[0001] 本发明属于设备通用技术领域， 尤其是涉及一种类橄榄状非对称双向锥形螺纹 的螺栓与螺母连接结构 （以下简称“双向锥形螺纹的螺栓与螺母”） 。

背景技术

[0002] 螺纹的发明， 对人类社会进步产生深刻影响。 螺纹是最基础工业技术之一， 她 不是具体产品， 是产业关键共性技术， 其技术性能必须要有具体产品作为应用 载体来体现， 各行各业应用广泛。 5见有螺纹技术， 标准化水平高， 技术理论成 熟， 实践应用久远， 用之紧固， 则是紧固螺纹； 用之密封， 则为密封螺纹； 用 之传动， 则成传动螺纹。 根据国家标准的螺纹术语： “螺纹”是指在圆柱或圆锥表 面上， 具有相同牙型、 沿螺旋线连续凸起的牙体； “牙体”是指相邻牙侧间的材料 实体。 这也是全球共识的螺纹定义。

[0003] 现代螺纹始于 1841年英国惠氏螺纹。 按照现代螺纹技术理论， 螺纹自锁基本条 件是： 当量摩擦角不得小于螺旋升角。 这是现代螺纹基于其技术原理—“斜面 原理”对螺纹技术的一种认识， 成为现代螺纹技术的重要理论依据。 最早对斜面 原理进行理论解释的是斯蒂文， 他研究发现斜面上物体平衡的条件与力合成的 平行四边形定律， 1586年他提出了著名的斜面定律： 放在斜面上的一个物体所 受的沿斜面方向的重力与倾角的正弦成正比。 所述的斜面， 是指与水平面成倾 斜的光滑平面， 螺旋是“斜面”的变形， 螺纹就像包裹在圆柱体外的斜面， 斜面越 平缓， 机械利益越大 （见图 A） （杨静珊、 王绣雅， 《螺丝钉的原理探讨》 ， 《 高斯算术研究》 ） 。

[0004] 现代螺纹的“斜面原理”， 是基于斜面定律建立起来的斜面滑块模型 （见图 B）

， 人们认为， 在静载荷和温度变化不大条件下， 当螺纹升角小于等于当量摩擦 角， 螺纹副具备自锁条件。 螺纹升角 （见图 C） 又称为螺纹导程角， 就是在中径 圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面 间的夹角， 该角度影响螺纹自锁 和防松。 当量摩擦角就是把不同的摩擦形式最终转化成 最普通的斜面滑块形式 时对应的摩擦角。 通俗讲， 在斜面滑块模型中， 当斜面倾斜到一定角度， 滑块 此时的摩擦力恰好等于重力沿着斜面的分量， 此时物体刚好处于受力平衡状态 ， 此时的斜面倾斜角称为当量摩擦角。

[0005] 美国工程师于上世纪中叶发明了楔形螺纹， 其技术原理仍旧遵循“斜面原理”。

楔形螺纹的发明， 受到“木楔子”启发。 具体说， 楔形螺纹的结构是在三角形螺纹 （俗称普通螺纹） 内螺纹 （即螺母螺纹） 的牙底处有一个与螺纹轴线成 25°〜 30° 夹角的楔形斜面， 工程实际都取 30°楔形斜面。 一直以来， 人们都是从螺纹牙型 角这个技术层面和技术方向去研究和解决螺纹 防松脱等问题， 楔形螺纹技术也 不例外， 是斜楔技术的具体运用。

[0006] 但是， 5见有螺纹存在连接强度低、 自定位能力弱、 自锁性差、 承力值小、 稳定 性差、 兼容性差、 重复使用性差、 高温低温等问题， 典型的是应用现代螺纹技 术的螺栓或螺母普遍存在着容易松动缺陷， 随着设备频繁振动或震动， 引起螺 栓与螺母松动甚至脱落， 严重的容易发生安全事故。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 任何技术理论， 都有理论假设背景， 螺纹也不例外。 随着科技进步， 对连接破 坏已非单纯线性载荷更非静态更非室温环境， 存在线性载荷非线性载荷甚至是 二者叠加并由此产生更复杂破坏载荷情况， 应用工况复杂， 基于这样认识， 本 发明的目的是针对上述问题， 提供一种设计合理、 结构简单， 具有良好连接性 育 B、 锁紧性能的双向锥形螺纹的螺栓与螺母连接结 构。

[0008] 为达到上述目的， 本发明采用了下列技术方案： 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母 ， 是由非对称双向锥形螺纹内螺纹与非对称双向 锥形螺纹外螺纹组成螺纹连接 副使用， 是一种特殊的合成了圆锥副与螺旋运动技术特 点的螺纹副技术， 所述 的双向锥形螺纹， 是一种合成了双向锥形体与螺旋结构技术特点 的螺纹技术， 所述的双向锥形体是由两个单锥形体组成， 即是由左侧锥度与右侧锥度方向相 反且锥度不同的两个单锥形体双向组成， 所述的双向锥形体呈螺旋状分布于柱 状母体的外表面形成外螺纹和 /或上述的双向锥形体呈螺旋状分布于筒状母� �的 内表面形成内螺纹， 无论内螺纹外螺纹， 其完整单元体螺纹是一种呈螺旋状且 中间大两端小包括左侧锥度大于右侧锥度和 /或左侧锥度小于右侧锥度的呈类橄 榄状的非对称特殊双向锥形几何体。

[0009] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的类橄榄状非对称双向锥形螺纹包括左侧 锥度大于右侧锥度和左侧锥度小于右侧锥度两 种形式， 其定义可以表达为： “在 圆柱或圆锥表面上， 具有规定左侧锥度和右侧锥度且左侧锥度与右 侧锥度的方 向相反且锥度不同的非对称双向锥形孔 （或非对称双向圆锥台体） 、 沿着螺旋 线连续和 /或不连续分布的呈螺旋状中间大两端小的类� �榄状特殊双向锥形几何 体。 ”因制造等方面原因， 非对称双向锥形螺纹的螺头、 螺尾可能是不完整的双 向锥形几何体。 相互螺纹配合， 已由现代螺纹内、 外螺纹啮合关系转变为本双 向锥形螺纹内、 外螺纹抱合关系。

[0010] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 包括呈螺旋状分布于柱状母体外表面的双向圆 锥台体和呈螺旋状分布于筒状母体内表面的双 向锥形孔， 即包括相互螺纹配合 的外螺纹与内螺纹， 内螺纹以呈螺旋状双向锥形孔并以“非实体空 间”形态存在、 外螺纹以呈螺旋状双向圆锥台体并以“材料实 体”形态存在， 所述的非实体空间是 指能够容纳上述材料实体的空间环境， 内螺纹是包容件， 外螺纹是被包容件： 内螺纹即双向锥形孔与外螺纹即双向圆锥台体 是一节一节双向锥形几何体包容 旋合套接在一起抱合直至一侧双向承载或左侧 右侧同时双向承载或直至定径过 盈配合， 两侧是否同时双向承载与应用领域实际工况有 关， 即双向锥形孔一节 一节包容抱合双向圆锥台体， 即内螺纹是一节一节抱合对应外螺纹。

[0011] 所述的螺纹连接副是由呈螺旋状的外锥面与呈 螺旋状的内锥面相互配合构成圆 锥副形成螺纹副， 所述的双向锥形螺纹外圆锥体的外锥面与内圆 锥体的内锥面 均为双向圆锥面， 当所述的双向锥形螺纹之间组成螺纹连接副， 是以内圆锥面 与外圆锥面的结合面为支承面， 即以圆锥面为支承面， 实现连接技术性能， 螺 纹副自锁性、 自定位性、 重复使用性和抗疲劳性等能力主要取决于构成 本双向 锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构圆锥副的圆锥 面及其锥度大小即内、 外螺纹的 圆锥面及其锥度大小， 是一种非牙型螺纹。 [0012] 与现有螺纹斜面原理所表现的分布于斜面上的 单向力以及内、 外螺纹是内牙体 与外牙体的啮合关系不同， 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 螺纹体即双向锥形 体无论分布于左侧或右侧任何一侧单锥形体通 过圆锥轴线截面是由圆锥体两条 素线双向组成即呈双向状态， 所述的素线是圆锥表面与通过圆锥轴线的平面 的 交线， 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构的圆锥 原理所表现的是轴心力与 反轴心力， 二者均是由双向力合成， 轴心力与对应的反轴心力对顶， 内螺纹与 外螺纹是抱合关系， 即组成螺纹副是通过内螺纹抱住外螺纹即一节 节锥孔 （内 圆锥体） 抱合对应的一节节锥体 （外圆锥体） 直至抱合定径配合实现自定位或 直至定径过盈接触实现自锁， 即通过锥形孔与圆锥台体径向抱合在一起实现 内 圆锥体与外圆锥体自锁紧或自定位进而实现螺 纹副的自锁紧或自定位， 而非传 统螺纹的内螺纹与外螺纹组成螺纹连接副是通 过彼此牙体与牙体之间相互抵靠 实现螺纹连接性能。

