CN1049477C - 密配拧紧螺丝和扳手 - Google Patents

Abstract

一种用于密配拧紧对的螺丝，具有一叶形头或一叶形凹头，其中，每一叶片具有一大体在圆周方向上的表面和两个指向螺丝内部且大体平行的表面。螺丝具有与拧紧扳手作用的作用面。作用面在相邻两叶片之间的部分包括一对相互倾斜而形成一朝向螺丝外部的凹角的表面，其中之一形成第一正多角形侧面的一部分，另一个形成类似的第二正多角形的侧面的一部分。这种螺丝既可使用现有多角扳手，又可使用一种按本发明提供的相配的新颖叶形扳手。

Description

密配拧紧螺丝和扳手

本发明涉及可用于密配拧紧对的螺丝。本发明还涉及用来拧动所述螺丝的扳手。在密配拧紧对技术中，制成的螺丝与相应扳手的啮合面可有多种不同的形状，该啮合而可以是螺丝头的外表面，也可以是形成在螺丝头上的轴向凹座的侧面。

螺丝头最常见的形状为正方形、六角形、三角形、双正方形、双六角形、双三角形以及同样形状的凹座。但所有这些几何形状都是正多边形，因此可在任意角度位置上拧动螺丝。但在所有上述类型中，在拧紧螺丝时扳手与螺丝之间的作用面不在通过螺丝本身的转轴的径向平面中，由于在一定驱动转矩或扭力扳手装置的作用下从扳手传到螺丝上的拧紧力在接触点处的方向垂直于作用面，而有效拧紧力的方向与以螺丝轴线为中心且通过该接触点的圆周相切，即与所述径向平面垂直，因此作用面越是偏离径向平面，实际所能使用的有效拧紧力与所传导的拧紧力相比较就越小。

特别是，六角头或六角凹头的螺丝的拧紧效率很低(50％左右)。

为了提高这些拧紧对的效率，越来越多地使用横向开槽的螺丝，或无论如何使用这样的螺丝，其螺丝头包括多个(常常为六个)径向叶片或包括一叶形凹座，从而使作用面至少是部分地位于所述大体是径向的平面内。

具有叶形头的螺丝在拧紧或拧松时，为了在有效拧紧力方面获得很高效率，需要使用具有相配形状的扳手。

若无这类扳手，就很难拧紧或拧松所述螺丝。因此，叶片之间的凹座表面或叶形头的叶片的外表面做成如下形状：它们与一垂直于螺丝的平面的截线构成一假想的正多边形，从而在一时找不到与之相配的扳手时，可用一般扳手拧动螺丝，比方说，对于六叶片螺丝就可使用六角扳手。

此外，由于扳手与螺丝之间存在空程，在用多角扳手拧动叶形螺丝时，所述螺丝的叶形轮廓在叶片根部会因转角被压坏而发生变形，从而使相配扳手无法再次插入。

本发明的总目的是消除上述缺点，为此，提供一种具有易于用相配形状的扳手拧动的叶形头或叶形凹头螺丝，从而提高拧紧对的效率，而且该螺丝也可用一般多角扳手拧动，且此时的效率高于使用现有叶形螺丝的同类拧紧对所能获得的效率，同时，该螺丝的作用面的转角不会发生无法再使用的变形。

基于上述目的，本发明设计出一种用于密配拧紧对的螺丝，它具有一个沿螺丝的轴线方向尺寸基本恒定的叶形头或叶形凹头，其中，每一叶片形成有一个相对螺丝的轴线大体指向圆周方向的第一表面和两个相对螺丝的轴线指向内侧的大体平行的表面，所述螺丝具有一个用于拧紧扳手的作用面，所述作用面由形成叶片的表面和位于每一对相邻叶片之间的部分构成，作用面的每个位于两相邻叶片之间的部分具有一对相互倾斜形成一朝向螺丝外部的凹角的相交表面，使得在叶形凹头中，所述相交表面中的每一对的一个表面形成一个第一正多角形的侧面的一部分，而每一对的另一个表面形成一个类似的第二正多角形的侧面的一部分，所述多角形绕螺丝的轴线在角度上彼此错开，适用于构成用于一具有相同多角形轮廓的扳手的两组不同的作用面。

