DE1475213A1

DE1475213A1 - Screw connection with one with an internal thread and one with an external thread

Info

Publication number: DE1475213A1
Application number: DE19641475213
Authority: DE
Inventors: Walker Richard A; Gowen Jun Edward F; Raymond Ollis Jun
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1963-06-06
Filing date: 1964-01-24
Publication date: 1969-01-23
Also published as: GB1072578A

Description

Standard Pressed ReRJ/Zg. 3730Standard Pressed ReRJ / Zg. 3730

Schraubverbindung mit je einem mit Innengewinde und einem mit Außengewinde versehenen SchraubteilScrew connection with one screw part with an internal thread and one screw part with an external thread

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubverbindung mit je einem mit Innengewinde und einem mit Außengewinde versehenen Schraubteil, deren Gewindegänge eine stetig zunehmende Steigungsdifferenz aufweisen, die ausreicht, die Verkürzung des Innengewindetexls und die Verlängerung des Außengewindeteils bei Belastung der Schraubverbindung aufzuheben, und bei dem sich die Planken der Gewinde bei unbelastetem Gewinde nur an begrenzten Stellen des Flankendurchmessers berühren .The invention relates to a screw connection with one with an internal thread and one with an external thread Screw part whose thread turns have a steadily increasing pitch difference that is sufficient to shorten the internal thread and cancel the extension of the male thread part when the screw connection is loaded, and in which If the thread is not under load, only touch the planks of the thread at limited points on the pitch diameter.

Eine unter Vorspannung stehende Schraubverbindung ist unter dynamischer Belastung in der Regel dadurch gefährdet, daß das Schraubteil mit Außengewinde durch Ermüdungsbruch zerstört wird. Dies geschieht dann, wenn der auf das mit Außengewinde versehene Schraubteil entfallende Anteil der wechselnden Betriebskraft größer ist als die Dauerfestigkeit der Verbindung zwischen Außengewinde- und Innengewindeteil. Der Ermüdungsbruch tritt in der Regel deshalb im Außengewindeteil ein, weil erfahrungsgemäß die Kerbwirkungszahl etwa 10 beträgt, d.h. daß die Dauerfestigkeit des Außengewindeteils nur l/lO des glatten Stabs aus dem gleichen Material beträgt.A pre-tensioned screw connection is usually endangered under dynamic loading by the fact that the Screw part with external thread is destroyed by fatigue fracture. This happens when the one on the externally threaded The proportion of the alternating operating force that is lost is greater than the fatigue strength of the connection between the external thread and female thread part. The fatigue fracture usually occurs in the male thread part because experience has shown the notch action number is about 10, i.e. the fatigue strength of the male thread part only 1/10 of the smooth rod from the same Material is.

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Im Zusammenhang mit der Dauerfestigkeit des Außengewindeteils sind, wie bekannt, folgende Baktoren von Bedeutung:In connection with the fatigue strength of the male thread part, as is known, the following factors are important:

A) die Ausrundung des Gewindegrundes; eine stärkere Ausrundung vermindert die Kerbwirkung und steigert die Dauerhaltbarkeit des Außengewindeteils. Der Steigerung der Dauerhaltbarkeit durch Vergrößerung der Gewindegrundausrundung sind jedoch dadurch Grenzen gesetzt, daß mit größer werdender Gewindegrundausrundung die Plankenüberdehnung des Gewindes vermindert und damit auch die Ab Streiffestigkeit des Gewindes verkleinert wird. Die heute gebräuchlichen und genormten Gewinde stellen bereits optimale Lösungen für diesen Punkt dar.A) the rounding of the thread root; a stronger rounding reduces the notch effect and increases the Durability of the male thread part. The increase in durability by increasing the thread root fillet However, limits are set by the fact that the plank overstretched as the thread root rounding becomes larger of the thread is reduced and thus the streak resistance of the thread is also reduced. Today Common and standardized threads already represent optimal solutions for this point.

B) die Art der Gewindeherstellung; wenn das Gewinde nicht zerspanend, sondern durch Kaltlimformung, d.h. durch Gewinderollen hergestellt wird, kann die Dauerhaltbarkeit des Gewindes um ca. 100 # gesteigert werden. In diesem Pail werden im Gewindegrund Druckeigenspannungen aufgebaut, welche die unter der Fremdbelastung entstehenden Zugspannungsspitzen kompensieren und den Spannungsverlauf über den Querschnitt nivellieren. J¹Ur diese Kaltumformung sind ebenfalls optimale Lösungen bekannt und werden praktisch angewendet.B) the type of thread production; if the thread is not machined, but produced by cold forming, ie thread rolling, the durability of the thread can be increased by approx. 100 #. In this pail, internal compressive stresses are built up in the thread root, which compensate for the tensile stress peaks arising from the external load and level the stress curve over the cross-section. J ¹ Optimal solutions are also known for this cold forming and are used in practice.

