CN100416114C - 攻丝辅助固定元件和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种使用固定器(12)或者冲压的固定元件(10)和方法，它借助与自攻丝固定器(40)相接合来形成固定组件。固定元件(10)包括形成在没有螺纹的孔(22)的圆周的一部分内的一个或者多个凹槽(28)，该孔(22)设置在固定元件内。每个凹槽具有边缘(34)，该边缘具有与自攻丝固定器相同的螺旋角或者间距，它将接合该固定器以用作导向器，从而合适地把固定器对准在孔内。借助明显减少起动攻丝过程所需要的端负荷，凹槽还有助于在该元件内形成配合螺纹。
Description
发明领域
本发明涉及固定器和自攻丝固定器，该固定器使用模锻或者滚压成型方法来形成内部螺纹。更加具体地说，本发明涉及一种借助与自攻丝固定器相接合来形成固定器组件的固定元件和方法，该自攻丝固定器减少了起动攻丝过程所需要的端负荷，并且有助于合适地对准自攻丝固定器。
背景技术
自攻丝固定器如自攻丝螺钉或者螺栓分成两个粗分类。第一个是，它们在工件进入端设置有切削刃。第二个并且也是最常用的那种，它们如此设计，以致通过模锻操作把均匀负荷支承内螺纹形成到没有螺纹的固定器或者导向孔中。第一种固定器具有许多优点，其中最重要的一个优点是，它们全部形成小片，这些小片从主体上切割下来，它们被驱动到该主体中。其结果是，自攻丝固定器借助使导向孔内的螺纹曲线(pattern)进行变形来形成螺纹，这种固定器变成最流行的设计。这种固定器可以从各种各样的来源中得到并且与三小叶片或者三凸起的螺纹形成坯件(blank)设计相连地、以商标名为
来进行市场交易。
图1-2示出了现有技术的传统三凸起固定器。所有螺纹由于螺纹的小叶片而具有特征间距和直径，沿径向偏离轴的偏离量绕着圆周进行改变。通常地，标准螺纹直径和间距设置成中叶片型固定器，但是这些叶片趋于具有稍稍比标准螺纹直径大的直径。当固定器被驱动到合适尺寸大小的引导孔中以形成一致的内螺纹形状时，这使得这些叶片肯定形成相应的内螺纹。
当固定器旋转时，这些叶片接合引导孔(未示出)的内壁并且开始排出引导孔内的材料。在典型的自攻丝固定器中，具有螺纹的固定器设置有稳定区域和螺纹形成区域，该稳定区域在固定器轴的端部具有稳定螺纹，而螺纹形成区域沿着邻近稳定区域的固定器的轴具有相应的形成螺纹的螺纹。图1-2所示的稳定区域常常具有减小的直径，从而使它以相对垂直的方式安装在初始未攻丝孔中。螺纹形成区域常常具有倾斜的或者锥形的形状，该形状的直径在稳定区域和固定器的全直径主体之间线性增大。
现有技术中公知的结构常常设置有螺纹稳定区域和螺纹形成区域，其中在圆的外部高于全直径主体。在一个例子中，螺纹形成区域的圆的外部从邻近稳定区域的最高圆外部向着限定出全直径主体的下部圆外部逐渐变小。在另一个常常优选的实施例中，螺纹形成区域在圆的外部沿着它的整个轴向长度可以限定出接近不变的外形高度，以致在主体上过渡到特征低的圆外部。与每一个例子相结合，在稳定部分的高的圆外部和主体横截面处的高的圆外部之间具有不同。
当自攻丝固定器被驱动到没有攻丝的引导孔中时，形成螺纹的螺纹开始时遇到孔的侧壁。这些螺纹常常具有增大的外径和更高的圆外部。这样，这些小叶片可以逐渐地把增大的螺纹形成压力施加到引导孔中，直到每个所形成的内螺纹与第一全直径螺纹接触为止。第一全直径螺纹常常具有主体的其它部分的圆形外部。它在引导孔中把最后形成的每个螺纹设置成理想的形状。
自攻丝螺纹固定器在一些应用中常常是优选的，在这些应用中，可以使用金属螺钉，该金属螺钉硬于配合元件如坯件或者螺母的材料，通过该配合元件形成螺钉的无螺纹的孔。通常地，在孔内合适地形成内螺纹需要来自固定器的下置小叶片的许多锻模吹风。这个过程实质上在没有攻丝的引导孔或者固定器的柔软金属中形成了与自攻丝固定器的螺纹相一致的形状。需要足够数量的形成螺纹来完全这个过程。根据自攻丝固定器驱动到其中的金属的性质和硬度，常常需要相对较高的驱动扭矩，尤其在具有较大厚度的金属中更是如此。这常常导致，剥伤对驱动扭矩的比率相对较小。需要较高的驱动扭矩不仅产生了驱动性的一些问题，而且较小的驱动扭矩对剥伤扭矩的比率在装配线中限制了自动驱动器的使用。