[0013] 内螺纹与外螺纹的抱合过程达到一定条件会有 一种自锁力， 所述的自锁力是由 内圆锥轴心力与外圆锥反轴心力之间所产生压 强生成， 即当内圆锥与外圆锥组 成圆锥副， 内圆锥体的内圆锥面抱合外圆锥体的外圆锥面 ， 内圆锥面与外圆锥 面紧密接触。 所述的内圆锥轴心力与外圆锥反轴心力是本发 明双向锥形螺纹技 术即圆锥副技术所独有的力的概念。

[0014] 内圆锥体以类似轴套的形态存在， 在外来载荷作用下， 内圆锥体生成指向或者 说压向圆锥轴线的轴心力， 所述的轴心力是由一对以圆锥轴线为中心呈镜 像分 布且分别垂直于圆锥体两条素线的向心力双向 合成， 即轴心力通过圆锥轴线截 面是由以圆锥轴线为中心呈镜像双向分布于圆 锥轴线两侧且分别垂直于圆锥体 两条素线且指向或者说压向圆锥轴线共同点的 两条向心力组成且当上述的圆锥 体与螺旋结构合成为螺纹并应用于螺纹副则上 述的轴心力通过螺纹轴线截面是 由以螺纹轴线为中心呈镜像和 /或近似镜像双向分布于螺纹轴线两侧且分别� �直 于圆锥体两条素线且指向或者说压向螺纹轴线 共同点和 /或近似共同点的两条向 心力组成， 所述的轴心力是以轴向并周向的方式密密麻麻 地分布于圆锥轴线和 / 或螺纹轴线， 所述的轴心力对应的有一个轴心力角， 组成所述的轴心力的两条 向心力的夹角构成上述的轴心力角， 所述的轴心力角大小取决于圆锥体的锥度 大小即锥角大小。

[0015] 外圆锥体以类似轴的形态存在， 具备较强吸收外来各种载荷能力， 外圆锥体生 成与内圆锥体每一轴心力对顶的反轴心力， 所述的反轴心力是由一对以圆锥轴 线为中心呈镜像分布且分别垂直于圆锥体两条 素线的反向心力双向合成， 即反 轴心力通过圆锥轴线截面是由以圆锥轴线为中 心呈镜像双向分布于圆锥轴线两 侧且分别垂直于圆锥体两条素线且由圆锥轴线 共同点指向或者说压向内圆锥面 的两条反向心力组成且当上述的圆锥体与螺旋 结构合成为螺纹并应用于螺纹副 则上述的反轴心力通过螺纹轴线截面是由以螺 纹轴线为中心呈镜像和 /或近似镜 像双向分布于螺纹轴线两侧且分别垂直于圆锥 体两条素线且由螺纹轴线共同点 和 /或近似共同点指向或者说压向内螺纹圆锥面� �两条反向心力组成， 所述的反 轴心力是以轴向并周向的方式密密麻麻地分布 于圆锥轴线和 /或螺纹轴线， 所述 的反轴心力对应的有一个反轴心力角， 组成所述的反轴心力的两条反向心力的 夹角构成上述的反轴心力角， 所述的反轴心力角大小取决于圆锥体的锥度大 小 即锥角大小。

[0016] 轴心力与反轴心力在圆锥副的内外圆锥有效接 触时开始生成， 即圆锥副的内圆 锥体与外圆锥体的有效接触过程始终存在一对 对应且相对顶的轴心力与反轴心 力， 所述的轴心力与反轴心力均是以圆锥轴线和 /或螺纹轴线为中心且呈镜像双 向分布的双向力而非单向力， 所述的圆锥轴线与螺纹轴线是重合轴线即是同 一 轴线和 /或近似同一轴线， 反轴心力与轴心力是反向共线且当上述的圆锥 体与螺 旋结构合成为螺纹并组成螺纹副是反向共线和 /或近似反向共线， 通过内圆锥与 外圆锥的抱合直至过盈则轴心力与反轴心力由 此在内圆锥面与外圆锥面的接触 面生成压强并密密麻麻地轴向并周向均匀分布 在内外圆锥表面的接触面， 当内 圆锥与外圆锥的抱合运动一直进行直至圆锥副 达到过盈配合所生成压强将内圆 锥与外圆锥结合在一起， 即上述的压强已能做到内圆锥体抱合外圆锥体 形成类 似整体构造体并在其促成的外力消失后并不会 因为上述的类似整体构造体体位 的方向任意变化而在重力作用下导致内外圆锥 体相互脱离， 圆锥副产生自锁紧 即螺纹副产生自锁紧， 这种自锁紧性对于除了重力之外的可能导致内 外圆锥体 彼此相互脱离的其他外来载荷也有一定限度的 抵抗作用， 圆锥副还具有内圆锥 与外圆锥相互配合的自定位性， 但并非任意轴心力角和 /或反轴心力角都能让圆 锥副产生自锁紧和自定位。

[0017] 当轴心力角和 /或反轴心力角小于 180°且大于 127°， 圆锥副具备自锁性， 轴心力 角和 /或反轴心力角无限接近于 180°时， 圆锥副的自锁性最佳， 其轴向承载能力 最弱， 轴心力角和 /或反轴心力角等于和 /或小于 127°且大于 0°， 则圆锥副处于自 锁性弱和 /或不具自锁性区间， 轴心力角和 /或反轴心力角趋向于向无限接近于 0° 方向变化， 则圆锥副的自锁性呈衰减趋势方向变化直至完 全不具自锁紧能力， 轴向承载能力呈增强趋势方向变化直至轴向承 载能力最强。

[0018] 当轴心力角和 /或反轴心力角小于 180°且大于 127°， 圆锥副处于强自定位状态， 容易达到内外圆锥体强自定位， 轴心力角和 /或反轴心力角无限接近于 180°时， 圆锥副的内外圆锥体自定位能力最强， 轴心力角和 /或反轴心力角等于和或小于 1 27°且大于 0°， 圆锥副处于弱自定位状态， 轴心力角和 /或反轴心力角趋向于向无 限接近于 0°方向变化， 则圆锥副的内外圆锥体相互自定位能力呈衰减 趋势方向变 化直至接近完全不具自定位能力。

[0019] 本双向锥形螺纹连接副， 较之申请人此前发明的单锥形体的单向锥形螺 纹只能 圆锥面单侧承载的不可逆性单侧双向包容的包 容与被包容关系， 双锥形体的双 向锥形螺纹的可逆性左右两侧双向包容， 可以做到圆锥面左侧承载和 /或圆锥面 右侧承载和 /或左侧圆锥面右侧圆锥面分别承载和 /或左侧圆锥面右侧圆锥面双向 同时承载， 更限制锥形孔与圆锥台体之间的无序自由度， 螺旋运动又让双向锥 形螺纹的螺栓与螺母连接结构获取了必须的有 序自由度， 有效合成了圆锥副与 螺纹副技术特点形成全新螺纹技术。

[0020] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母在使用时双向锥 形螺纹外螺纹的双向圆锥台体圆 锥面与双向锥形螺纹内螺纹的双向锥形孔圆锥 面相互配合。

[0021] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 其圆锥副的双向锥形体即圆锥台体和 /或锥形 孔并非任意锥度或者说任意锥角均可实现螺纹 连接副的自锁紧和 /或自定位， 上 述的内、 外圆锥体必须达到一定锥度或者说一定锥角， 所述的双向锥形螺纹的 螺栓与螺母连接结构才具备自锁性和自定位性 ， 所述的锥度包括上述内、 外螺 纹体的左侧锥度和右侧锥度， 上述的左侧锥度对应左侧锥角即第一锥角 ocl、 右 侧锥度对应右侧锥角即第二锥角 oc2, 上述的左侧锥度大于右侧锥度时， 优选地 ， 0° <第一锥角011 < 53°， 优选地， 第一锥角 al取值为 2°〜 40°， 个别特殊领域， 优选地， 53%第一锥角 al < 180°， 优选地， 第一锥角 al取值为 53°〜 90° ; 优选地 ， 0° <第二锥角012 < 53°， 优选地， 第二锥角 a2取值为 2°〜 40°。