此外，还设计了一种其形状与本发明螺丝形状相配的拧紧扳手。它包括一与螺丝的作用面对应的作用面，所述作用面在两相邻叶片之间的部分由一对相互倾斜成一朝向该螺丝外部的凹角的表面构成。

为了更充分地理解本发明的新颖原理和它比现有技术的优越之处，下面结合附图以非限制性例子说明应用所述原理的本发明的一个可行的实施例。附图中：

图1为现有多角凹头螺丝及其扳手的平面图，表示该扳手与该螺丝之间的相互作用力；

图2为现有叶形凹头螺丝及其扳手的平面图，表示该扳手与该螺丝之间的相互作用力；

图3为称之为“六瓣”形现有叶形凹头螺丝及其扳手的平面图，表示该扳手与螺丝之间的相互作用力；

图4为本发明叶形凹头螺丝及其扳手的平面图，表示该扳手与螺丝之间的相互作用力；

图5为本发明叶形头螺丝及其扳手的平面图。

参看各附图，图1示出一标为10并包括多角凹座11的现有螺丝，一具有相配多角形的扳手12可插入该凹座中。螺丝10和扳手12分别具有表面13、14，在拧紧或拧松时互相啮合。

在把一转矩M加到该扳手上时，扳手与螺丝之间的所述空程使得扳手相对螺丝稍稍顺时针转动，从而在扳手与螺丝之间在靠近扳手转角处的非常有限区域(大致缩小成一直线)形成一作用面；一拧紧力F作用到该作用面上，它的方向与该作用面垂直。但这一拧紧力F一般由于该作用面不在径向上而无法全部用作有效拧紧力。

事实上，该拧紧力F可分解成两个分力Fr和Fu，它们分别位于一以螺丝轴线为中心且通过作用点的圆周的径向和切向上；所述分力分别为：

           Fr＝F cosα        Fu＝F sinα其中，α为接触面与所述通过力F的作用点的圆周的切线间的夹角。

显然可见，由于分力Fr根据其定义就是穿过螺丝转动中心的，因此它对扳手与螺丝之间的拧紧毫无作用。

因此拧紧作用只由分力Fu＝F sinα实现。

可以看到，由有效拧紧力Fu与从扳手传到螺丝上的拧紧力F之间的比值算得的拧紧对的效率只是接触面与力F的作用点的切向之间的夹角α的函数，该表面越是靠近所述切向，该效率越低，而当该接触面大致为径向时，效率达到最大。

特别地，对于α为30°的六角头(或六角凹头)螺丝来说，Fu＝F sin30°＝0.5F，因此效率为50％。

图2所示也是一现有螺丝20，它具有叶形凹头21，一具有相配叶形的扳手22可插入该凹头。与扳手22的啮合面包括叶片27的方向接近径向的侧面25、26，即所述侧面与力F的作用点处的切向成约90°角，因而有：

                   F＝Fu；结果，上述类型拧紧对具有很高效率，因为实际上从扳手传到螺丝上的整个力可用来拧紧或拧松螺丝，且这与叶片的数目无关。

若手边没有形状与螺丝头形状相配的叶形拧紧扳手，则可用与图1所示相同的多角扳手拧动所述螺丝，只要该多角扳手的边数与螺丝叶片数相同，图2中为六。

这一多角扳手在图2中用虚线表示。该多角扳手28与螺丝叶片27之间的连接面29在其转角处啮合，因此该拧紧对的效率视图1所示角度α的值而减小，在六角扳手的情况下为50％。因此当用六角扳手拧松用叶形扳手上紧的螺丝时，就要比使用所述叶形扳手拧松该螺丝时施加大得多的力。

此外，由于大直径与实际直径之间由规章所定的差别导致空程，而此空程使得扳手作用在叶片的侧面25、26与连接面29的交角上，因此把很大的拧紧力加于与叶形螺丝啮合的六角扳手上很容易损坏所述交角，甚至使叶形扳手无法再插入。

图3表示一种现有螺丝，它的头部有一(商标)名为“Torx”的特殊形状的叶形凹座16，这种特殊形状也叫作“六瓣形”。这种螺丝可用相配形状的扳手17拧动。

由于六瓣形的这种形状并由于扳手和螺丝之间存在空程，扳手拧动时，在扳手的外表面19与螺丝的相配内表面的啮合点处，表面18的切线在力F的作用点处形成一约为75°的角α。因此此时的有效拧紧力为：