公知的是，各自固定器的驱动扭矩由于存在润滑剂、材料硬度(固定器驱动到该材料中)的微小改变、孔尺寸大小的微小改变、固定器直径的微小改变及刀刃的钝度、或者来自处理如电镀的奇形或者损坏(具体地说是引导螺纹)而明显改变。类似地，包括配合螺纹的剥伤扭矩和固定器本身的失效扭矩在内的失效扭矩从一个固定器到下一个固定器明显不同。动力驱动器的离合器或者相关的机构每次都不依赖于以精确的相同扭矩来脱开。如果驱动器设置成刚好大于正常的驱动扭矩，这些变化中的任何一个引起驱动扭矩增大，传统的攻丝固定器不能完全被驱动，并且导致松散的装配。如果驱动器离合器如此调整，以致产生了更大的驱动扭矩，以克服这些困难，那么传统的攻丝固定器被过度驱动，从而导致剥伤螺纹或者破裂固定器，螺纹的剥伤和固定器的破裂中的任何一种将导致费用增加并且延迟了装配线，同时需要进行修理或者更换。
还公知的是，在许多情况下，自攻丝工作的效率和使用是有问题的，尤其是由于，在每次工作的开始时，一定得借助传统使用的动力驱动工具来施加相当大的压力或者端负荷，从而使自攻丝螺钉合适地开始把它自己缠绕到限定出无螺纹的孔的圆柱形表面附近的材料中。这些力使得合适对准比较困难。当孔在原始时或者之后相对于从动的自攻丝固定器成一角度，从而固定器不能与孔的轴线完美对准时，这些困难可以遇到。其结果是，固定器永久地歪斜并且不能合适地落座。这可以是这样的情况：固定器的引导螺纹初始时稍稍奇形或者之后变成扭曲。
例如在孔轴线水平延伸并且自攻丝固定器与轴线相比从相对较高的位置驱动到相对较低的位置上时，这些问题是敏锐的。在许多情况下，在合适接合时设计成在孔内形成螺纹的自攻丝固定器的螺纹被破坏或者扭曲。如果最后的装配完全形成，那么它可以明显削弱保持特征，因为固定器本身的下侧被损坏，因此而被削弱。此外，整个固定器组件可以被削弱并且处于危险中。而且，竖起的或者歪斜的固定器头部可以使具有孔的结构件的表面粗糙化，因此它不能保持涂料，或者因此这种元件的厚度可以减少，因此，整个组件可以变得较弱。歪斜的螺钉头部外观也是不理想的。经常地，在这种情况下，新的固定器一定得被驱动到孔中，所形成的新孔或者该部分一定得全部被刮擦。
为了努力和克服这些缺点并且使该过程进行得更加快速，因此较高的圆外部(它聚中了由固定器下部小叶片所产生的吹风力)常常得到使用。在主全直径螺纹内使用较高的圆外部减少了一定得施加来形成螺纹的扭矩量。但是，小扭矩付出了很大的代价，因为一旦它被形成，那么它导致小直径的材料保持与内螺纹相接触。因此，这些固定器不能保持与多圆固定器一样多的负荷。这增大了在这种固定器系统中产生失效的机会。这种失效总体上由轴向拉出来产生，或者在使用更厚的螺母件时，产生破裂。此外，由于面积改变半径的平方，因此使用更大的圆形截面外部可以导致横截面面积明显减小，这降低了螺钉的失效极限。因此，自攻丝螺钉典型地使用圆形尺寸的外部，该圆形尺寸是在螺纹形成效率的最佳值和阻止失效的最佳值之间的折衷值。
自攻丝固定器的另一个缺点是，为了接合引导孔和开始形成螺纹，因此它们需要在初始时稍稍拉出从而不能合适地对准。例如，如果螺纹形成固定器不能与正常的螺纹螺栓和螺母的结合体一样开始于直线，那么这些螺纹不能合适地形成并且可以产生另外的问题，固定器被过分移动并且重新插入，因为横过螺纹或者额外的螺纹切口将导致相同的结果。没有对准地开始并且随后直起来是螺纹形成固定器的本身性质。为了实现这个，常常需要不良地施加较大的额外力矩来驱动固定器。在没有螺纹孔的一些铸件中，这导致铸件本身的破裂。
直到今天，人们付出更多的努力来改进自攻丝固定器如螺钉或者螺栓的几何结构，从而努力克服上述的问题，但是它们仍然留下明显的问题。由于在安装时绝大多数的自攻丝固定器设计成把均匀负荷支承内螺纹形成到没有攻丝的螺母件或者其它类似孔中，因此对没攻丝的孔的结构和几何形状没有给出相同的关注来解决这些问题。对没有螺纹的螺母或者配合型固定器的多数改进针对具有特殊结构的螺母进行，而特殊结构有助于对准将与自攻丝固定器相配合的螺钉或者螺栓。针对无螺纹的螺母型固定器的公知解决方案总体上涉及大量的、复杂的几何形状，这些形状从没有攻丝的侧壁向内伸出，并且所需要的驱动扭矩没有减少，并且笨重且制造费用高。
提出了许多解决方案，这些方案涉及固定元件设计成借助与自攻丝螺钉相接合来形成固定器组件。一种这样的结构提供了无螺纹的孔，该孔具有变化的直径和向内伸出的肋，该肋具有至少一个中断。但是，该肋基本上绕着360度的圆周进行延伸。这种结构在形成肋时相当复杂且费用高，并且还需要自攻丝固定器来除去或者形成通过肋本身的内螺纹。