[0022] 上述的左侧锥度小于右侧锥度时， 优选地， 0° <第一锥角011 < 53°， 优选地， 第一锥角 al取值为 2°〜 40° ; 优选地， 0° á第二锥角 a2 < 53°， 优选地， 第二锥角 al取值为 2°〜 40°， 个别特殊领域， 优选地， 53%第二锥角 a2 < 180°， 优选地， 第二锥角 a2取值为 53°〜 90°。

[0023] 上述的个别特殊领域， 是指自锁性要求低甚至不需要自锁性和 /或自定位性要 求弱和 /或轴向承载力要求高和 /或必须设置防抱死措施的传动连接等等螺纹� �接 应用领域。

[0024] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的外螺纹设置在柱状母体外表面形成螺栓 ， 其特征是， 所述的柱状母体有螺杆体， 所述的螺杆体外表面上有呈螺旋状分 布的圆锥台体， 所述的圆锥台体包括非对称双向圆锥台体， 所述的柱状母体可 以是实心或空心， 包括圆柱体和 /或非圆柱体等需要在其外表面加工螺纹的工� � 和物体， 包括圆柱表面和圆锥表面等非圆柱面等外表面 。

[0025] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的非对称双向圆锥台体即外螺纹， 其特征 是， 是由具有下底面相同且上顶面相同但锥高不同 的两个圆锥台体的下底面对 称并相向相互接合呈螺旋状而成螺纹且上顶面 处于双向圆锥台体的两端且形成 类橄榄状非对称双向锥形螺纹时包括分别与相 邻双向圆锥台体的上顶面相互接 合和 /或或将分别与相邻双向圆锥台体的上顶面相� �接合呈螺旋状而成螺纹， 所 述的外螺纹包括圆锥台体第一螺旋状圆锥面和 圆锥台体第二螺旋状圆锥面和外 螺旋线， 在通过螺纹轴线的截面内， 其完整单节非对称双向锥形外螺纹是中间 大且两端小的呈类橄榄状的特殊双向锥形几何 体， 所述的非对称双向圆锥台体 包括双向圆锥台体圆锥面， 其左侧圆锥面即圆锥台体第一螺旋状圆锥面的 两条 素线间的夹角为第一锥角 ocl， 圆锥台体第一螺旋状圆锥面形成左侧锥度且呈 左 向分布， 其右侧圆锥面即圆锥台体第二螺旋状圆锥面的 两条素线间的夹角为第 二锥角 oc2, 圆锥台体第二螺旋状圆锥面形成右侧锥度且呈 右向分布， 所述的第 一锥角 ocl与第二锥角 _a2 所对应锥度方向相反， 所述的素线是圆锥表面与通过圆 锥轴线的平面的交线， 所述的双向圆锥台体的圆锥台体第一螺旋状圆 锥面和圆 锥台体第二螺旋状圆锥面形成的形状与以重合 于柱状母体中轴线具有下底边相 同且上底边相同但直角边不同的两个直角梯形 的下底边对称并相向接合的直角 梯形结合体的直角边为回转中心周向匀速回转 且该直角梯形结合体同时沿柱状 母体中轴线匀速轴向移动而由直角梯形结合体 两条斜边形成的回旋体的螺旋外 侧面形状相同， 所述的直角梯形结合体是指具有下底边相同且 上底边相同但直 角边不同的两个直角梯形的下底边对称并相向 接合且上底边分别处于直角梯形 结合体两端的特殊几何体。

[0026] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的内螺纹设置在筒状母体内表面形成螺母 ， 其特征是， 所述的筒状母体有螺母体， 所述的螺母体内表面上有呈螺旋状分 布的锥形孔， 所述锥形孔包括非对称双向锥形孔， 所述的筒状母体包括圆筒体 和 /或非圆筒体等需要在其内表面加工内螺纹的� �件和物体， 所述的内表面包括 圆柱表面和圆锥表面等非圆柱表面等内表面几 何形状。

[0027] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的非对称双向锥形孔即内螺纹， 其特征是 ， 是由具有下底面相同且上顶面相同但锥高不同 的两个锥形孔下底面对称并相 向相互接合呈螺旋状而成螺纹且上顶面处于双 向锥形孔的两端且形成类橄榄状 非对称双向锥形螺纹时包括分别与相邻双向锥 形孔的上顶面相互接合和 /或或将 分别与相邻双向锥形孔的上顶面相互接合呈螺 旋状而成螺纹， 所述的内螺纹包 括锥形孔第一螺旋状圆锥面和锥形孔第二螺旋 状圆锥面和内螺旋线， 在通过螺 纹轴线的截面内， 其完整单节非对称双向锥形内螺纹是中间大且 两端小的呈类 橄榄状的特殊双向锥形几何体， 所述的非对称双向锥形孔包括双向锥形孔圆锥 面， 其左侧圆锥面即锥形孔第一螺旋状圆锥面的两 条素线形成的夹角为第一锥 角 ocl， 锥形孔第一螺旋状圆锥面形成左侧锥度且呈左 向分布， 其右侧圆锥面即 锥形孔第二螺旋状圆锥面的两条素线形成的夹 角为第二锥角 oc2, 锥形孔第二螺 旋状圆锥面形成右侧锥度且呈右向分布， 所述的第一锥角 ocl与第二锥角 oc2所对 应锥度方向相反， 所述的素线是圆锥表面与通过圆锥轴线的平面 的交线， 所述 的双向锥形孔的锥形孔第一螺旋状圆锥面和锥 形孔第二螺旋状圆锥面形成的形 状与以重合于筒状母体中轴线具有下底边相同 且上底边相同但直角边不同的两 个直角梯形的下底边对称并相向接合的直角梯 形结合体的直角边为回转中心周 向匀速回转且该直角梯形结合体同时沿筒状母 体中轴线匀速轴向移动而由直角 梯形结合体两条斜边形成的回旋体的螺旋外侧 面形状相同， 所述的直角梯形结 合体是指具有下底边相同且上底边相同但直角 边不同的两个直角梯形的下底边 对称并相向接合且上底边分别处于直角梯形结 合体两端的特殊几何体。

[0028] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构工作时 ， 与工件之间的关系包括刚性连 接和非刚性连接。 所述的刚性连接是指螺母支承面与工件支承面 互为支承面， 包括单螺母和双螺母等结构形式， 所述的非刚性连接是指两个螺母的相向侧面 端面互为支承面和 /或两个螺母的相向侧面端面之间有垫片则是� �接互为支承面 ， 主要应用于非刚性材料或传动件等非刚性连接 工件或要通过双螺母安装满足 需求等应用领域， 所述的工件是指包括工件在内的被连接物体， 所述的垫片是 指包括垫片的间隔物。

[0029] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 采取螺栓与双螺母连接结构且与被紧固工件的 关系是刚性连接时， 锥形螺纹支承面是不同的， 当筒状母体位于被紧固工件左 侧， 即被紧固工件的左侧端面、 筒状母体即左侧螺母体的右侧端面是左侧螺母 体与被紧固工件的锁紧支承面时， 左侧螺母体和柱状母体即螺杆体即螺栓的双 向锥形螺纹的右侧螺旋状圆锥面即锥形孔第二 螺旋状圆锥面和圆锥台体第二螺 旋状圆锥面是锥形螺纹支承面且锥形孔第二螺 旋状圆锥面与圆锥台体第二螺旋 状圆锥面互为支承面， 当筒状母体位于被紧固工件右侧， 即被紧固工件的右侧 端面、 筒状母体即右侧螺母体的左侧端面是右侧螺母 体与被紧固工件的锁紧支 承面时， 右侧螺母体和柱状母体即螺杆体即螺栓的双向 锥形螺纹的左侧螺旋状 圆锥面即锥形孔第一螺旋状圆锥面和圆锥台体 第一螺旋状圆锥面是锥形螺纹支 承面且锥形孔第一螺旋状圆锥面与圆锥台体第 一螺旋状圆锥面互为支承面。

[0030] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 采取螺栓与单螺母连接结构且与被紧固工件关 系是刚性连接时， 当螺栓六角头部位于左侧， 所述的筒状母体即螺母体即单螺 母位于被紧固工件的右侧， 螺栓与单螺母连接结构工作时， 工件的右侧端面、 螺母体的左侧端面是螺母体与被紧固工件的锁 紧支承面， 螺母体和柱状母体即 螺杆体即螺栓的双向锥形螺纹的左侧螺旋状圆 锥面即锥形孔第一螺旋状圆锥面 和圆锥台体第一螺旋状圆锥面是锥形螺纹支承 面且锥形孔第一螺旋状圆锥面与 圆锥台体第一螺旋状圆锥面互为支承面； 当螺栓六角头部位于右侧， 则所述的 筒状母体即螺母体即单螺母位于被紧固工件的 左侧， 螺栓与单螺母连接结构工 作时， 工件的左侧端面、 螺母体的右侧端面是螺母体与被紧固工件的锁 紧支承 面， 螺母体和柱状母体即螺杆体即螺栓的双向锥形 螺纹的右侧螺旋状圆锥面即 锥形孔第二螺旋状圆锥面和圆锥台体第二螺旋 状圆锥面是锥形螺纹支承面且锥 形孔第二螺旋状圆锥面与圆锥台体第二螺旋状 圆锥面互为支承面。