C) die Lastverteilung über die Einschraublänge; durch die elastische Deformation des Innen- und Außengewindes unter der Vorspannkraft werden die ersten tragenden Gewindegänge wesentlich stärker belastet als diejenigen Gewindegänge, welche der Last abgewandt sind. Es ist bekannt, daß dieC) the load distribution over the screw-in length; through the elastic deformation of the internal and external thread under the preload force become the first load-bearing thread turns much more heavily loaded than those threads that face away from the load. It is known that the

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ersten beiden Gewindegänge in der Regel 50 °/> der Gesamtlast übertragen und daß demzufolge die Spannungsspitzen in diesen beiden ersten Gewindegängen am größten sind. Demzufolge tritt in der Regel in diesem Bereich ein Dauerbruch ein. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, eine Steigungsdifferenz zwischen Innen- und Außengewinde vorzusehen. Durch eine Verkleinerung der Stei gung des Außengewindeteils gegenüber der Steigung des Innengewindeteils werden die der Last abgewandten Gewindegähge stärker zum Übertragen der Last herangezogen, und es entsteht ein gleichmäßigerer Spannungsverlauf über die Einschraublänge. Eine solche Anwendung mit stetig zunehmender Steigung bei unbelastetem Innengewinde ist z.B. aus der U.S.-Patentschrift 1 922 b89 bekannt. Es ist weiterhin bekannt, durch Vergrößerung der Elastizität des Schraubenoder Muttergewindezahns die Spannungsverteilung über die Einschraublänge auszugleichen. Bei einigen solchen Ausführungen wird der Innengewindezahn dadurch elastischer gestaltet, daß im Gewindegrund eine verhältnismäßig tiefe spiralförmige Rille eingedreht ist. Diese Lösungen führen jedoch nur theoretisch zu einer Verbesserung und haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da in diesem Fall die Biegebeanspruchung des Gewindezahns des Innengewindes beträchtlich erhöht und damit der Gewinn der besseren Lastverteilung über die Einschraublänge wieder aufgezehrt wird. Durch die deutsche Patentschrift 616 084 ist eine ähnliche Lösung bekannt, bei der der Mutterngewindezahn dadurch eine größere Elastizität aufweist, daß das Innengewinde einen wesentlich größeren Außendurchmeeser als üblich erhält.The first two thread turns usually transfer 50 ° /> of the total load and that the stress peaks in these two first thread turns are therefore greatest. As a result, fatigue failure usually occurs in this area. To avoid this disadvantage, it is known to provide a pitch difference between the internal and external threads. By reducing the pitch of the male thread part compared to the pitch of the female thread part, the thread turns facing away from the load are used to a greater extent to transfer the load, and a more even tension curve is created over the screw-in length. Such an application with a steadily increasing pitch with an unloaded internal thread is known, for example, from US Pat. No. 1,922 b89. It is also known to compensate for the stress distribution over the screw-in length by increasing the elasticity of the screw or nut thread tooth. In some such designs, the internal thread tooth is made more elastic in that a relatively deep spiral groove is screwed into the thread root. However, these solutions only lead to an improvement in theory and have not been implemented in practice, since in this case the bending stress on the thread tooth of the internal thread is increased considerably and the gain in better load distribution over the screw-in length is consumed again. A similar solution is known from German patent specification 616 084, in which the nut thread tooth has greater elasticity because the internal thread has a significantly larger outer diameter than usual.

