CN1042853C - 具有螺纹装置的紧固组件 - Google Patents

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Abstract

一种紧固组件，它包括：具有一螺纹杆的螺纹装置，其中螺纹杆的螺纹牙顶有一在杆的轴线方向上不对称的表面轮廓，而且还包括一个对轴的轴线倾斜成一定角度的侧面部分；以及一紧固条片或薄板，其具有一突起部分，该部分上有一通孔，所述通孔具有一形成螺纹形状的螺旋形边缘，其形状和尺寸能与所述螺纹装置的螺纹杆构成螺旋啮合，其特征在于，突起部分沿着孔的形成螺纹形状的大体上整个边缘与螺纹装置的螺纹杆之螺牙的倾斜的侧面对应地倾斜。

Description

具有螺纹装置的紧固组件
本发明涉及紧固件，特别涉及具有螺纹装置的那种类型的紧固件。
有螺旋孔的金属薄板紧固件已是已知的并在工业生产中用于低扭矩紧固。这种型式的紧固件有时包括一大体上呈U形的夹片，夹片有两个相邻的臂片，两臂片之一上有一螺纹孔，用以配合包括一螺栓或螺钉的螺纹装置的螺纹杆，而另一臂片上有一供螺纹杆从中穿过的光孔。
美国专利US2172258揭示了一种具有螺纹装置的紧固件，其中的螺纹杆啮合在一紧固薄板或条片的孔内，当与螺纹装置啮合时，薄板或条片在所述孔附近变形。这种紧固件适于仅对螺纹装置施加相对较低力矩的场合。当力矩较高时，可能因为紧固条片或薄板的突起部分发生变曲变形，或因为螺牙从螺纹杆上剥离而造成该紧固件失效。
我们现已设想出一种改进的紧固件，其与现有技术的这种型式的紧固件相比更适用于要求较大扭紧力矩的应用场合。
本发明提供的紧固组件包括：
a)具有一螺纹杆的螺纹装置，其中螺纹杆的螺纹牙顶有一在杆的轴线方向上不对称的表面轮廓，而且还包括一个对轴的轴线倾斜成一定角度的侧面部分；以及
b)一紧固条片或薄板，其具有一突起部分，该部分上有一通孔，所述通孔具有一形成螺纹形状的螺旋形边缘，其形状和尺寸能与所述螺纹装置的螺纹杆构成螺旋啮合，而且其连续延伸成一圈大致完整的螺旋，突起部分上的通孔是预成形的，并且紧挨着通孔形成螺纹形状的边缘，其特征在于，突起部分沿着孔的形成螺纹形状的大体上整个边缘与螺纹装置的螺纹杆之螺牙的倾斜的侧面对应地倾斜。
除上述包括一螺纹装置和一紧固条片或薄板的紧固件的创造性组合之外，还应相信，本发明的螺纹装置具有新颖性。
可取的是，螺纹装置的螺纹牙顶的径向最外部分是基本上平的。
典型地，螺纹牙顶由各侧面部分构成，各侧面部分都可取地包括各自的基本上平的部分。
可取的是，各侧面部分分别对螺纹杆的轴线以不同的角度取向。有利的是，各侧面部分之一取向为大体上垂直于螺纹杆的轴线，而另一平的侧面部分则以一锐角，最好是在50°-70°范围内的锐角，倾斜于螺纹杆的轴线。合乎要求的是，螺纹牙顶的各侧面部分是由一相对于各侧面部分横向延伸的顶面部分来连接起来。
可取的是，取向为大体上垂直于螺纹杆的轴线的平的侧面部分在径向的延伸长度小于以一锐角相对于螺纹杆的轴线取向的平的部分的延伸长度。
可取的是，螺纹杆有一诸如螺栓或螺钉头之类的可拧动的端部或称头部，其可供施加一拧紧力矩。
典型地，在使用中，螺纹杆被穿过至少一个有孔的紧固对象(例如一个或多个板件)并由紧固条片或薄板予以固定在一定位置，而将各紧固对象夹固在螺纹杆的可拧动头部和紧固条片之间。
尤其可取的是，螺纹杆的螺纹顶径和根径之间的构成螺牙的材料的体积不小于而是大于螺纹杆螺纹顶径和根径之间相邻两螺牙之间的空间的体积。
典型地，这种螺纹装置和紧固条片或薄板两者之一或者更为理想的是两者都由金属制成。
有利的是，紧固条片或薄板包括一大体上呈“U”形的夹片，其具有从相接的腹部起彼此相邻地延伸的第一和第二臂片。典型地，紧固条片的具有螺纹孔的突起部分是设置在两臂片之一上。
典型地，紧固条片的突起部分上孔的形成螺纹形状的边缘至少沿其一部分是基本上螺旋形的。有利的是，形成螺纹形状的边缘的螺旋部分大致包括一圈完整的螺旋。典型地，形成螺纹形状的边缘的隔开一圈螺旋的两对应部分在轴向上隔开的距离大致等于螺纹杆的螺纹的螺距。
合乎需要的是，紧固条片的紧邻形成螺纹形状的孔的突起部分以同一角度连续地吻贴于螺纹杆螺牙的以锐角倾斜的平的侧面部分。
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步描述。其中，
图1是已有技术的一紧固件的部分剖视图；
图2是本发明的紧固件在使用状态去掉一部分后的视图；
图3是图2的紧固件所用的螺纹的说明性剖视图；
图4是图2的紧固件的紧固条片或薄板的一部分的剖视图；
图5是图2的紧固件的紧固条片或薄板的成形方法的说明性立体视图；
图6是实施本发明的、具有“U”形夹片的紧固件在使用状态去掉一部份后的立体图；