另一种公知的与螺纹件一起使用的自攻丝固定器装置使用了整体上为螺旋形的肋，该肋由侧壁的材料形成，该肋从侧壁向内伸出。该肋螺旋形地进行倾斜，因此它的倾斜角度通常等于螺纹件上的螺纹的倾斜角度。该肋一定横越一部分无螺纹的孔的整个圆周。这种设计很复杂并且制造费用较高，并且也需要螺纹形成固定器来接合和切割向内伸出的螺旋形件的螺纹。这常常导致提高开始攻丝过程所需要的端负荷或者力并且使固定装置破裂。
从上面提出的现有技术的公知结构的缺点可以清楚地知道，需要改进与自攻丝固定器一起使用的无螺纹固定元件来克服这些缺点并且提供额外的优点。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种借助与自攻丝固定器相接合来形成固定器组件的固定元件和方法，它包括：实体，它具有无螺纹的、内部基本上是圆柱形的表面，该表面限定出具有轴线的孔，并且延伸通过所有或者部分的实体；及至少一个凹槽，优选地，该凹槽基本上为椭圆形结构，该结构从孔的一部分的顶部或者引导部分向内延伸孔。根据本的一些方面，凹槽绕着圆柱形内表面的圆周从大约1度到大于360度地进行延伸，在一些优选实施例中，从大约15度到大约360度。无螺纹的孔的凹槽的螺旋角或者间距特别地借助标准尺寸大小的自攻丝固定器来定尺寸从而进行接合。更加具体地说，无螺纹的孔的凹槽采用较窄的划线类线的形状，它具有平坦的、凹槽、圆形或者成角度的底部或者更宽的凹槽，该更宽的凹槽大约等于或者大于自攻丝固定器的螺纹之间的距离。
某实施例的另一方面提供了若干凹槽，这些凹槽的总延伸量小于无螺纹的孔的整个360度的圆周。与所使用的凹槽的类型和数目无关，所有凹槽只在很小的深度中延伸到螺纹孔的内表面中，并且在大多数的情况下，明显小于自攻丝固定器所形成的螺纹的深度。
设置在无螺纹的孔的内表面上的凹槽在初始时也可以起着自攻丝固定器的导向器和对准装置的作用。在装配时，当自攻丝固定器通过凹槽并且在孔内没有凹槽形成螺纹的情况下接合该部分的无螺纹的孔时，起动攻丝过程所需要的端负荷或者力明显减少了。其结果是，自攻丝固定器的驱动扭矩和失效扭矩之间的差值明显得到改变，因此导致失效更少，且明显减少了危险，同时有助于监视合适的对准。
因此，本发明的主要目的是提供一种借助与上述自攻丝固定器相接合来形成固定器组件的新的、改进的固定元件，它有助于对准固定器和/或减少起动在元件中形成螺纹所需要的端负荷。
附图说明
结合附图，各种实施例的下面详细描述使得本发明的这些和其它方面和目的更好理解，其中：
图1是已经讨论过的现有技术的自攻丝固定器的侧视图；
图2是已经讨论过的图1的固定器的前端视图；
图3是本发明的一个实施例的透视图；
图4是沿着图3的线4-4所截取的横剖视图；
图4A是沿着图3的线4A-4A所截取的横剖视图；
图5是本发明的另一个实施例的透视图；
图6是沿着图5的线6-6所截取的横剖视图；
图6A是图6的一部分的分解图；
图7是本发明另一个替换实施例的透视图；
图7A是图7的一部分的分解图；
图8是本发明的替换实施例的横剖视图；
图9A是与自攻丝固定器相结合的、本发明的实施例的局部横剖视图；
图9B是图9A的一部分的分解视图；
图9C是与自攻丝固定器相结合的、本发明实施例的局部横剖视图；
图9D是图9B所示的那个的替换实施例的分解视图；
图10是用来测量本发明各个实施例的端负荷和驱动扭矩值的实验装置；
图11是本发明的另一个替换实施例的横剖视图；
图11A是图11的一部分的分解视图；
图12是本发明的另一个替换实施例的局部横剖视图；
图13是本发明的另一个替换实施例的横剖视图；
图13A是图13的一部分的分解视图；
图14是本发明的另一个替换实施例的横剖视图；
图15是本发明的另一个替换实施例的横剖视图；
图15A是图15所示的那个的替换实施例的几何形状的分解视图；
图15B是图15所示的那个的另一个替换实施例的几何形状的分解视图；
图16A是本发明的替换实施例的局部透视图；
图16B是本发明的另一个替换实施例的局部透视图；
图16C是本发明的另一个替换实施例的局部透视图。
具体实施方式
