[发明专利]通过置入可纵向自变螺距的螺钉或螺杆在构件内产生系统的自应力分配

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧固构件，和/或使用螺钉或螺杆将力导入构件内的方法。该方法是借助螺钉或螺杆把第一部件固定在第二部件上。此外还涉及一种螺钉或螺杆的使用，一种使用所属计算机程序设计螺钉或螺杆的方法。此外，本发明还涉及螺钉或螺杆。

背景技术

在现有的技术水平下，螺钉或螺杆无非是用来连接构件，导入或导出构件内的载荷，或紧固构件。在所有这些应用中，连接中的复合应力演变对因连接所能达到的载荷水平的高度有决定性的影响。当然，复合应力的演变与其耦连的材质、构件和螺钉或螺杆的弹性系数及嵌入的长度都有关系。但就失灵载荷而言，通常起关键作用的是所出现的最大复合应力，它在构件与螺钉或螺杆间的最大延伸差区内可以调节。

发明内容

本发明的任务是改进构件与螺钉或螺杆之间的连接，以便在载荷较高时能达到比现有技术水平更安全、更有抵抗力的连接。

根据权利要求1或10所述的方法，其任务是解决根据权利要求16所述的螺钉或螺杆及权利要求13所述的应用这种螺钉或螺杆的方法。有关优点的进一步描述在所属的权利要求中都有说明。

按照本发明的一方面，说明了一种用来紧固构件和/或使用螺钉或螺杆向构件中导入力的方法。这种螺钉或螺杆有可变螺距的螺纹，以便在构件内产生自应力分配。它至少适于把构件承受载荷时出现在螺钉或螺杆与构件之间的复合应力中的最大值降低。螺钉或螺杆可以是自攻丝。

由于螺距可变，因此在把螺钉或螺杆拧入构件时，不仅是构件，连螺钉或螺杆都会产生预应力，也就是本文所说的“自应力”。这个自应力也就是一种仅通过可变螺距，而无须向构件施加外力而产生的应力。这个自应力在螺钉或螺杆与(还未载荷的)构件之间特别生成了一种复合力τ_ES。

因为自应力的这个复合应力τ_ES只能归因于可变的螺距，所以，通过适当的设计这种螺纹，在某些范围内就可自由地规定螺距。根据本发明，螺纹的设计应便于自应力的复合应力τ_ES有演变，它至少从截面上看要与构件受载荷时产生的‘正常’复合应力τ相悖。因此，仅与τ的最大值相比，可以明显地降低从τ与τ_ES重叠时生成的、有效的或组合的复合应力中的最大值。这样，只有在承受更高载荷时才会出现连接失灵的状况。

螺纹的具体形状必须与受载荷连接中所预期的应力演变匹配。在实践中，还可以不同的方式，根据它的组合性的程度差异加以变通。

首先，可为某个特定用途设计一个适用的螺纹。比如设计一个木质大厅屋面结构，在作静力计算时就要考虑在木梁(如夹板梁)中作加固处理。采用本发明，就可以通过在后面会详述的分析计算，或采用有限元法(FEM)的计算机模拟，为该加固螺钉计算出受载荷时出现的复合应力。然后就能够为每个局部出现的应力分配设计出近乎完美的螺纹，以此来降低复合应力中的峰值，使本发明的潜能发挥到极致。然而，几乎每个定制设计的紧固螺钉量产肯定小，同传统的标准紧固螺钉相比，会提高这种紧固螺钉的成本。

本发明的另一个变通是，可为比标准应用生产标准化的螺钉或螺杆。比如用于载荷导入的连接复合应力通常都是呈双曲线演变。从原理上说，它对所有的螺钉连接都一样。通常来说，即便是在构件边缘上，复合应力的最大值也会出现在载荷导入点上。那在弹性系数一样、连接长度短时，复合应力的另一个最大值也可能会出现在紧固螺钉的切入端域内。因在不同的应用中，复合应力的演变类似，所以就能为特定的材料组合(比如：钢/木，钢/轻金属，钢/塑料)设计出标准的螺纹形状。它虽不能在所有的应用中穷尽本发明的全部潜能，但基本会导致组合的复合应力。与使用常态螺距的通用螺纹相比，它的最大值有明显的降低。

比如用来导入载荷的标准螺纹的优选外形就规定了一个可拧入构件中与构件相连接的连接螺纹截面。它有拧入用的第一导入端和第二端。其中在比邻第二端的那个连接螺纹截面的半段中，螺距示出了第一个局部极值。有了第一局部极值，就涉及到在向构件中导入压力时的最高值；如果导入的是拉力，就涉及到最低值。由于这个局部极值靠近连接的第二端，即靠近构件的边缘，这个受载荷的复合应力已知的最大值在连接螺纹截面的第二端面上是可以降低的。这在后面会举例详述。

上述的连接螺纹截面是确定连接用螺纹的一部份，而且螺纹形状是通过它的长度发挥作用。如果连接螺纹截面的长度统一规格，那所谓的第一局部极值就优选在0.6至0.9之间，而距离第一端优选为0.7至0.85.