[0031] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 采取螺栓与双螺母的连接结构且与被紧固工件 的关系是非刚性连接时， 螺纹工作支承面即锥形螺纹支承面是不同的， 筒状母 体包括左侧螺母体与右侧螺母体， 左侧螺母体的右侧端面与右侧螺母体的左侧 端面相向直接接触并互为锁紧支承面， 当左侧螺母体的右侧端面是锁紧支承面 时， 左侧螺母体和柱状母体即螺杆体即螺栓的双向 锥形螺纹的右侧螺旋状圆锥 面即锥形孔第二螺旋状圆锥面和圆锥台体第二 螺旋状圆锥面是锥形螺纹支承面 且锥形孔第二螺旋状圆锥面与圆锥台体第二螺 旋状圆锥面互为支承面， 当右侧 螺母体的左侧端面是锁紧支承面时， 右侧螺母体和柱状母体即螺杆体即螺栓的 双向锥形螺纹的左侧螺旋状圆锥面即锥形孔第 一螺旋状圆锥面和圆锥台体第一 螺旋状圆锥面是锥形螺纹支承面且锥形孔第一 螺旋状圆锥面与圆锥台体第一螺 旋状圆锥面互为支承面。

[0032] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 采取螺栓与双螺母的连接结构且与被紧固工件 的关系是非刚性连接时， 螺纹工作支承面即锥形螺纹支承面是不同的， 筒状母 体包括左侧螺母体与右侧螺母体且两个筒状母 体即左侧螺母体与右侧螺母体之 间有垫片之类间隔物， 左侧螺母体的右侧端面与右侧螺母体的左侧端 面经垫片 而相向间接接触由此间接互为锁紧支承面， 当筒状母体位于垫片左侧即垫片的 左侧面、 左侧螺母体的右侧端面是左侧螺母体的锁紧支 承面时， 左侧螺母体和 柱状母体即螺杆体即螺栓的双向锥形螺纹的右 侧螺旋状圆锥面即锥形孔第二螺 旋状圆锥面和圆锥台体第二螺旋状圆锥面是锥 形螺纹支承面且锥形孔第二螺旋 状圆锥面与圆锥台体第二螺旋状圆锥面互为支 承面， 当筒状母体位于垫片右侧 即垫片的右侧面、 右侧螺母体的左侧端面是右侧螺母体的锁紧支 承面时， 右侧 螺母体和柱状母体即螺杆体即螺栓的双向锥形 螺纹的左侧螺旋状圆锥面即锥形 孔第一螺旋状圆锥面和圆锥台体第一螺旋状圆 锥面是锥形螺纹支承面且锥形孔 第一螺旋状圆锥面与圆锥台体第一螺旋状圆锥 面互为支承面。

[0033] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 采取螺栓与双螺母连接结构且与被紧固工件的 关系是非刚性连接时， 当位于内侧的筒状母体即与被紧固工件相邻的 螺母体已 经与柱状母体即螺杆体即螺栓有效结合在一起 即组成锥形螺纹连接副的内螺纹 与外螺纹有效抱合在一起， 位于外侧的筒状母体即与被紧固工件并不相邻 的螺 母体可以根据应用工况需要保持原状和 /或拆卸掉而只留一只螺母 （譬如对装备 轻量化有要求的或不需要双螺母来确保连接技 术可靠性等应用领域） ， 被拆除 螺母体不作为连接螺母使用而只是作为安装工 艺螺母使用， 所述的安装工艺螺 母内螺纹除了是采用双向锥形螺纹制造， 还可以是采用单向锥形螺纹以及可以 与锥形螺纹拧合的其他螺纹即包括三角形螺纹 、 梯形螺纹、 锯齿形螺纹等非锥 形螺纹的螺纹制造的螺母体， 确保连接技术可靠性前提， 所述的锥形螺纹连接 副是一种闭环紧固技术系统即锥形螺纹连接副 的内螺纹与外螺纹实现有效抱合 在一起后锥形螺纹连接副将自成独立技术系统 而不依赖于第三者的技术补偿来 确保连接技术系统的技术有效性即即便没有其 他物件的支持包括锥形螺纹连接 副与被紧固工件之间有间隙也不会影响锥形螺 纹连接副的有效性， 这将有利于 大大减轻装备重量， 去除无效载荷， 提升装备的有效载荷能力、 制动性能、 节 能减排等等技术需求， 这是当本双向锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构 的锥形螺 纹连接副与被紧固工件的关系无论是非刚性连 接还是刚性连接时所独具的而其 他螺纹技术不具备的螺纹技术优势。

[0034] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 传动连接时， 通过双向锥形孔与双向圆锥台体 的旋合连接， 双向承载， 当外螺纹与内螺纹组成螺纹副， 双向圆锥台体与双向 锥形孔之间必须要有游隙， 内螺纹与外螺纹之间若有油类等介质润滑， 将容易 形成承载油膜， 游隙有利于承载油膜形成， 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 应 用于传动连接相当于一组由一副和 /或数副滑动轴承组成的滑动轴承副， 即每一 节双向锥形内螺纹双向包容相对应一节双向锥 形外螺纹， 构成一副滑动轴承， 组成的滑动轴承数量根据应用工况调整， 即双向锥形内螺纹与双向锥形外螺纹 有效双向接合即有效双向接触抱合的包容与被 包容螺纹节数， 根据应用工况设 计， 通过双向锥形孔包容双向圆锥台体且径向、 轴向、 角向、 周向等多方向定 位， 优选地， 通过双向锥形孔包容双向圆锥台体且以径向、 周向的主定位辅之 于轴向、 角向的辅助定位进而形成内、 外圆锥体的多方向定位直至双向锥形孔 圆锥面与双向圆锥台体圆锥面抱合实现自定位 或直至定径过盈接触产生自锁， 构成一种特殊的圆锥副与螺纹副的合成技术， 确保锥形螺纹技术尤其是本双向 锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构传动连接精度 、 效率和可靠性。

[0035] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 紧固连接、 密封连接时， 其技术性能是通过双 向锥形孔与双向圆锥台体的旋合连接实现的， 即圆锥台体第一螺旋状圆锥面与 锥形孔第一螺旋状圆锥面定径直至过盈和 /或圆锥台体第二螺旋状圆锥面与锥形 孔第二螺旋状圆锥面定径直至过盈实现的， 根据应用工况， 达到一个方向承载 和 /或两个方向同时分别承载， 即双向圆锥台体与双向锥形孔在螺旋线的引导 下 内圆锥与外圆锥内外径定心直至锥形孔第一螺 旋状圆锥面与圆锥台体第一螺旋 状圆锥面抱合达到一个方向承载或两个方向同 时承载定径配合或直至定径过盈 接触和 /或锥形孔第二螺旋状圆锥面与圆锥台体第二� �旋状圆锥面抱合达到一个 方向承载或两个方向同时承载定径配合或直至 定径过盈接触， 即通过锥形内螺 纹双向内圆锥体包容锥形外螺纹双向外圆锥体 的自锁紧且径向、 轴向、 角向、 周向等多方向定位， 优选地， 通过双向锥形孔包容双向圆锥台体且以径向、 周 向的主定位辅之于轴向、 角向的辅助定位进而形成内、 外圆锥体的多方向定位 直至双向锥形孔圆锥面与双向圆锥台体圆锥面 抱合实现自定位或直至定径过盈 接触产生自锁， 构成一种特殊的圆锥副与螺纹副的合成技术， 确保锥形螺纹技 术尤其是本双向锥形螺纹的螺栓与螺母的效率 和可靠性， 从而实现机械机构连 接、 锁紧、 防松、 承载、 疲劳和密封等技术性能。