参照附图，尤其参照图3-4A和9A-D，它们示出了总体上用10来表示的、本发明的固定元件的一个实施例。在这个特殊实施例中，本发明的固定元件呈具有导向器14的焊接螺母12的形状。应该知道，本发明的结构和原理通常不局限于焊接螺母、具有导向器的固定器或者螺母，这个实施例只是本发明的示例，借助在螺母攻丝过程中与自攻丝固定器或者丝锥相接合，该示例可以与固定器或者铸件中的所有无螺纹孔的方式一起进行使用，而这些固定器或者铸件具有形成于其中的内螺纹。借助与所有自攻丝固定器如螺钉、螺栓、双头螺栓和具有各种各样的不同结构的类似物相接合，本发明的固定元件也可以形成固定器组件。固定元件和自攻丝固定器的附图和描述是示例性的，而不是限制性的。
图3所示的固定元件10具有导向器14，该导向器从它的顶部15向上延伸。导向器14的特征在于区域16内的角度引导部分，该区域16设置成绕着它的内圆周。元件10的非引导端18在区域20内也具有成角度的或者圆形的引导部分，孔22设置在区域16和20内的相应引导部分之间，该孔22延伸通过元件10的整个主体24。例如在铸件的盲孔的情况下，该孔不会延伸通过整个主体。孔22的内表面26是非螺纹的。除了邻近导向器14的区域16中的引导部分的圆周的小部分之外，孔22的直径是连续的并且没有中断。
为了有利于自攻丝固定器进入到元件10的孔22中并且减少开始攻丝过程所需要的端负载，因此在区域16的引导部分附近的孔22中设置了一个或者多个凹槽28。在图3-4A所示的实施例中，元件10使用了一个凹槽28，该凹槽在小于孔22的整个圆周上进行延伸。对于普通的右旋螺纹的固定器而言，凹槽28沿着轴向逐渐变小，其中最薄的部分邻近引导端30，最厚的部分邻近凹槽28的后端32。优选地，端部30和32终止于螺旋面上。同样地，底边缘34优选地具有螺旋角或者间距，该间距优选地等于固定器上的螺纹间距，该元件用来与该固定器一起使用。边缘34可以是平坦的或者成角度的，如图9B和9D所示一样。该边缘也可以具有螺旋角或者间距，但是该间距不等于固定器上的螺纹间距，该元件与该固定器一起使用。在这些情况下，可以得到类似的有利结果即减少了端负荷，但是，对准自攻丝固定器的优点常常没有那么高。
凹槽深度从形成在孔22中的螺纹最后深度的一小部分改变到最大深度，该最大深度等于螺纹深度或者固定器的最大和最小直径之间的差值。优选地，凹槽28的深度大于0但是小于形成在孔22中的最后螺纹的深度，在最优选的情况下基本上小于形成在孔22中的最后螺纹的深度。与它的深度无关，总体凹槽的一个或者多个尺寸总是小于最后形成的螺纹。尽管不是必需的，但孔中的凹槽的深度优选为沿着它的长度基本不变。已发现，即使这样小的凹槽也能明显减少起动元件中的自攻丝固定器所需要的端负荷。还发现，即使对于稍稍奇形或者损坏的、位于自攻丝固定器上的引导螺纹(而这种奇形或者损坏的引导螺纹损害了对准)而言，这些凹槽也允许较小的端负荷，并且进一步给固定器进行导向以进行起动，因此在元件内完成了直线对准。
凹槽28的后端32可以终止，从而产生了如图3和4A所示的凹槽36。在一个替换方式中，凹槽在后端32从凹槽的整个深度返回到非螺纹孔的直径逐渐变小。凹槽绕着所述的元件沿着圆周方向延伸一个大约至少1度到大于360度的距离，最优选的是，大约15度到刚好小于360度。凹槽的底部38优选为所示出的平坦形，但是也可以设置成成角度的、锥形的或者圆形的结构(如图6A、11A和12所示)。此外，优选的是，凹槽28的引导端30开始于区域16中的引导部分。在某个替换实施例中，引导端30开始于区域16中的引导部分附近或者开始于没有该区域的引导部分的孔。凹槽在后端32的最宽部分的轴向长度可以向上延伸一个距离，在一些实施例中，该距离等于自攻丝固定器的相应牙顶之间的距离或者更大。这些凹槽借助各种公知方法如冷成形或者切割或者陷型模形成在孔22中。
现在，尤其参照图9A-D来讨论图3-4A所示的固定元件10的实施例的用途。元件10示成与总体上用40来表示的自攻丝螺栓相结合。这种三小叶片形的自攻丝螺栓是公知的，并且在商业上从各种来源来得到，它的商标名为
固定器40具有圆形的直径外观，三个凸起中的每一个具有从固定器的中心开始测量的、增大的半径，这个与图1-2所示的设计相类似。