图7是本发明的紧固件的另一实施例的说明性剖视图，其螺纹装置的螺纹杆上用另一种形状的螺纹。
参见各附图，特别先参见图1，其示出的是一般被称为金属薄板螺纹紧固件的那种型式的紧固件的一部分。这种紧固件包括一螺栓或螺钉的螺纹杆2，其与一金属紧固条片或薄板3的突起部分上的一螺纹孔螺旋啮合。螺纹杆2的螺牙的表面轮廓典型地包括对称的“V”形的牙顶4和牙根5，诸如ISO公制螺纹或惠氏螺纹一般都是这样的。
孔的形成螺纹形状的边缘6大体上是螺旋形的并且啮合入所示的“V”形螺牙轮廓。一块被夹紧的薄板或板通常是夹在螺钉或螺栓的头部和紧固条片或薄板之间，螺纹杆穿过被夹紧的薄板或板上的孔并与紧固条片或薄板3上的螺纹孔螺纹啮合。
这种型式的紧固件典型地适用于那些对螺钉或螺栓施加较小扭矩的场合。如果扭矩超过规定的范围，紧固就会失效，其或者是由于紧固条片或薄板3的突起部分的折损(沿着线A、B)或者是由于螺纹杆2上的螺牙被剥落。
参见图2至图5，其中示出了本发明之改进的紧固件的第一实施例。总地以标号7表示的紧固件包括一具有螺纹杆9的螺钉或螺栓8，螺纹杆9与螺固条片或薄板13的突起部分12上的螺纹孔11的形成螺纹形状的边缘10螺旋啮合。在使用中，螺栓8旋紧在螺纹孔11中，以便将要夹紧的薄板或板21夹在螺栓头部14和紧固条片或薄板13之间。
参见图3，螺纹杆9的螺牙表面轮廓包括牙顶15和牙根16，它们的轮廓在杆9的轴线方向上是不对称的。牙顶15和牙根16在它们分别定义出螺纹的顶径a和根径b处分别有平的部分17和18。应注意到，平的部分17在轴向的长度(尺寸c)大于平的部分18在轴向的长度(尺寸d)。这个特点使得形成这样一种螺纹，其牙顶15的材料体积不同寻常地大于两个相邻牙顶之间的空间的体积，借以提高螺纹的剪切强度，从而可对螺纹施加较大的扭矩。牙顶15的侧面19和20分别为对轴线23的夹角为60°和与之相垂直。侧面19、20的这种角度取向的不同使螺纹杆在其轴线方向具有不对称的表面轮廓。
参见图4，螺固条片或薄板13大致类似于上文所述的已有技术中的紧固条片或薄板3。然而，应注意到，条片或薄板13的紧邻孔11的形成螺纹形状的边缘10的那一部分与螺纹杆9的侧面19倾斜角度相同(也是对杆9的轴线的角度为60°)。
已有技术的紧固条片在制造中存在的问题是很难使突起部分12、孔11和形成螺纹形状的边缘10的形状和尺寸一致。参见图5，本发明的紧固条片13在制造过程中可以首先在紧固条片或薄板13上冲制出孔11。孔11大致呈钥匙孔形，它包括一平面螺旋形(不象已有技术冲制出的孔那么圆)部分和一向外延伸的指形槽11a。接着，可以用两个形状互补的成形件22(只示出了一个)把孔11周围部分夹在中间使其塑性变形而形成突起部分12和形成螺纹形状的螺旋形边缘10。再接着，可将紧固条片切割至一定尺寸以适用于一定的应用场合，最后再变形加工成典型的“U”形条片。
对已有技术的紧固条片而言，在突起部分12上成形出螺纹孔11后需要对紧固条片材料进行硬化(用热处理或其它方法)。而对本发明的紧固条片来说，已经证实，不总是需要对紧固条片材料进行硬化。参见图6，其示出了本发明的一“U”形紧固件条片在使用中的情形。一对板件25、26被置于U形紧固件条片的两臂片13和13a之间，螺栓的螺纹杆8穿过臂片13a和板件25、26上的对准的孔，进而与臂片13的突起部分12上的螺纹孔螺纹啮合。随着拧转螺栓头部14，板25、26就被夹紧在两臂片13和13a之间。
参见图7，图中示出了本发明的紧固件的一种变型的实施例。在所示这一实施例中，紧固条片13的螺纹孔11和突起部分12和以上由图2到图6表示的紧固条片13的对应部分基本相同，并且螺纹杆的牙廓在轴线方向也是不对称的，但是螺纹杆9的牙廓却不同于图2到6所示的螺牙轮廓。在图7所示的实施例中，图3所示实施例的牙根18和侧面20之间的90°夹角被一个有角度的表面30替代了。在成形螺纹杆9的螺牙轮廓时，从杆上去除掉的材料较少，而且无需形成一90°的台肩(牙根18和侧面20之间)。这种螺纹牙廓使得制造较为简单，而且能够减轻由90°台肩造成的应力集中而提高结构强度，因此可以认为是一种改进。
以上的描述已经显示出本发明的紧固件能承受大大超过已有技术紧固件所能承受的扭矩，因而其适用于已有技术紧固件不能适用的更广泛的使用场合。例如，本发明的紧固件，除能用于替代已知的螺纹型紧固件之外，还可用于替代传统的螺栓/螺母型紧固件、螺栓/焊接螺母型紧固件等。
此外，用本发明的螺纹装置(如图2、3、6和7所示)进行的试验表明，这种螺纹装置可以用于代替一些应用场合中旋固于诸如木头、塑料、金属等材料内的传统的螺钉。在这些应用场合中，与已知的螺纹装置相比，本发明的螺纹装置已显示出其能承受较高的扭矩，而且具有其它一些改善的特征。

