本发明装置在装配状态下、相邻螺纹圈的侧视图，并且示出了用于内外螺纹紧固件的、在非锁紧状态下的柔性螺纹凸起部分；
图2B是本发明装置在装配状态下的相邻螺纹圈的放大的侧视图，以详细示出内螺纹件的柔性凸起部分与外螺纹件的凹槽部分相配合；
图3A是本发明优选实施例的内螺纹紧固件的柔性螺纹的顶视图；
图3B是本发明的优选实施例的内螺纹紧固件的柔性螺纹的侧视图；
图3C是本发明优选实施例的具有柔性螺纹的内螺纹紧固件的底视图；
图3D是本发明优选实施例的具有柔性螺纹的内螺纹紧固件的半剖侧视图；
图4A是本发明另一实施例中的装配和非锁紧状态下的相邻螺纹圈的侧视图，其中凹槽部分位于凹槽锁紧螺纹的根部，并且伸到外螺纹紧固件的相邻螺纹圈之间的外螺纹紧固件的心部，凸起部分位于内柔性螺纹段的齿顶。
图4B是本发明另一实施例中的几圈相邻螺纹的侧视图，螺纹用于内外螺纹紧固件上并处于装配和非锁紧状态，其中柔性螺纹段的凸起部分轴向压向外螺纹的凹槽部分。附图中的参考标号
11--外螺纹件
12--内螺纹件
21--内螺纹件的柔性螺纹段
22--柔性螺纹段的凸出部分
25--柔性螺纹段的空隙
26--柔性螺纹段的定位凸起
31--凹槽锁紧螺纹
32--凹槽锁紧螺纹的凹进部分
优选实施例的详述
图1A表示在装配状态下的自锁螺纹连接件的侧视图，它包括一个有新结构外形的外螺纹(31)(以后称作“凹槽锁紧螺纹”)的外螺纹件(11)和一个具有新结构外形的内螺纹(31)(此外称作凸起锁紧螺纹，在图2A中更全面示出)的内螺纹件(12)。对准内螺纹件上的凸起锁紧螺纹，使其柔性凸起部分(22)压向外螺纹件的螺纹。凸起锁紧螺纹或者以这样一种方式设置在内螺纹件上，即能使其凸起部分轴向或径向弯曲，或者凸起部分以这样一种方式成形，即能使凸起部分轴向或径向弯曲。内螺纹件一般为螺母或螺纹孔。外螺纹件一般是螺栓、螺柱、螺杆，双头螺栓或螺钉。凸起锁紧螺纹和凹槽锁紧螺纹设计成一起作用，这样外螺纹件能旋入或旋出内螺纹件，两个螺纹以一种新方式彼此配合(此后称作“啮合”)并由此锁紧。在附图中只在所给定的透视图中用虚线呈现此特点。
图1B是图1A所示的自锁螺纹连接件在啮合状态下的端视图。当柔性螺纹段(21)的任何一个凸起部分(22)与凹槽锁紧螺纹(31)的任何一个凹槽部分(32)对准时，就可进行啮合。当发生上述对准时，使内螺纹件的内部柔性凸起部分压向外螺纹(31)的压力就迫使对准的凸起部分进入相应的对准的凹槽部分，从而使螺纹啮合。一旦螺纹啮合，沿松动或旋紧方向足够大的转矩则会使螺纹从啮合状态脱开。凸起和凹槽部分的侧边有足够平缓的斜度，以致转矩能迫使凸起部分滑进和滑出凹槽部分，从而使螺纹脱离啮合。在转矩足以克服相啮合的凸起和凹槽之间的摩擦，并足以克服使内螺纹件内部的柔性螺纹段压向凹槽锁紧螺纹的压力时(并克服内螺纹件的标准螺纹与外螺纹件的具有标准螺纹那样的螺纹之间的摩擦)，则螺纹脱离啮合，并且锁紧件处于非锁紧状态，直到凸起部分和凹槽部分再一次对准并啮合。在图1A和1B中，柔性螺纹段(21)垂直于紧固件的轴向弯曲。
图2A是处于非锁紧状态的柔性螺纹段的凸起部分的侧视图。在图2B中，图2A所示的凸起部分更详细地示出，并且该凸起部分与凹槽锁紧螺纹的凹槽部分相啮合。在附图中，只在给定的透视图才用虚线呈现此特点。