特别参照图9A，两个这样的凸起42和44各自可以看见。固定器40在柄的端部处设置有稳定部分46。固定器40在这个部分的直径小于位于柄48的剩余部分上的直径。稳定部分46的减小的直径使得它可以以相对垂直的方式安装在未攻丝的导向孔中，而没有使它的外径接触元件10。固定器40也沿着它的基本上整个长度设置有连续的螺纹54，该螺纹54开始于轴的端部并且事实上延伸到柄48的整个长度上。沿着固定器柄48移离稳定部分46并且移向头部52，设置螺纹形成部分50。螺纹形成部分50具有这样直径的锥形，该直径在稳定部分46和全直径主体51之间增大。该螺纹具有用A来表示的、连续的螺旋角或者间距角。
当固定器40被驱动时，它沿着轴向运动通过导向器14并且部分地进入到孔22中。连续地轴向运动到孔22中，直到固定器的直径在螺纹形成部分50足够增大直到一部分螺纹54到达凹槽28的底边缘34为止。如前面所示一样，凹槽28的底边缘34优选地具有与固定器40相同的螺旋角或者间距。其结果是，一旦旋转固定器40的螺纹54接触边缘34，那么边缘34合适地起着导向器的作用，从而使固定器合适地对准合适的螺旋通道，以在元件10中形成配合螺纹。当固定器40与凹槽相接合地、连续地使螺纹54进行旋转时，一个凸起如凸起42将到达凹槽28的后端32。在这个位置上，固定器40借助使孔22和凹槽28进行变形来开始形成螺纹。
如后面将详细讨论的一样，已发现，凹槽28在后端32设置有凹槽或者锥形，从而确保当它开始在孔内形成螺纹时使固定器40合适地对准。还发现，这种凹槽也明显地减少了通过固定器形成螺纹所需要的端负荷力，因为固定器40的螺纹54的第一切口形成了凹槽或者锥形侧壁33，例如，如图4A所示，该侧壁与在现有技术中具有完全平坦表面的侧壁相反。这已被证明具有更多的优点，引导螺纹甚至只是稍稍的畸形或者损坏。一旦这些螺纹借助固定器40开始形成在元件10，那么凹槽28由完全形成的配合螺纹56来取代，如图9C所示一样。减少所需要的端负荷扭矩被证明是如此的明显，以致自攻丝固定器常常被手转到元件的这样位置上：在该位置上，固定器合适地对准并且充分地接合元件以防止脱开。还发现，如在本发明的各个实施例中所描述那样，使用一个或者多个凹槽对引导螺纹的性能没有负面影响，而这些引导螺纹借助自攻丝固定器而最后形成固定元件上。
在图5和6中，它们示出了总体上用10a来表示的固定元件的变形，该固定元件总体上与图3-4A所示的相类似，其中把后缀a加入到标号以表示相同的零件。在这个实施例中，凹槽28a与前面所描述的几何结构和形状稍稍不同。在这个实施例中，凹槽28a如前面所描述的那样又延伸到相同的圆周范围和深度中。尽管不是必需的，但是优选的是，它具有与用来形成螺纹的自攻丝固定器上的螺纹相同的螺旋角或者间距。但是，凹槽28a沿着螺旋线进行延伸，并且优选地沿着它的整个圆周长度具有基本上不变的宽度。这样，这个实施例的凹槽28a不会产生凹槽形横截面，该横截面沿着凹槽28a的整个长度上从区域16a的引导部分的顶部或者孔22a延伸到底边缘34a中。而，凹槽28a沿着孔的一部分圆周形成了槽，当引导端30a和后端32a之间的螺旋通道通过时，该孔渐增地移离区域16a中的引导部分。凹槽28a的宽度或者轴向长度优选地大于0并且小于最后形成的螺纹的宽度或者轴向长度。
如图6A所示，凹槽28a的底部38a优选地示出并且也可以成角度成接近最后的配合螺纹的形状，该形状在图中用虚线来示出，并且用56a来表示，它形成在孔22a内。在一个替换方式中，底部也可以圆形或者平坦的(参见图4A和12)。类似地，后端32a可以终止于与凹槽28a的剩余部分相同的深度上，或者可以逐渐变小返回到孔22a的表面中。在参照图5和6所示出和描述的所有实施例中，元件10a在使用时具有与参照图3-4A和9A-D所示实施例在前面进行描述的相同功能，并且可以得到相同的有利结果。
在图7和7A中，示出了总体上用10b来表示的固定装置的另一个变形，该固定装置总体上与图3-4A和9A-D所示的相同，其中把后缀b加入到标号中以表示相同的零件。在这个实施例中，凹槽28b在位于引导端30b和后端32b之间的长度上没有基本上不变的深度。而，凹槽28b的底部38b设置有两个分离部分，锥形部分58从引导端30b进行延伸并且延伸一个不变的深度。部分60从锥形部分58延伸到后端32b。部分58和部分60之间的过渡部分用图7A中的线X-X来表示。