[0036] 因此， 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 传动精度效率高低、 承力能力大小、 自 锁之锁紧力大小、 防松能力大小、 密封性能好坏等技术性能与圆锥台体第一螺 旋状圆锥面及其形成的左侧锥度即第一锥角 ocl和圆锥台体第二螺旋状圆锥面及 其形成的右侧锥度即第二锥角 oc2和锥形孔第一螺旋状圆锥面及其形成的左侧 锥 度即第一锥角 ocl和锥形孔第二螺旋状圆锥面及其形成的右侧 锥度即第二锥角 0 _C 2 的大小有关。 柱状母体和筒状母体的材料材质摩擦系数、 加工质量、 应用工况 对圆锥配合也有一定影响。

[0037] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的直角梯形结合体匀速回转一周时 所述的直角梯形结合体轴向移动的距离为具有 下底边相同且上底边相同但直角 边不同的两个直角梯形的直角边之和的长度的 至少一倍。 该结构保证了圆锥台 体第一螺旋状圆锥面和圆锥台体第二螺旋状圆 锥面以及锥形孔第一螺旋状圆锥 面和锥形孔第二螺旋状圆锥面具有足够长度， 从而保证双向圆锥台体圆锥面与 双向锥形孔圆锥面配合时具有足够有效接触面 积和强度以及螺旋运动所需要的 效率。

[0038] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的直角梯形结合体匀速回转一周时 所述的直角梯形结合体轴向移动的距离等于具 有下底边相同且上底边相同但直 角边不同的两个直角梯形的直角边之和的长度 。 该结构保证了圆锥台体第一螺 旋状圆锥面和圆锥台体第二螺旋状圆锥面以及 锥形孔第一螺旋状圆锥面和锥形 孔第二螺旋状圆锥面具有足够长度， 从而保证双向圆锥台体圆锥面与双向锥形 孔圆锥面配合时具有足够有效接触面积和强度 以及螺旋运动所需要的效率。

[0039] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的圆锥台体第一螺旋状圆锥面和圆 锥台体第二螺旋状圆锥面均为连续螺旋面或非 连续螺旋面； 所述的锥形孔第一 螺旋状圆锥面和锥形孔第二螺旋状圆锥面均为 连续螺旋面或非连续螺旋面。

[0040] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述筒状母体连接孔旋入所述的柱状母 体的旋入端时， 有旋入方向要求， 即筒状母体连接孔不能反方向旋入。

[0041] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的柱状母体的一端设有尺寸大于柱 状母体外径的头部和 /或所述的柱状母体的一端和 /或两端都设有小于柱状母体螺 杆体的双向锥形外螺纹小径的头部， 所述的连接孔为设于螺母上的螺纹孔。 即 这里的柱状母体与头部连接为螺栓， 没有头部和 /或两端头部小于双向锥形外螺 纹小径的和 /或中间没有螺纹两端各有双向锥形外螺纹的� �螺柱， 连接孔设置在 螺母内。

[0042] 与现有的技术相比， 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构的优点 在于： 设计 合理， 结构简单， 通过内、 外圆锥同轴内外径定心形成的圆锥副双向承载 或定 径直至过盈配合来实现紧固和连接功能， 操作方便， 锁紧力大， 承力值大， 防 松性能良好， 传动效率和精度高， 机械密封效果好， 稳定性好， 能防止连接时 出现松脱现象， 具有自锁和自定位功能。

发明的有益效果

对附图的简要说明

附图说明

[0043] 图 1是本发明提供的实施例一的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹的螺栓与双螺母连接结构示意图。

[0044] 图 2是本发明提供的实施例一的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹外螺纹的螺栓及外螺纹完整单元体 螺纹结构示意图。

[0045] 图 3是本发明提供的实施例一的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹内螺纹的螺母体及内螺纹完整单元 体螺纹结构示意图。

[0046] 图 4是本发明提供的实施例二的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹的螺栓与单螺母连接结构示意图。

[0047] 图 5是本发明提供的实施例三的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹的螺栓与双螺母连接结构示意图。

[0048] 图 6是本发明提供的实施例三的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹的螺栓与双螺母 （中间有垫片） 连接结构示意图。

[0049] 图 7是本发明提供的实施例四的类橄榄状 （左侧锥度小于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹的螺栓与双螺母连接结构示意图。

[0050] 图 8是本发明提供的实施例四的类橄榄状 （左侧锥度小于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹外螺纹的螺栓及外螺纹完整单元体 螺纹结构示意图。

[0051] 图 9是本发明提供的实施例四的类橄榄状 （左侧锥度小于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹内螺纹的螺母体及内螺纹完整单元 体螺纹结构示意图。

[0052] 图 10是本发明提供的实施例五的包含有类橄榄状 （左侧锥度小于右侧锥度） 非 对称双向锥形螺纹与类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双向锥形螺纹 等两种类橄榄状非对称双向锥形外螺纹的螺栓 与类橄榄状非对称双向锥形螺纹 的双螺母混合组合的连接结构示意图。

[0053] 图 11是本发明提供的实施例五的单根螺杆体上包� ��有类橄榄状 （左侧锥度小于 右侧锥度） 与类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 等两种锥度结构形式的类橄 榄状非对称双向锥形螺纹外螺纹的螺栓及外螺 纹完整单元体螺纹结构示意图。

[0054] 图 12是本发明提供的实施例五的类橄榄状 （左侧锥度大于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹内螺纹的螺母体及内螺纹完整单元 体螺纹结构示意图。

[0055] 图 13是本发明提供的实施例五的类橄榄状 （左侧锥度小于右侧锥度） 非对称双 向锥形螺纹内螺纹的螺母体及内螺纹完整单元 体螺纹结构示意图。

[0056] 图 A是本发明背景技术中所涉及的“5见有螺纹技� ��的螺纹是圆柱或圆锥表面上的 斜面”的图示。

[0057] 图 B是本发明背景技术中所涉及的“5见有螺纹技� ��原理—斜面原理的斜面滑块 模型”的图示。

[0058] 图 C是本发明背景技术中所涉及的“5见有螺纹技� ��的螺纹升角”的图示。

[0059] 图中， 锥形螺纹 1、 筒状母体 2、 螺母体 21、 螺母体 22、 柱状母体 3、 螺杆体 31 、 光杆 20、 锥形孔 4、 双向锥形孔 41、 双向锥形孔圆锥面 42、 锥形孔第一螺旋状 圆锥面 421、 第一锥角 ocl、 锥形孔第二螺旋状圆锥面 422、 第二锥角 oc2、 内螺旋 线 5、 内螺纹 6、 圆锥台体 7、 双向圆锥台体 71、 双向圆锥台体圆锥面 72、 圆锥台 体第一螺旋状圆锥面 721、 第一锥角 ocl、 圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722、 第二 锥角 a2、 外螺旋线 8、 外螺纹 9、 类橄榄状 93、 左侧锥度 95、 右侧锥度 96、 左向 分布 97、 右向分布 98、 螺纹连接副和 /或螺纹副 10、 游隙 101、 锁紧支承面 111、 锁紧支承面 112、 锥形螺纹支承面 122、 锥形螺纹支承面 121、 工件 130、 圆锥轴 线 01、 螺纹轴线 02、 斜面体上的滑块 A、 斜面体 B、 重力 G、 重力沿着斜面分量 G 1、 摩擦力 F、 螺纹升角 q＞、 当量摩擦角 P、 传统外螺纹大径 d、 传统外螺纹小径 dl 、 传统外螺纹中径 d2。

发明实施例

具体实施方式

[0060] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一 步详细的说明。

[0061] 实施例一 [0062] 如图 1、 图 2、 图 3所示， 本实施例采取螺栓与双螺母连接结构， 包括呈螺旋状 分布于柱状母体 3外表面的双向圆锥台体 71和呈螺旋状分布于筒状母体 2内表面 的双向锥形孔 41， 即包括相互螺纹配合的外螺纹 9与内螺纹 6 , 内螺纹 6分布的是 呈螺旋状的双向锥形孔 41并以“非实体空间”形态存在、 外螺纹 9分布的是呈螺旋 状的双向圆锥台体 71并以“材料实体”形态存在， 内螺纹 6与外螺纹 9是包容件与被 包容件关系： 内螺纹 6与外螺纹 9是一节一节双向锥形几何体旋合套接在一起� � 合直至过盈配合， 即双向锥形孔 41一节一节包容双向圆锥台体 71， 双向包容限 制锥形孔 4与圆锥台体 7之间的无序自由度， 螺旋运动又让双向锥形螺纹的螺栓 与螺母的锥形螺纹连接副 10获取了必须的有序自由度， 有效合成了圆锥副与螺 纹副技术特点。