              Fu＝F sin75°＝0.966F。

因此六瓣形的效率显然很高。但缺点是，这种六瓣形的特殊形状使力作用点在径向上的位置比叶片端部远更靠里。若所加转矩相同，所述力的杠杆臂的减小使得作用在扳手与螺丝之间的接触点上的力比普通叶形形状要大得多。而且，这一形状的另一个缺点是无法与现时使用的任何其它扳手形状相配，一旦急需而手边又没有六瓣形扳手时，就无法拧下或拧紧有关螺丝。

图4所示为本发明螺丝30；它的头部具有叶形凹座31，一具有叶形外形34的相配扳手32可插入该凹座31中。

在本发明的最常见实施例中，叶片37的数目为6。

螺丝30与扳手32在每一叶片37处的啮合面33包括一大致为圆周方向的表面37’和方向接近径向的两平行侧面35、36，从而在力F作用点处与切线方向形成一约90°的角，从而有效拧紧力接近扳手所施加的力，其效率接近100％。

本发明螺丝在每对相邻叶片37之间有两个形成扳手的作用面的表面38，39，它们互相倾斜成一在155°-165°之间或最好为160°的面向该螺丝外部的凹角。扳手与螺丝相配的对应部分用与螺丝部分的相同标记数表示，但在该标记数后加上字母“c”。因此该扳手包括由表面38c和39c相隔的叶片37c。表面38、39的由它们之间所成夹角大小确定的大小是这样的，每一表面38在该表面38与其相连表面39所成交角处的延长线与相邻对应表面38与对应叶片37的侧面35之间所成交角相交。作为其镜象，每一表面39在该表面39与其相连表面38所成交角处的延长线与相邻对应表面39与对应叶片37的侧面36所成交角相交。

换句话说，该对表面的每一表面与一假想平面相合，该假想平面延伸到相邻叶片的作用面中与此表面对应的表面与该叶片的侧面所成交角处的作用面上，如图4的虚线和点划线所清楚表示的那样。

按照本发明，之所以采用这种形状，是因为为了同时照顾到两个相反的要求，即在急需时，也可使用六角扳手40(拧紧位置用虚线表示，拧松位置用点划线表示)拧动本发明螺丝。事实上，如前所述，作用面38(用来拧紧)和39(用于拧松)偏离力F的作用点处的切线方向的角度越大，转矩的效率越高。因此，为了提高效率，应尽量增大所述偏斜角。

但是该角度太大会使表面38(或39)的延长线靠向相邻表面38、39所成交角，从而所述表面38(以及39)的啮合面变得过小，从而造成单位面积受力过大而损坏拧紧对。

因此，我们发现，按照本发明的表面38、39所成交角值，可获得足够高的效率，同时使扳手40和螺丝30之间的作用面面积尽可能大。

由于表面38、39之间的夹角约为160°；即表面38、39的偏斜角要比正六角凹座的表面39的偏斜角大约10°，因此在六角扳手在由规章确定的标称尺寸(图中表为S)和实际尺寸之间可存在差别(该差别为0.07-0.15mm)，从而使六角扳手的表面(不是其交角)抵靠在螺丝整个作用面38(或39)上。

这样就可避免力量集中在扳手和螺丝的很小接触面上。

为使受力均匀，叶形凹头螺丝的制作技术规定，与多角扳手相配的每一啮合面所对着的中心角与每一叶片所对着的中心角近似相等。因为啮合面33每次只有表面38(或39)受力，因此对于本发明螺丝来说，分别对着每一叶片37和每一表面38、39的中心角也应有大致相同的大小，特别地，在六角叶形凹头的情况下该中心角为18-22°，最好为20°。

因此，表面38、39的大小及其互成夹角一旦确定，叶片37的侧面35、36的尺寸也就得到确定，因为凹头的外径由规章定为六角扳手所述尺寸S的1.3-1.4倍。

如上所述，本发明的六角叶形凹头螺丝的每对表面38、39之间形成一朝向螺丝外部的凹角。该角度可在155°-165°范围内，最好为160°，这意味着，与图2所示六角叶形凹头相比较，表面38、39偏离切线方向的角度要大约7.5°-12.5°，所述角度α因而为37.5°-42.5°。按照公式