Claims (11)

1．一种紧固组件，它包括：
a)具有一螺纹杆(9)的螺纹装置，其中螺纹杆(9)的螺纹牙顶(15)有一在杆(9)的轴线方向上不对称的表面轮廓，而且还包括一个对轴(9)的轴线倾斜成一定角度的侧面部分(19)；以及
b)一紧固条片或薄板(13)，其具有一突起部分(12)，该部分上有一通孔(11)，所述通孔(11)具有一形成螺纹形状的螺旋形边缘(10)，其形状和尺寸能与所述螺纹装置的螺纹杆(9)构成螺旋啮合，而且其连续延伸成一圈大致完整的螺旋，突起部分(12)上的通孔(11)是预成形的，并且紧挨着通孔(11)形成螺纹形状的边缘(10)，其特征在于，突起部分(12)沿着孔(11)的形成螺纹形状的大体上整个边缘(10)与螺纹装置的螺纹杆(9)之螺牙的倾斜的侧面对应地倾斜。
2．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，预先成形的孔(11)具有一与形成螺纹形状的螺旋形边缘(10)相连的边缘部分。
3．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，螺纹杆(9)的螺纹牙顶(15)的径向最外部分是基本上平的。
4．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，螺纹杆(9)的螺纹牙顶(15)还包括另一侧面部分(20)。
5．如权利要求4所述的紧固件，其特征在于，构成螺牙的各侧面部分(19,20)相对于螺纹杆(9)的轴线各取不同的角度。
6．如权利要求5所述的紧固件，其特征在于，所述另一侧面部分(20)设置成基本上垂直于螺纹杆(9)的轴线。
7．如权利要求6所述的紧固件，其特征在于，取向为基本上垂直于螺纹杆(9)的轴线的侧面部分(20)在径向的延伸长度小于以一锐角倾斜于杆的轴线的侧面部分(19)的延伸长度。
8．如权利要求1-7中任一项所述的紧固件，其特征在于，螺纹杆(9)的螺纹顶径和根径(a,b)之间的形成螺牙之区域内的材料的体积大于螺纹杆(9)的螺纹顶径和根径之间相邻两螺牙部分(15)之间的空间的体积。
9．如权利要求1-7中任一项所述的紧固件，其特征在于，形成螺纹形状的边缘(10)的相隔为一个螺旋的两邻近部分在轴线方向上隔开的距离大致等于螺纹杆(9)的螺距。
10．如权利要求1-7中任一项所述的紧固件，其特征在于，在预成形突起部分(12)之前先在紧固条片或薄板(13)上成形出一个钥匙孔形的孔，然后再预成形为形成螺纹形状的孔(11)。
11．如权利要求10所述的紧固件，其特征在于，钥匙孔形的孔包括一平面螺线形的边缘部分和与之相连的一向外延伸的指状部分。
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