[0063] 本实施例中的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 锥形螺纹连接副 10所述的圆锥台体 7和 /或锥形孔 4达到一定锥度， 即组成圆锥副的圆锥体达到一定锥角， 所述的锥 形螺纹连接副 10才具备自锁性和自定位性， 所述的锥度包括左侧锥度 95和右侧 锥度 96 , 所述的锥角包括左侧锥角和右侧锥角， 本实施例中非对称双向锥形螺 纹 1是左侧锥度 95大于右侧锥度 96。 所述的左侧锥度 95对应左侧锥角即第一锥角 al , 优选地， 0° <第一锥角011 < 53°， 优选地， 第一锥角 al取值为 2°〜 40°， 个别 特殊领域， 即或不需要自锁性和 /或自定位性要求弱和 /或轴向承载力要求高的连 接应用领域， 优选地， 所述的 53%第一锥角 od < 180°， 优选地， 第一锥角 ocl取 值为 53°〜 90° ; 所述的右侧锥度 96对应右侧锥角即第二锥角 oc2, 优选地， 0° <第 二锥角 a2 < 53°， 优选地， 第二锥角 a2取值为 2°〜 40°。

[0064] 所述的外螺纹 9设置在柱状母体 3外表面， 其特征是， 所述的柱状母体 3有螺杆 体 31， 螺杆体 31外表面上有呈螺旋状分布的圆锥台体 7 , 圆锥台体 7包括非对称 双向圆锥台体 71， 所述的非对称双向圆锥台体 71是一种呈类橄榄状 93特殊双向 锥形几何体， 所述的柱状母体 3可以是实心或空心， 包括圆柱体、 圆锥体、 管体 等需要在其外表面加工外螺纹的工件和物体。

[0065] 所述的呈类橄榄状 93非对称双向圆锥台体 71， 其特征是， 是由具有下底面相同 且上顶面相同但锥高不同的两个圆锥台体的下 底面对称并相向接合而成且上顶 面处于双向圆锥台体 71的两端且形成非对称双向锥形螺纹 1时包括分别与相邻双 向圆锥台体 71的上顶面相互接合和 /或或将分别与相邻双向圆锥台体 71的上顶面 相互接合， 所述的圆锥台体 7外表面有非对称双向圆锥台体圆锥面 72, 所述的外 螺纹 9包括圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721和圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722和外 螺旋线 8 , 在通过螺纹轴线的截面内， 其完整单节非对称双向锥形外螺纹 9是中 间大两端小且左侧圆锥台体的锥度大于右侧圆 锥台体的锥度的呈类橄榄状 93的 特殊双向锥形几何体， 所述的非对称双向圆锥台体 71包括双向圆锥台体圆锥面 7 2, 其左侧圆锥面即圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721两条素线间的夹角为第一锥 角 ocl， 圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721形成左侧锥度 95且呈左向分布 97 , 其右侧 圆锥面即圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722两条素线间的夹角为第二锥角《2, 圆锥 台体第二螺旋状圆锥面 722形成右侧锥度 96且呈右向分布 98 , 所述的第一锥角 ocl 与第二锥角 oc2所对应锥度方向相反， 所述的素线是圆锥表面与通过圆锥轴线的 平面的交线， 所述的双向圆锥台体 71的圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721和圆锥台 体第二螺旋状圆锥面 722形成的形状与以重合于柱状母体 3中轴线具有下底边相 同且上底边相同但直角边不同的两个直角梯形 的下底边对称并相向接合的直角 梯形结合体的直角边为回转中心周向匀速回转 且该直角梯形结合体同时沿柱状 母体 3中轴线匀速轴向移动而由直角梯形结合体两� �斜边形成的回旋体的螺旋外 侧面形状相同， 所述的直角梯形结合体是指具有下底边相同且 上底边相同但直 角边不同的两个直角梯形的下底边对称并相向 接合且上底边分别处于直角梯形 结合体两端的特殊几何体。

[0066] 所述的内螺纹 6设置在筒状母体 2内表面， 其特征是， 所述的筒状母体 2包括螺 母体 21、 螺母体 22， 所述的螺母体 21、 螺母体 22内表面上有呈螺旋状分布的锥 形孔 4, 所述的锥形孔 4包括非对称双向锥形孔 41， 非对称双向锥形孔 41是一种 呈类橄榄状 93特殊双向锥形几何体， 筒状母体 2包括圆筒体和 /或非圆筒体等需要 在其内表面加工内螺纹的工件和物体。

[0067] 所述的呈类橄榄状 93非对称双向锥形孔 41， 其特征是， 是由具有下底面相同且 上顶面相同但锥高不同的两个锥形孔下底面对 称并相向接合而成且上顶面处于 双向锥形孔 41的两端且形成双向锥形螺纹 1时包括分别与相邻双向锥形孔 41的上 顶面相互接合和 /或或将分别与相邻双向锥形孔 41的上顶面相互接合， 所述的内 螺纹 6包括锥形孔第一螺旋状圆锥面 421和锥形孔第二螺旋状圆锥面 422和内螺旋 线 5 , 在通过螺纹轴线的截面内， 其完整单节非对称双向锥形内螺纹 6是中间大 两端小且左侧锥形孔锥度大于右侧锥形孔锥度 的呈类橄榄状 93的特殊双向锥形 几何体， 所述的双向锥形孔 41包括双向锥形孔圆锥面 42, 其左侧圆锥面即锥形 孔第一螺旋状圆锥面 421的两条素线形成的夹角为第一锥角 ocl， 锥形孔第一螺旋 状圆锥面 421形成左侧锥度 95且呈左向分布 97 , 其右侧圆锥面即锥形孔第二螺旋 状圆锥面 422的两条素线形成的夹角为第二锥角 oc2, 锥形孔第二螺旋状圆锥面 42 2形成右侧锥度 96且呈右向分布 98， 所述的第一锥角 a 1与第二锥角 a2所对应锥度 方向相反， 所述的素线是圆锥表面与通过圆锥轴线的平面 的交线， 所述的双向 锥形孔 41的锥形孔第一螺旋状圆锥面 421和锥形孔第二螺旋状圆锥面 422形成的 形状与以重合于筒状母体 2中轴线具有下底边相同且上底边相同但直角� �不同的 两个直角梯形的下底边对称并相向接合的直角 梯形结合体的直角边为回转中心 周向匀速回转且该直角梯形结合体同时沿筒状 母体 2中轴线匀速轴向移动而由直 角梯形结合体两条斜边形成的回旋体的螺旋外 侧面形状相同， 所述的直角梯形 结合体是指具有下底边相同且上底边相同但直 角边不同的两个直角梯形的下底 边对称并相向接合且上底边分别处于直角梯形 结合体两端的特殊几何体。

[0068] 本实施例采取的是螺栓与双螺母连接结构， 所述的双螺母包括螺母体 21和螺母 体 22， 螺母体 21位于被紧固工件 130的左侧， 螺母体 22位于被紧固工件 130的右 侧， 螺栓与双螺母工作时， 与被紧固工件 130之间的关系是刚性连接， 所述的刚 性连接是指螺母端面支承面与工件 130支承面互为支承面， 包括锁紧支承面 111 和锁紧支承面 112， 所述的工件 130是指包括工件 130在内的被连接物体。

[0069] 本实施例的螺纹工作支承面是不同的， 包括锥形螺纹支承面 121和锥形螺纹支 承面 122, 当筒状母体 2位于被紧固工件 130左侧， 即被紧固工件 130的左侧端面 、 筒状母体 2即左侧螺母体 21的右侧端面是左侧螺母体 21与被紧固工件 130的锁 紧支承面 111时， 左侧螺母体 21和柱状母体 3即螺杆体 31即螺栓的双向锥形螺纹 1 的右侧螺旋状圆锥面是螺纹工作支承面即锥形 孔第二螺旋状圆锥面 422和圆锥台 体第二螺旋状圆锥面 722是锥形螺纹支承面 122且锥形孔第二螺旋状圆锥面 422与 圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722互为支承面， 当筒状母体 2位于被紧固工件 130右 侧， 即被紧固工件 130的右侧端面、 筒状母体 2即右侧螺母体 22的左侧端面是右 侧螺母体 22与被紧固工件 130的锁紧支承面 112时， 右侧螺母体 22和柱状母体 3即 螺杆体 31即螺栓的双向锥形螺纹 1的左侧螺旋状圆锥面是螺纹工作支承面即锥� � 孔第一螺旋状圆锥面 421和圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721是锥形螺纹支承面 121 且锥形孔第一螺旋状圆锥面 421与圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721互为支承面。