                    Fu＝F sinα，则本发明螺丝使用六角扳手所获得的有效拧紧力为传到螺丝上的力的61％-68％，因此其效率要比现有六角扳手-六角螺丝对高22-36％。而且该力施加在大得多的作用面上，从而螺丝损坏或发生永久变形的危险性大大减小。

因此显然可见，本发明的目的已经达到。事实上，已能制造出一种螺丝，它具有叶形凹座，它既能用一外形相配的扳手拧动而获得拧紧对的最大放率，又能用一般六角扳手拧动，且仍能获得比使用现有叶形螺丝时更高的效率。

显然，对应用本发明的发明原理的一实施例的上述说明只是例示性的，因此不得看成对后附权利要求书的本发明范围有所限制。

例如可把上述图示和说明的叶形凹头螺丝换成叶形头螺丝，而在扳手上做出凹座与之相配，尺寸和结构上的特征则保持不变。为清楚表示图5所示的这样一个实施例，同一或对应部用图4的标记数上再加上100表示。因此螺丝130具有叶形头131，该叶形头131可插入具有啮合面134的相配扳手132中。该叶形头131具有与叶片137相连的啮合面133，叶片137包括大致为圆周的表面137’和两侧面135、136。

对于每对相邻叶片137，都有与扳手132的相配面对应的作用面138、139。扳手与螺丝头相配的主要部分用相应标记后加字母“c”表示。因此，扳手上有为互成角度的表面138c和139c相隔的叶片137c。

在图5所示实施例中，有效拧紧力接近扳手所施加的力，其效率接近100％。

在图5所示实施例中，扳手显然可用直角型(Allen型)或盒型之类的手动或机动扳手。由于扳手必须与螺丝头相配，因此显然，螺丝头各表面的上速优选构造和不同的角度值也适用于相配的扳手。

Claims (8)

1.一种用于密配拧紧对的螺丝，它具有一个沿螺丝的轴线方向尺寸基本恒定的叶形头(131)或叶形凹头(31)，其中，每一叶片(37，137)形成有一个相对螺丝的轴线大体指向圆周方向的第一表面(37’，137’)和两个相对螺丝的轴线指向内侧的大体平行的表面(35，36，135，136)，所述螺丝具有一个用于拧紧扳手(32，132)的作用面(33，133)，所述作用面由形成叶片的表面和位于每一对相邻叶片之间的部分构成，其特征在于：所述作用面(33，133)的每个位于两相邻叶片之间的部分具有一对相互倾斜形成一朝向螺丝外部的凹角的相交表面(38，39，138，139)，使得在叶形凹头(31)中，所述相交表面中的每一对的一个表面(38)形成一个第一正多角形的侧面的一部分，而每一对的另一个表面(39)形成一个类似的第二正多角形的侧面的一部分，所述多角形绕螺丝的轴线在角度上彼此错开，适用于构成用于一具有相同多角形轮廓的扳手(40)的两组不同的作用面。

2.按权利要求1所述的螺丝，其特征在于，该螺丝具有6个叶片，所述凹角在155°-165°的范围内，最好为160°。

3.按权利要求1所述的螺丝，其特征在于，一个构成所述相交表面中的每一对的表面(38，39，138，139)之一的平面与夹在相邻叶片的相应的相邻表面(38，39，138，139)和侧表面(35，36，135，136)之间的边界角相交。

4.按权利要求2所述的螺丝，其特征在于，所述凹角顶点之间的距离(S)等于规章UNI5931所定的六角扳手的标称尺寸。

5.按权利要求2所述的螺丝，其特征在于，每一叶片(37，137)所对着的螺丝的圆心角在18-22°之间，最好为20°。

6.一种与权利要求1所述的螺丝的形状相配的叶形扳手，其特征在于，它包括一与螺丝的作用面(33，133)对应的作用面(34，134)，所述作用面(34，134)在两相邻叶片(37c，137c)之间的部分由一对相互倾斜成一朝向该螺丝外部的凹角的表面(38c，39c，138c，139c)构成。

7.按权利要求6所述的扳手，其特征在于，它具有六个叶片，所述凹角在155°-165°的之间，最好为160°

8.按权利要求7所述的扳手，其特征在于，每一叶片(37c，137c)所对着的扳手的圆心角在18-22°之间，最好为20°。

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