在所示出的例子中，尽管这个部分与锥形部分的相对位置可以颠倒，但是锥形部分58是自攻丝固定器所遇到的第一部分。同样地，沿着凹槽28b的任何地方实际上产生了位于相应两个部分58和60之间的分开线，或者不变的部分58可以全部去掉，并且凹槽的深度沿着它的整个长度可以逐渐变小或者不变。在某些优选实施例中，深度不变的部分60开始于最大深度，并且在该部分的端部向着孔22b的表面26b逐渐变小。这个实施例可以使用这里所描述的其它实施例的结构零件。图7-7A所示的实施例的用途、性能和特性与在前面参照图3-6和9A-D所示的实施例所描述的这些相同或者基本相同。
图8示出了固定元件10c的另一个变型，该固定元件10c总体上与图3-4A和9A-D所示的那些相同，其中把后缀c加入到标号中以表示相同的零件。在这个特殊实施例中，在孔22c的圆周上可以设置多个凹槽，尽管在这个实施例中示出了两个凹槽，但是应该知道，也可以设置两个以上的凹槽。在最优选的实施例中，凹槽28c没有重叠。凹槽28c优选地绕着孔22c的圆周等距离地隔开。借助在这个实施例中使用多个凹槽，自攻丝固定器的螺纹设置有多个绕着孔22c的圆周进行接合和对准的位置。还优选的是，当使用多个凹槽时，所有凹槽的总圆周不超过360度。凹槽28c的结构和形状可以采用前面所描述的任何形状。同样地，形成在元件10c中的凹槽28c可以采用这里所描述的任何结构的形状，并且可以产生与前面所描述的那些相同的结果和优点。
在图11和11A中，整体上用10d来表示固定元件的变形，该固定元件总体上与图3-4A所示的那些相同，其中把后缀d加到标号中以表示相同的零件。在这个实施例中，凹槽28d具有稍稍不同的形状和几何结构，但是其它的与前面所描述的这些结构相同。在这个实施例中，凹槽28d是成角度的槽，该槽延伸超过360度的元件10d的圆周。尽管凹槽28d示成开始于区域16d的引导部分，但是它也可以开始于孔22d的内表面26d。
与其它前面所描述的实施例一样，凹槽的形状和长度可以改变较大，因为自攻丝固定器将形成或者改进和取代凹槽以与螺纹外形相配合。其结果是，如图11、11A和12所示一样，凹槽28d的形状或者外形可以从正常的60度成角度螺纹外形改变成圆形或者实际上改变成任何其它形状。72所示的虚线是边界区域，当自攻丝完成时，全成形螺纹将占住这些区域。
在图13-13A中，整体上用10e来表示固定元件的变形，该固定元件总体上与图3-4A所示的那些相同，其中把后缀e加入到标号中表示相同的零件。在这个实施例中，凹槽28e具有稍稍不同的形状和几何结构，但是其它部分与前面所描述的这些结构相同。在这个实施例中，一个或者多个凹槽28e设置有整体上矩形凹槽型的结构。侧壁74优选地以大约90度(或者大于或者小于90度)的角度从区域16e的引导部分和/或孔22e的内表面26e进行延伸。凹槽28e的深度不大于并且优选为小于最后形成的孔22e的螺纹深度。
底边缘34e的角度可以与自攻丝固定器的螺旋角度相同或者不同。每个这样的设计在对准自攻丝固定器时提供了至少一些优点并且允许它通过减小的端负荷来开始攻丝。涉及这个实施例的使用、性能、特性和结构的前面描述与前面所描述的这些实施例相同或者基本相同。
在图14中，整体上用10f来表示固定元件的变形，该固定元件总体上与图3-4A所示的那些相同，其中把后缀f加入到标号中以表示相同的零件。在这个实施例中，凹槽28f具有稍稍不同的形状和几何结构，但是其它部分与前面所描述的这些结构相同。在这个实施例中，凹槽28f沿着孔22f的一部分内表面26f采用塑性变形或者刮擦表面。凹槽28f可以采用圆形或者角度构造的形状，或者在表面26f中具有若干不同角度、边缘和/或孔穴。凹槽28f也延伸到区域16f中的引导部分中。凹槽28f的粗糙表面具有与自攻丝固定器所需要的对准和减少端负荷有关的类似优点。图14所示的实施例的使用、性能、特性和结构与这里所描述的其它实施例的这些相同。
现在，参照图15、15A-B和16A-C，示出了凹槽28的各种替换结构，这些结构被冷成形为固定装置10。尽管这些实施例示出了这些凹槽开始于区域中的相应引导部分，但是应该知道，这些凹槽也可以开始于孔22的相应的内表面26。
如图15A和15B所示一样，具有基本上是平坦的底部38的凹槽的外形可以从基本上是正方形的结构改变成具有更加平坦的、矩形结构的那种。类似地，图16A-C示出了具有成角度的底部38的凹槽28。这种结构可以不同于具有用X来表示的上部角度，该角度小于、等于或者大于90度。用Y来表示的下部角可以进行类似改变。
例子：