[0070] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 传动连接时， 通过双向锥形孔 41与双向圆锥台 体 71的旋合连接， 双向承载， 双向圆锥台体 71与双向锥形孔 41之间必须要有游 隙 101， 游隙 101有利于承载油膜形成， 所述的锥形螺纹连接副 10相当于一组由 一副或数副滑动轴承组成的滑动轴承副， 即每一节双向锥形内螺纹 6双向包容相 对应一节双向锥形外螺纹 9 , 构成一副滑动轴承， 组成的滑动轴承数量根据应用 工况调整， 即双向锥形内螺纹 6与双向锥形外螺纹 9有效双向接合即有效双向接 触抱合的包容与被包容螺纹节数， 根据应用工况设计， 通过锥形孔 4双向包容圆 锥台体 7且径向、 轴向、 角向、 周向等多方向定位， 确保双向锥形螺纹传动连接 精度、 效率和可靠性。

[0071] 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 紧固连接、 密封连接时， 其技术性能是通过双 向锥形孔 41与双向圆锥台体 71的旋合连接实现的， 即圆锥台体第一螺旋状圆锥 面 721与锥形孔第一螺旋状圆锥面 421定径直至过盈和 /或圆锥台体第二螺旋状圆 锥面 722与锥形孔第二螺旋状圆锥面 422定径直至过盈实现的， 根据应用工况， 达到一个方向承载和 /或两个方向同时分别承载， 即双向圆锥台体 71与双向锥形 孔 41在螺旋线的引导下内圆锥与外圆锥内外径定� ��直至锥形孔第一螺旋状圆锥 面 421与圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721抱合直至过盈接触和 /或锥形孔第二螺旋 状圆锥面 422与圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722抱合直至过盈接触， 从而实现机 械机构连接、 锁紧、 防松、 承载、 疲劳和密封等技术性能。

[0072] 因此， 本实施例中的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 传动精度、 传动效率高低、 承力能力大小、 自锁之锁紧力大小、 防松能力大小、 密封性能好坏、 重复使用 性等技术性能与圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721及其形成的左向锥度 95即第一锥 角 ocl和圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722及其形成的右向锥度 96即第二锥角 oc2和锥 形孔第一螺旋状圆锥面 421及其形成的左向锥度 95即第一锥角 ocl和锥形孔第二螺 旋状圆锥面 422及其形成的右向锥度 96即第二锥角 oc2的大小有关。 柱状母体 3和 筒状母体 2的材料材质摩擦系数、 加工质量、 应用工况对圆锥配合也有一定影响

[0073] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的直角梯形结合体匀速回转一周时 所述的直角梯形结合体轴向移动的距离为具有 下底边相同且上底边相同但直角 边不同的两个直角梯形的直角边之和的长度的 至少一倍。 该结构保证了圆锥台 体第一螺旋状圆锥面 721和圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722以及锥形孔第一螺旋 状圆锥面 421和锥形孔第二螺旋状圆锥面 422具有足够长度， 从而保证双向圆锥 台体圆锥面 72与双向锥形孔圆锥面 42配合时具有足够有效接触面积和强度及螺 旋运动所需要的效率。

[0074] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的直角梯形结合体匀速回转一周时 所述的直角梯形结合体轴向移动的距离等于具 有下底边相同且上底边相同但直 角边不同的两个直角梯形的直角边之和的长度 。 该结构保证了圆锥台体第一螺 旋状圆锥面 721和圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722以及锥形孔第一螺旋状圆锥面 4 21和锥形孔第二螺旋状圆锥面 422具有足够长度， 从而保证双向圆锥台体圆锥面 72与双向锥形孔圆锥面 42配合时具有足够有效接触面积和强度以及螺� ��运动所 需要的效率。

[0075] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721 和圆锥台体第二螺旋状圆锥面 722均为连续螺旋面或非连续螺旋面； 所述的锥形 孔第一螺旋状圆锥面 421和锥形孔第二螺旋状圆锥面 422均为连续螺旋面或非连 续螺旋面。

[0076] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的筒状母体 2连接孔旋入所述的柱 状母体 3的旋入端时， 有旋入方向要求， 不能反方向旋入。

[0077] 在上述的双向锥形螺纹的螺栓与螺母， 所述的柱状母体 3的一端设有尺寸大于 柱状母体 3外径的头部和 /或所述的柱状母体 3的一端或两端都设有小于柱状母体 3 螺杆体 31的锥形螺纹外螺纹 9小径的头部， 所述的连接孔为设于螺母体 21上的螺 纹孔。 即这里的柱状母体 3与头部连接为螺栓， 没有头部和 /或两端头部小于双向 锥形外螺纹 9小径和 /的或中间没有螺纹两端各有双向锥形外螺纹 9的为螺柱， 连 接孔设置在螺母体 21内。

[0078] 与现有的技术相比， 本双向锥形螺纹的螺栓与螺母连接结构的锥形 螺纹连接副 10的优点在于： 设计合理， 结构简单， 通过内外圆锥形成的圆锥副定径直至过 盈配合来实现紧固和连接功能， 操作方便， 锁紧力大， 承力值大， 防松性能良 好， 传动效率和精度高， 机械密封效果好， 稳定性好， 能防止连接时出现松脱 现象， 具有自锁和自定位功能。

[0079] 实施例二

[0080] 如图 4所示， 本实施例的结构、 原理以及实施步骤与实施例一类似， 不同的地 方在于， 本实施例采取的是螺栓与单螺母连接结构且螺 栓体有大于螺杆体 31的 六角头部， 当螺栓六角头部位于左侧， 所述的筒状母体 2即螺母体 21即单螺母位 于被紧固工件 130的右侧， 本实施例的螺栓与单螺母连接结构工作时， 与被紧固 工件 130之间的关系同样是刚性连接， 所述的刚性连接是指螺母体 21端面与工件 130端面的相向端面互为支承面， 所述的支承面是锁紧支承面 111， 所述工件 130 是指包括工件 130在内的被连接物体。

[0081] 本实施例的螺纹工作支承面是锥形螺纹支承面 122， 即筒状母体 2即螺母体 21即 单螺母位于被紧固工件 130的右侧， 螺栓与单螺母连接结构工作时， 工件 130的 右侧端面、 螺母体 21的左侧端面是螺母体 21与被紧固工件 130的锁紧支承面 111 ， 螺母体 21和柱状母体 3即螺杆体 31即螺栓的双向锥形螺纹 1的左侧螺旋状圆锥 面是螺纹工作支承面即锥形孔第一螺旋状圆锥 面 421和圆锥台体第一螺旋状圆锥 面 721是锥形螺纹支承面 122且锥形孔第一螺旋状圆锥面 421与圆锥台体第一螺旋 状圆锥面 721互为支承面。

[0082] 本实施例中， 当螺栓六角头部位于右侧， 其结构、 原理以及实施步骤与本实施 例类似。

[0083] 实施例三

[0084] 如图 5、 图 6所示， 本实施例的结构、 原理以及实施步骤与实施例一类似， 不同 的地方在于， 双螺母与被紧固工件 130的位置关系不同， 所述的双螺母包括螺母 体 21和螺母体 22且螺栓体有大于螺杆体 31的六角头部， 当螺栓六角头部位于左 侧， 螺母体 21、 螺母体 22均位于被紧固工件 130的右侧， 螺栓与双螺母连接结构 工作时， 螺母体 21、 螺母体 22与被紧固工件 130之间的关系是非刚性连接， 所述 的非刚性连接是指两个螺母即螺母体 21、 螺母体 22的相向侧面端面互为支承面 ， 所述的支承面包括锁紧支承面 111和锁紧支承面 112, 主要应用于非刚性材料 或传动件等非刚性连接工件 130或要通过双螺母安装满足需求等应用领域。 所述 的工件 130是指包括工件 130在内的被连接物体。

[0085] 本实施例的螺纹工作支承面是不同的， 包括锥形螺纹支承面 121和锥形螺纹支 承面 122， 筒状母体 2包括左侧螺母体 21与右侧螺母体 22， 左侧螺母体 21的右侧 端面即锁紧支承面 111与右侧螺母体 22的左侧端面即锁紧支承面 112相向直接接 触并互为锁紧支承面， 当左侧螺母体 21的右侧端面是锁紧支承面 111时， 左侧螺 母体 21和柱状母体 3即螺杆体 31即螺栓的双向锥形螺纹 1的右侧螺旋状圆锥面是 螺纹工作支承面即锥形孔第二螺旋状圆锥面 422和圆锥台体第二螺旋状圆锥面 72 2是锥形螺纹支承面 122且锥形孔第二螺旋状圆锥面 422与圆锥台体第二螺旋状圆 锥面 722互为支承面， 当右侧螺母体 22的左侧端面是锁紧支承面 112时， 右侧螺 母体 22和柱状母体 3即螺杆体 31即螺栓的双向锥形螺纹 1的左侧螺旋状圆锥面是 螺纹工作支承面即锥形孔第一螺旋状圆锥面 421和圆锥台体第一螺旋状圆锥面 72 1是锥形螺纹支承面 121且锥形孔第一螺旋状圆锥面 421与圆锥台体第一螺旋状圆 锥面 721互为支承面。