一般的螺纹紧固件受到动载荷，交变应力或振动时容易引起松动。旋紧这种紧固件则增加了轴向张紧应力，该张紧应力产生摩擦阻力，阻止在啮合螺纹之间和在螺栓与螺母的相互配合表面之间的松动。由于螺纹角度的向下倾斜，在螺栓中的张紧应力又使啮合螺纹打滑。在本发明中由于配合螺纹松动，甚至振动将减小阻力，轴向张紧应力必须提高或迫使柔性螺纹段的凸起部分脱出外螺纹的凹槽部分，并克服残留的摩擦。为推动或提高凸起部分、使其脱出凹槽部分，由张紧应力产生的松动力矩必须足够大，以克服推压柔性螺纹段的凸起部分进入外螺纹的凹槽部分的自然弹性转动作用。为确保松动力矩小于那些阻力，将柔性螺纹段凸起张力的合力、凹槽部分侧边的倾斜和凸起部分的外形结合起来进行设计，以产生足够大的阻止紧固件误松动的阻力。
在另一实施例中，凸起和凹槽部分的表面能这样成形，即当沿旋紧或松动方向施加转矩时，凸起部分咬入凹槽部分。在这种实施例中，紧固件一旦已进行啮合，不损坏凸起部分或凹槽部分，就不能进一步被旋紧或松动。当内螺纹件与普通的螺栓或其它没有凹槽部分的外螺纹件一起使用时，柔性螺纹段压向外螺纹而产生附加的阻力来阻止松动。当柔性螺纹被做成以足够大的力压向外螺纹件的螺纹时，附加的阻力就以与通常的例如那些具有尼龙填塞物的扭矩螺母同样的方式来防止误松动。
图3A和图3B分别为内螺纹件的柔性螺纹段(图1B中的21)的底视图和侧视图。在优选实施例中，内螺纹件的柔性螺纹段从其根部到其齿顶的整个长度不是刚性的。在柔性螺纹段(25)上的由螺纹齿顶向螺纹根部延伸形成的一系列空隙，当凸起和凹槽部分不处于啮合状态和其它凸起和凹槽部分的位置对准时，有利于每一凸起部分(22)独立并完全与任何一凹槽啮合(图1B中的32)。在优选实施例中每个凸起径向地与凹槽部分对齐，但凸起部分作为一整体不需要与凹槽部分对称安置。在优选实施例中、在每圈螺纹上有一优选数目的凹槽部分，即17个，和6个柔性螺纹段上的凸起部分。柔性螺纹段能以任何方式连接到内螺纹件(12)上，即只要柔性螺纹段是随内螺纹件一起旋转，而且不能独立于内螺纹件旋转。在实施例中，定位键(图3A和3C的26)阻止柔性螺纹段相对于内螺纹件(12)的其余部分旋转，并且使柔性螺纹段定位，这样柔性螺纹段的凸起部分连续位于内螺纹件上的由标准螺纹形成的螺旋道上。
图4A是本发明的另一实施例中的相邻几圈螺纹的侧视图，其中的螺纹处于配合和非锁紧状态。凹槽部分(32)位于根部并伸入凹槽锁紧螺纹(31)的相邻螺纹圈之间的外螺纹件(11)的中心部。
图4B是本发明的另一实施例的相邻螺纹圈的侧视图，其中的螺纹处于配合和非锁紧状态，内部柔性螺纹段的凸起部分轴向地压向外螺纹的凹槽部分。在此实施例中，凹槽部分(32)和凸起部分在后侧面。而在另一实施例中，它们可在前侧面。
虽然已参照优选实施例对本发明作出描述，但本领域的技术人员应该知道这点，即可以对其进行修改。例如，可以有很多其它的实施例，其中的凸起和凹槽部分可有多种形式的外形、角度和尺寸。凹槽部分可位于螺纹侧面的中心而不是在根部或靠近根部。用外螺纹上的凸起部分替换外螺纹上的凹槽部分，与柔性螺纹段的凸起部分相配合。柔性螺纹段能多于或少于一圈螺纹。这些或其它对根据本发明的优选实施例进行的变动或修改由所附权利要求书限定。