下面例子用来解释本发明的一些新特征和优点。尽管这些例子示出了本领域普通技术人员如何在本发明的范围内进行操纵，但是它们不能用来限制本发明的范围。进行一系列的实验来评价本发明固定元件的各种结构的性能。
参照图10，它示出了所使用的测试夹具，该测试夹具整体上用62来表示，它确定起动时所需要的负荷。被实验的每个固定元件10被放置在螺母固定件64中，该固定件沿着两个导轨66被可滑动地连接，从而允许与测力计68相接合。自攻丝固定器40放置在座中或者放置在驱动刀头上，该刀头整体上用69来表示，它安装在扭矩枪70上。然后，起动扭矩枪7，并且使扭矩枪7运动来与固定元件相接合，从而在其内形成配合螺纹。为每个固定元件测量所需要的端负荷。使自攻丝固定器对准在最后形成的、固定元件的螺纹中也得到了检查。
在所有的实验中，对没有凹槽的、没有螺纹的固定元件和具有各种凹槽的、本发明的固定元件进行实验。总体上，在螺母没有螺纹和没有任何凹槽的情况下，螺栓只是自旋并且不会起动车螺纹，直到施加逐渐增大的负荷或者力为止。这就是在前面称为端负荷。固定元件具有上述这些实施例中的一种类型的凹槽，当扭矩枪在实际没有所需要的端负荷情况下进行起动时，该固定元件允许螺栓立即起动车螺纹。用在这些例子中的所有自攻丝固定器的对准同样地一向直于驱动到没有凹槽的螺母中的这些。
例子1
在这个例子中，比较起动没有螺纹的螺母(它具有中心孔但没有任何凹槽)和本发明的具有一个凹槽和多个凹槽的螺母的攻丝过程所需要的力。这些凹槽的深度小于通过自攻丝固定器所最后形成的螺纹，并且具有与自攻丝固定器的螺纹相同的螺旋角或者间距。所使用的所有螺栓是三小叶片形螺栓。具有11.2mm的直径孔的这些螺母没有被攻丝。这些结果如下：
没有凹槽 一个凹槽 双凹槽
力/Lbs. 力/Lbs. 力/Lbs.
14.5 .5 .5
14.5 .5 .5
16.5 .5 .5
19.0 .5 .5
13.0 .5 平均.5Lbs.
18.5 .5
10.0 .8
10.0 .2
18.0 平均.5Lbs.
19.0
14.5
平均15.5Lbs.
如这些结果中所示出的一样，与没有任何这样凹槽的这些螺母相比，本发明的、具有一个或者多个凹槽的螺母连续地表明，起动攻丝过程所需要的力或者端负荷大大减少了。
例子2：
在这个实验中，所使用的所有螺栓也是M12×1.75小叶片螺栓。具有11.2mm的直径孔的、所使用的所有螺母没有攻丝。在下面所示出的螺母中形成各种各样的凹槽，相对于没有任何这种凹槽的螺母来进行测量。这些结果如下：
具有一些凹槽的螺母，其中这些凹槽在具有标准的M12
螺栓的螺母中切割出来
No. 圆周长度 端负荷(Lbs.)
1 90° 0.5
2 90° 0.5＊
3 90° 0.5
4 90° 1.0＊
5 90° 0.5
具有螺纹凹槽的螺母，其中螺纹凹槽在具有捕获点螺栓的螺母中滚压而成
No. 圆周长度 端负荷(Lbs.)
1 180° 0.5
2 180° 0.5＊
3 180° 0.5
4 180° 1.0
没有凹槽的螺母
No. 端负荷(Lbs.)
1 13.0
2 5.0
3 9.5＊
4 12.0
5 9.5＊
具有机加工出的凹槽的螺母
No. 圆周长度 端负荷(Lbs.)
1 270° .5
2 360° 1.0＊
3 360° 0.5
4 180° .5＊
＊所标出的螺栓具有弄平的引导螺纹
这些结果表明，本发明的具有凹槽的所有螺母与凹槽的类型和圆周范围无关，与没有任何这种凹槽的螺母相比，本发明的所有螺母起动攻丝过程所需要的端负荷大大减小。对于具有弄平的引导螺纹的螺栓而言也同样是正确的。
例子3：
进行第三个例子来试图测量在没有螺纹的螺母中所形成的一个凹槽型凹槽的效果，以比较这些凹槽在固定元件性能上的各种圆周长度的效果。所有这些凹槽的深度小于由自攻丝固定器所形成的最后螺纹。又使用了
三小叶片螺栓。这些结果如下：
具有一个凹槽的螺母
圆周长度 30° 60° 90° 120° 180° 270° 360°
1 1 1.5 0.5 0.5 0.5 1 0.5
2 1.5 2 0.5 0.5 0.5 2.5 0.5
3 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
4 0.5 1 1 0.5 0.5 0.5
5 0.5 0.5 0.5 1 0.5 0.5
没有凹槽的螺母
No.