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Perner soll sich hier der Mutterngewindezahn so stark elastisch deformieren, daß sich die Gewindeflanken von Innen- und Außengewinde satt anlegen. Zu diesem Zweck ist der Flankenwinkel des Mutterngewindes gegenüber demjenigen des Außengewindes entsprechend vermindert. Auch diese bekannte Ausführung hat sich aber in der Praxis nicht durchgesetzt, weil das Mutterngewindejbedingt durch den großen Außendurchmesser, nunmehr so stark geschwächt ist, daß Dauerbrüche in der Mutter eintreten.Perner is said to have the nut thread tooth so strong here Deform elastically so that the thread flanks of the internal and external threads fit snugly. To this end the flank angle of the nut thread is correspondingly reduced compared to that of the external thread. However, this known design has not been accepted in practice either, because the nut thread is dependent on it due to the large outer diameter, is now so weakened that fatigue fractures occur in the nut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile zu vermeiden und die die Dauerhaltbarkeit nachteilig beeinflussenden Biegespannungen am Außengewindeteil herabzusetzen, wo bei die bekannten verschiedenen Maßnahmen zur Erhöhung der Dauerhaltbarkeit , wie Vergrößerung der Gewindegrundausrundung, Aufbau von druckeigenen Spannungen im Gewindegrund und Steigarungsdifferenz ebenfalls ausgenutzt werden sollen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Gewindeflanken derart ausgebildet sind, daß die Druckflänke des Außengewindes bei unbelastetem Gewinde innerhalb der Plankendurchmesserlinie in Berührung mit der Druckflanke des Innengewindes steht und daß die in der Nähe des starren Gewindegrundes an einem kleineren Hebelarm angreifenden Kräfte geringere Biegespannungen am Gewindegrund erzeugen. Dadurch ist einem wesentlichen Einflußfaktor für die Dauerhaltbarkeit des Außengewindes, der bisher außer acht gelassen wurde, Rechnung getragen, nämlich der Biegebeanspruchung des Gewindezahns des Außengewindes, durch die bei den bekannten Ausführungen im Gewindegrund erhebliche zusätzliche Spannungsspitzen aufgebaut werden, welche die Dauerhaltbarkeit vermindern.The invention is based on the object of avoiding the above disadvantages and those which adversely affect durability Reduce bending stresses on the male thread part, where at the known various measures to increase the durability, such as enlarging the thread root fillet, The build-up of pressure inherent tensions in the thread root and the pitch difference should also be used. This object is achieved according to the invention in that the thread flanks are designed in such a way that the pressure flanks of the external thread with unloaded thread within the plank diameter line is in contact with the pressure flank of the internal thread and that the one in the vicinity of the rigid thread root Forces acting on a smaller lever arm generate lower bending stresses at the thread root. This is an essential influencing factor for the durability of the external thread, which has been neglected up to now borne, namely the bending stress of the thread tooth of the external thread, by the known versions in the At the bottom of the thread considerable additional stress peaks are built up, which reduce the durability.

Im Gegensatz zu allen bekannten Lösungsversuchen ist die erfindungsgemäfie lösung praktisch realisierbar und bringt nachweislich eine Verbesserung der Dauerhaltbarkeit des Außenge-In contrast to all known attempted solutions, the invention is solution practically feasible and demonstrably improves the durability of the exterior

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windeteils um 15 bis 20 i» gegenüber den bisher bekannten optimalen Lösungen. Spannungsoptische Untersuchungen erweisen, daß die erfindungsgemäße Verlagerung dea Kraftangriffspunktes in die Nähe des Gewindegrundes, eine beträchtliche Verminderung der Biegespannung im Gewindegrund bewirkt,wodurch die Dauerhaltbarkeit um den zuvor genannten Wert gesteigert wird.sometimes by 15 to 20 i » compared to the previously known optimal solutions. Stress-optical investigations show that the displacement according to the invention of the force application point in the vicinity of the thread root causes a considerable reduction in the bending stress in the thread root, whereby the durability is increased by the aforementioned value.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung zwaäer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawing Embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1 und 2 Schnittansichten von abgeänderten Gewindeprofilen. Fig. 1 and 2 sectional views of modified thread profiles.

Die Pig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungen mit asymetrischen Außen gewindeprofilen. In der Fig. 1 ist ein Außengewinde dargestellt, bei dem die Druckflanke kurvenförmig ausgebildet ist und der Flankenwinkel kontinuierlich zur Spitze hin abnimmt, und in der Fig. 2 ist ein Außengewinde gezeigt, bei dem die Druckflanke gerade ist.The Pig. 1 and 2 show two designs with asymmetrical external thread profiles. In Fig. 1 an external thread is shown, in which the pressure flank is curved and the flank angle decreases continuously towards the tip, and in Fig. 2 an external thread is shown in which the pressure flank is straight.

In der Fig. 1 ist mit 30 ein Außengewinde und mit 31 ein Innengewinde bezeichnet. Der Abschnitt der Druckflanke 32 von der Linie P-P¹ des Flankendurchmessers zum Kopf 33 des Außengewindes ist kurvenförmig ausgebildet. Der zwischen der Flankendurchmesserlinie und dem Kopf verlaufende Radius tangiert mit dem Ausgangsgewindedreieck in der Nähe der Flankendurchmesserlinie P-P¹. Der Tangentenberührungspunkt 34' kann jedoch auch unter der Flankendurchmesserlinie, z.B. bei liegen, unterhalb des Tangentenberührungspunktea besitzt das Gewinde eine herkömmliche Form.In Fig. 1, 30 is an external thread and 31 is an internal thread. The section of the pressure ^{flank 32 from the line PP 1 of} the pitch diameter to the head 33 of the external thread is curved. The radius running between the pitch diameter line and the head is tangent to the starting thread triangle in the vicinity of the pitch diameter line PP ¹ . The tangent contact point 34 'can, however, also be below the flank diameter line, for example at, below the tangent contact point a the thread has a conventional shape.