[0086] 本实施例中， 当位于内侧的筒状母体 2即与被紧固工件 130相邻的螺母体 21已经 与柱状母体 3即螺杆体 31即螺栓有效结合在一起即组成锥形螺纹连接� �� 10的内螺 纹 6与外螺纹 9有效抱合在一起， 位于外侧的筒状母体 2即与被紧固工件 130不相 邻的螺母体 22可以根据应用工况需要保持原状和 /或拆卸掉而只留一只螺母 （譬 如当装备要求轻量化或不需要双螺母来确保连 接技术可靠性等应用领域） ， 被 拆除螺母体 22不作为连接螺母使用而只是作为安装工艺螺� ��使用， 所述的安装 工艺螺母内螺纹除了是采用双向锥形螺纹制造 ， 还可以是采用单向锥形螺纹以 及可以与锥形螺纹 i拧合的其他螺纹即包括三角形螺纹、 梯形螺纹、 锯齿形螺纹 等非锥形螺纹的螺纹制造的螺母体 22, 确保连接技术可靠性前提， 所述的锥形 螺纹连接副 10是一种闭环紧固技术系统即锥形螺纹连接副 10的内螺纹 6与外螺纹 9实现有效抱合在一起后锥形螺纹连接副 10将自成独立技术系统而不依赖于第三 者的技术补偿来确保连接技术系统的技术有效 性即即便没有其他物件的支持包 括锥形螺纹连接副 10与被紧固工件 130之间有间隙也不会影响锥形螺纹连接副 10 的有效性， 这将有利于大大减轻装备重量， 去除无效载荷， 提升装备的有效载 荷能力、 制动性能、 节能减排等等技术需求， 这是本双向锥形螺纹的螺栓与螺 母连接结构的锥形螺纹连接副 10与被紧固工件 130的关系无论是非刚性连接还是 刚性连接时所独具而其他螺纹技术不具备的螺 纹技术优势。

[0087] 本实施例中， 当螺母体 21、 螺母体 22之间有垫片， 其结构、 原理以及实施步骤 与本实施例类似。

[0088] 本实施例中， 当螺栓六角头部位于右侧， 则螺母体 21、 螺母体 22均位于被紧固 工件 130的左侧， 其结构、 原理以及实施步骤与本实施例类似。

[0089] 实施例四

[0090] 如图 7、 图 8、 图 9所示， 本实施例的结构、 原理以及实施步骤与实施例一、 实 施例二、 实施例三类似， 不同的地方在于， 本实施例中的非对称双向锥形螺纹 1 是左侧锥度 95小于右侧锥度 96， 优选地， 0° <第一锥角011 < 53°， 优选地， 第一 锥角 al取值为 2°〜 40° ; 优选地， 0° <第二锥角012 < 53°， 优选地， 第二锥角 a2取 值为 2°〜 40°， 个别特殊领域， 优选地， 53%第二锥角 a2 < 180°， 优选地， 第二 锥角 a2取值为 53°〜 90°。

[0091] 实施例五

[0092] 如图 10、 图 11、 图 12、 图 13所示， 本实施例的结构、 原理以及实施步骤与实施 例一、 实施例四类似， 不同的地方在于， 本实施例中的柱状母体 3上的螺杆体 31 包含两种类橄榄状 93非对称双向锥形螺纹 1的螺纹结构即螺杆体 31的非对称双向 锥形螺纹 1是包含左侧锥度 95小于右侧锥度 96与左侧锥度 95大于右侧锥度 96两种 锥度结构形式的类橄榄状 93非对称双向锥形螺纹外螺纹 9 , 螺杆体 31的位于光杆 20即非螺纹段左侧的螺纹段是类橄榄状 93左侧锥度 95大于右侧锥度 96的非对称 双向锥形外螺纹 9， 即外螺纹 9与位于工件 130左侧的筒状母体 2即螺母体 21相互 螺纹配合的螺纹段是类橄榄状 93非对称双向锥形外螺纹 9且左侧锥度 95大于右侧 锥度 96 , 螺杆体 31的位于光杆 20即非螺纹段右侧的螺纹段是类橄榄状 93左侧锥 度 95小于右侧锥度 96的非对称双向锥形外螺纹 9， 即外螺纹 9与位于工件 130右侧 的筒状母体 2即螺母体 22相互螺纹配合的螺纹段是类橄榄状 93非对称双向锥形外 螺纹 9且左侧锥度 95小于右侧锥度 96。

[0093] 本实施例的也可以采用包括位于工件 130左侧的筒状母体 2即螺母体 21内螺纹 6 是类橄榄状 93左侧锥度 95小于右侧锥度 96的非对称双向锥形内螺纹 6和位于工件 130右侧的筒状母体 2即螺母体 22内螺纹 6是类橄榄状 93左侧锥度 95大于右侧锥度 %的非对称双向锥形内螺纹 6 , 相应的， 上述的柱状母体 3的螺杆体 31的类橄榄 状 ₉₃ 非对称双向锥形螺纹 i也将包括两种锥度结构形式的类橄榄状 ₉₃ 非对称双向 锥形外螺纹 9 , 即包括位于螺杆体 31的光杆 20即非螺纹段左侧的螺纹段是类橄榄 状 93左侧锥度 95小于右侧锥度 96的非对称双向锥形外螺纹 9和位于螺杆体 31的光 杆 20即非螺纹段右侧的螺纹段是类橄榄状 93左侧锥度 95大于右侧锥度 96的非对 称双向锥形外螺纹 9， 即外螺纹 9与螺母体 21相互螺纹配合的螺杆体 31左侧螺纹 段是类橄榄状 93非对称双向锥形外螺纹 9且左侧锥度 95小于右侧锥度 96 , 外螺纹 9与螺母体 22相互螺纹配合的螺杆体 31右侧螺纹段是类橄榄状 93非对称双向锥形 外螺纹 9且左侧锥度 95大于右侧锥度 96， 其结构、 原理以及实施步骤与本实施例 类似。

[0094] 上述的螺栓与双螺母组合， 采用何种组合形式， 具体视应用需求而定。

[0095] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精 神作举例说明。 本发明所属技术 领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做 各种各样的修改或补充或采用类 似的方式替代， 但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利 要求书所定义的 范围。

[0096] 尽管本文较多地使用了锥形螺纹 1、 筒状母体 2、 螺母体 21、 螺母体 22、 柱状母 体 3、 螺杆体 31、 光杆 20、 锥形孔 4、 双向锥形孔 41、 双向锥形孔圆锥面 42、 锥 形孔第一螺旋状圆锥面 421、 第一锥角 ocl、 锥形孔第二螺旋状圆锥面 422、 第二 锥角 a2、 内螺旋线 5、 内螺纹 6、 圆锥台体 7、 双向圆锥台体 71、 双向圆锥台体圆 锥面 72、 圆锥台体第一螺旋状圆锥面 721、 第一锥角 ocl、 圆锥台体第二螺旋状圆 锥面 722、 第二锥角 a2、 外螺旋线 8、 外螺纹 9、 类橄榄状 93、 左侧锥度 95、 右侧 锥度 96、 左向分布 97、 右向分布 98、 螺纹连接副和 /或螺纹副 10、 游隙 101、 自锁 力、 自锁紧、 自定位、 压强、 圆锥轴线 01、 螺纹轴线 02、 镜像、 轴套、 轴、 单 锥形体、 双锥形体、 圆锥体、 内圆锥体、 锥孔、 外圆锥体、 锥体、 圆锥副、 螺 旋结构、 螺旋运动、 螺纹体、 完整单元体螺纹、 轴心力、 轴心力角、 反轴心力 、 反轴心力角、 向心力、 反向心力、 反向共线、 内应力、 双向力、 单向力、 滑 动轴承、 滑动轴承副、 锁紧支承面 111、 锁紧支承面 112、 锥形螺纹支承面 122、 锥形螺纹支承面 121、 非实体空间、 材料实体、 工件 130、 非刚性连接、 非刚性 材料、 传动件、 垫片等等术语， 但并不排除使用其它术语的可能性， 使用这些 术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的 本质， 把它们解释成任何一种附 加的限制都是与本发明精神相违背的。