1 13.5
2 9.5
3 6.5
所有上面这些值是起动自攻丝螺栓所需要的力的磅，也称为端负荷。在这个例子中，具有凹槽的螺母一向需要端负荷许多次，该端负荷小于没有凹槽的这些螺母以起动自攻丝螺栓。这是正确的，而与凹槽的圆周长度无关。
尽管在所示出的实施例中清楚地解释了本发明的原理，但是对于本领域的普通技术人员来讲显而易见的是，在本发明的实践中可以使用结构、布置、比例、元件、材料和零件的许多变型，这些变型特别适合于具体环境和操纵要求，而没有脱离这些原理。附加的权利要求用来覆盖和包括落入本发明的精神实质和范围内的一些和所有这些变型。
Claims (35)
1. 一种借助与自攻丝固定器相接合来形成固定器组件的固定元件，它包括：
主体，它具有无螺纹的、基本上是圆柱形的孔，该孔轴向延伸通过所述主体的一部分；及
位于所述孔内的凹槽，该凹槽的径向尺寸、周向尺寸和/或轴向尺寸小于借助自攻丝固定器来形成的螺纹，所述凹槽具有：第一端，它设置在所述孔的一端的附近；及第二端，所述凹槽还限定出导向器，用于安装所述自攻丝固定器的一部分螺纹，在所述螺纹的所述部分与所述导向器相接合时，该导向器减少了起动攻丝过程所需要的端负荷。
2. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽绕着所述孔沿着圆周方向延伸大约1度到小于360度。
3. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽沿着它的整个长度基本上具有相同的深度。
4. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的深度小于所述自攻丝固定器的螺纹深度。
5. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽具有基本上是平坦的侧壁。
6. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽具有成角度的侧壁。
7. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述孔完全延伸通过所述主体。
8. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽是螺旋形。
9. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽是螺旋形并且设置成与所述自攻丝固定器的螺纹基本相同的角度。
10. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽具有基本上圆形的侧壁。
11. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，在所述自攻丝固定器与所述凹槽相接合时，所述导向器有助于所述自攻丝固定器合适地轴向对准所述孔。
12. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽小于由自攻丝固定器所形成的螺纹并且至少是两维的。
13. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的所有尺寸小于由自攻丝固定器所形成的螺纹。
14. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽绕着所述孔沿着圆周方向延伸大约5度到大约180度。
15. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽绕着所述孔沿着圆周方向延伸大于360度。
16. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述第二端设置在与所述第一端相同的所述孔端部的附近。
17. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的深度沿着它的整个长度基本上不相同。
18. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的宽度沿着它的整个长度基本上不相同。
19. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，凹槽的宽度从所述第一端处的最小值增大到所述第二端上的最大值。
20. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽至少在所述第一和第二端中的一个上逐渐变小。
21. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述主体在从所述孔向外延伸的区域中具有引导部分，所述凹槽的所述第一端设置在区域的所述引导部分内。
22. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽还包括基本上是平坦的底边缘。
23. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽还包括成角度的底边缘。
24. 如权利要求23所述的固定元件，其特征在于，所述边缘具有基本上与所述自攻丝固定器的螺纹相同的角度。
25. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的所述第一和第二端中的至少一个基本上垂直于所述孔。
26. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二端基本上垂直于所述孔。
27. 如权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽使起动攻丝过程所需要的端负荷减少了至少50％。
28. 一种借助与自攻丝固定器相接合来形成固定器组件的固定元件，它包括：
主体，它具有无螺纹的、基本上是圆柱形的孔，该孔轴向延伸通过该主体的一部分；及
位于所述孔内的第一凹槽，该凹槽的径向尺寸、周向尺寸和/或轴向尺寸小于借助自攻丝固定器来形成的螺纹，所述第一凹槽具有：第一端，它设置在所述孔的一端的附近；及第二端，所述第一凹槽还限定出导向器，用于安装所述自攻丝固定器的一部分螺纹，在所述螺纹的所述部分与所述导向器相接合时，该导向器减少了起动攻丝过程所需要的端负荷；及
位于所述孔内的第二凹槽，该第二凹槽的径向尺寸、周向尺寸和/或轴向尺寸小于由自攻丝固定器所形成的螺纹。
29. 如权利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽的尺寸不同。
30. 如权利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽的尺寸相同，其中在接合时，所述第一和第二凹槽中的至少一个有助于所述自攻丝固定器在所述孔中合适地轴向对准。
31. 如权利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽绕着所述孔沿着圆周方向总共延伸小于360度。
32. 如权利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽绕着所述孔的圆周延伸大于360度。
33. 如权利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽相互平行。
34. 如权利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽相互不平行。
35. 一种借助把固定元件接合到自攻丝固定器中来形成固定器组件的方法，它包括：
提供固定元件，该固定元件具有：主体，该主体具有无螺纹的孔，该孔沿着轴向延伸通过所述主体的一部分；及凹槽，该凹槽的径向尺寸、周向尺寸和/或轴向尺寸小于借助自攻丝固定器来形成的螺纹，所述凹槽还限定出导向器，用于安装自攻丝固定器的一部分螺纹；
把一部分所述自攻丝固定器插入到所述孔中；
把力施加到所述自攻丝固定器中；
使自攻丝固定器的所述螺纹的一部分与所述凹槽相接合，因此减少了起动攻丝过程所需要的端负荷；及
连续地把力施加到所述自攻丝固定器上直到在所述无螺纹的孔中形成螺纹为止。
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