Da das asymmetrische Gewinde-Profil einen größeren Werkstoffanteil oberhalb der Flankendurchmesserlinie aufweist als dasBecause the asymmetrical thread profile has a larger proportion of material above the pitch diameter line than that

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entsprechende symmetrische Gewinde mit kurvenförmigen Planken auf beiden Seiten , besitzt das asymmetrische Profil unter bestimmten Umständen eine größere Scherfestigkeit. Hinzu kommt, daß die asymmetrischen Ausführungen des Außengewindes bei Verwendung mit klemmenden Sicherungsmuttern bessere Sicherungseigenschaften aufweisen.corresponding symmetrical thread with curved planks on both sides, the asymmetrical profile has a greater shear strength under certain circumstances. In addition comes that the asymmetrical versions of the external thread when used with clamping Lock nuts have better locking properties.

Das asymmetrische Gewindeprofil gemäß der Fig. 1 bewirkt die beschriebene Erhöhung der Dauerfestigkeit durch Verkürzung des Hebelarmes des Außengewindes. Das Außengewinde bleibt starr und die auftretenden Biegespannungen werden vermindert.The asymmetrical thread profile according to FIG. 1 causes the described increase in fatigue strength by shortening the lever arm of the external thread. The external thread remains rigid and the bending stresses that occur are reduced.

Die in Pig. 2 gezeigte Ausführung weist ebenfalls ein asymmetrisches Außengewinde auf. Dort ist ein Außengewindeprofil 40 und ein Innengewinde einer genormten Ausführung dargestellt.Die Druckflanken sind mit 42 und 42' und die freien Planken mit 43 und 45' bezeichnet. Die Druckflanke des Außengewindes entfernt sich , ausgehend vom Punkt 44 geradlinig von der gegenüberliegenden Planke des Innengewindes und endet am Kopf 46. Der Plankenwinkel Ot -^ des ersten Teiles 47 der Druckflanke, die vom Puß bis zum Kopf verläuft, entspricht dem Plankenwinkel OC des Ausgangsoder Grundgewindedreiecks und der freien Planke, ist jedoch kleiner als der Plankenwinkel cL ₂ des zweiten Abschnittes der Druckflanke, die vom Kopf zum Puß verläuft. Bei dieser Ausführung befindet sich der Brennpunkt 44 unterhalb der Planken-Durchmesser-Linie P-P', ungefähr in der Mitte zwischen dem Puß des Außengewindes und der Plankendurchmesser-Linie, wodurch der Hebelarm^ der am Gewindezahn angreifenden Kraft verkürzt wird.The one in Pig. The embodiment shown in FIG. 2 also has an asymmetrical external thread. There, an external thread profile 40 and an internal thread of a standardized design are shown. The pressure flanks are designated 42 and 42 'and the free planks 43 and 45'. The pressure flank of the external thread moves away from point 44 in a straight line from the opposite plank of the internal thread and ends at the head 46. The plank angle Ot - ^ of the first part 47 of the pressure flank, which runs from the bottom to the head, corresponds to the plank angle OC of the starting point or Basic thread triangle and the free plank, however, is smaller than the plank angle cL _{2 of} the second section of the pressure flank, which runs from the head to the butt. In this embodiment, the focal point 44 is below the plank diameter line P-P ', approximately in the middle between the butt of the external thread and the plank diameter line, whereby the lever arm ^ of the force acting on the thread tooth is shortened.

Die Vorteile, die durch die in Pig. 2 gezeigte Ausführung erzielt werden, entsprechen denjenigen der Ausführung gemäß der Pig. I.The benefits brought by in Pig. 2 are achieved, correspond to those of the embodiment according to the pig. I.

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Claims

. Iy screw connection with one each with internal thread and a screw part provided with an external thread, the thread pitches of which have a steadily increasing pitch difference, which is sufficient, the shortening of the internal thread part and the lengthening of the external thread part when the screw connection is loaded to be lifted, and in which the planks of the thread are calibrated with unloaded thread only touch at limited points of the plank diameter, characterized by that the thread flanks are designed such that the pressure flank of the external thread with unloaded thread within the plank diameter line in contact with the Pressure flank of the internal thread is and that the one is close the rigid thread root on a smaller lever arm, lower bending stresses on the acting forces at the thread root produce.

2. Screw connection according to claim 1, characterized in that that the pressure flank and the price flank of the external thread have an asymmetrical cross-section.

3 screw connection according to claim!, Characterized in that that the flank angle of the pressure flank of the internal thread is 30 ° and the plank angle of the pressure flank of the external thread is 32 - 35 °.

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4. Screw connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the pitch diameter of the external thread is corrected so that despite the pitch angle and pitch difference the thread can be screwed on freely in the unloaded state.

5 · Screw connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that

he pressure flank is designed in the form of a curve and the J flank angle decreases continuously towards the tip.

ORIGINAL INSPECTED

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