CN106402116A - 紧固件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及紧固件，其包括壳体、筒夹体和可平移的中央体。所述壳体被配置为接收所述筒夹体的一部分和所述可平移的中央体的一部分，其中所述筒夹体的另一部分和所述壳体的一部分设有工件接触表面。所述中央体穿过所述筒夹体内部孔的平移引起所述筒夹体的径向可移位部分的移位和/或会聚。这种平移可以由所述中央体相对于所述筒夹体的旋转产生。所述筒夹体的协同旋转基本被两部件防旋转特征——例如所述壳体内的非圆形孔与所述筒夹体的非圆形部分互补——所阻止，或者被所述筒夹体的延伸特征与所述壳体中形成的槽或凹槽的相互作用所阻止。

Description

紧固件
本申请是于2009年8月26日提交的名称为“临时紧固件”的发明专利申请200980142743.X的分案申请。
发明内容
本发明涉及临时紧固件(也被称为“平头(tack)”紧固件)，该临时紧固件用于将至少两个工件至少临时地保持在一起，其中所述紧固件的一部分被放置在于所述工件中形成的基本对准的洞(hole)或孔(bore)中。在这种配置中，最外面的工件被所述临时紧固件的部分直接地带入彼此压紧状态或通过任意中间工件被所述临时紧固件的部分带入彼此压紧状态。
根据本发明的紧固件包括一个壳体、一个筒夹(collet)体和一个可平移的中央体。所述壳体被配置为接收所述筒夹体的一部分和所述可平移的中央体的一部分，其中所述筒夹体的另一部分和所述壳体的一部分设有工件接触表面，并且其中所述可平移的中央体用于主动和/或被动地移位和/或会聚或恢复所述筒夹体的径向可移位的部分。
不同发明实施方案的筒夹体各自限定一个纵向轴线，并大体包括限定第一大体圆形开口的第一或远端端部和限定第二大体圆形开口的第二或近端端部。邻近所述第一端部的是第一壁部，其具有内表面、外表面，并且限定至少两个从所述第一端部纵向延伸的辅助槽(secondary slots)，从而创建至少两个柔性指状物。邻近所述第二端部的是具有内表面和外表面的第二壁部。
根据本发明实施方案的性质，柔性指状物的特征是在标称状态或静止状态(resting state)具有会聚的、扩散的或恒定的延续径向剖面。如本文使用的，术语“延续径向剖面(progressing radial profile)”指的是沿着一段筒夹体轴线测量到相关壁的外部周缘的一系列半径测量值。许多实施方案包括针对第一壁部(例如，指状物)具有会聚的延续径向剖面的筒夹体。该剖面最小化了必要的插入力，以确保筒夹体的第一或远端端部延伸经过最远端的工件，减少筒夹体磨损，减少或消除不期望的工件变形，以及增强紧固件从所述工件的可拆卸性。
除了前文所述，大体环形的突出物从所述第一壁部延伸，优选地在所述第一或远端端部。所述环形突出物包括引导面(leading face)和后部面(trailing face)，所述两个表面的特征都是被在所述筒夹体中形成的辅助槽分段，其中所述后表面包括在夹紧期间与工件受压接触的所述筒夹体的一部分。由于上文所表述的原因，会聚的延续径向剖面在其中所述环形突出物实质上从所述第一壁部的外表面延伸的那些实施方案中尤其有吸引力。
分隔所述筒夹体第一和第二壁部的可以是中间(mid)体部。具有特别长的行程或工作范围的本发明的紧固件实施方案也具有这样的中间体部，相对于可以不具有中间体部的具有短行程或工作长度的实施方案而言，该中间体部相对较长。筒夹体可以选择性地限定从所述第一端部优选地(尽管不是必须的)延伸到所述第二端部的主槽。根据实施方案，所述主槽可以是平行于所述筒夹体轴线、是线性的但倾斜于所述轴线或者是螺旋形的。
如上文所指，筒夹体材料的性质影响其性能。虽然筒夹体可以由多种材料制成，但是任何上述材料都具有记忆特性、可塑特性或二者的结合。记忆材料允许筒夹体的指状物的临时变形，直到变形力已经被去除，之后受影响的部分会回到其初始状态或尽可能地接近其初始状态。合适的记忆材料包括弹簧钢、塑料、复合材料等等。可塑材料会导致由施加至少一个力所产生的变形永久地改变被影响的筒夹体部的物理状态。合适的可塑材料包括特定的钢、铝及其合金、钛及其合金等等。组合材料会呈现混合反应，混合反应的性质主要取决于材料的组成和其使用环境。包括筒夹体的紧固件的预期应用总体上确定最期望的材料组成。
关于筒夹体的额外的公开文本，请参考国际申请No.WO2003-069971，该申请以参引方式被纳入本文。
依靠可平移的中央体的旋转实现筒夹体在所述壳体内的平移/往复运动的根据本发明的筒夹体还包括两部件防旋转装置(two part anti-rotation means)的第一部件(下文中“筒夹体ARM”具体指第一部件，并且“ARM”总体指代两个部件)。不同的ARM布置适合于抵抗所述筒夹体在所述壳体中的旋转；有效的筒夹体ARM仅需要使用当在所述壳体的至少一部分内旋转时受压地抵触所述壳体一部分的所述筒夹体的结构或者与所述筒夹体相关联的结构，以使得所述筒夹体的进一步旋转在紧固件的设计限制内是不可能的。
一系列实施方案依靠所述筒夹体的非圆形横截面部分的引入作为筒夹体ARM，例如(不)对称椭圆、或者规则或不规则多边形横截面。这种形式的一个简单示例是键(key)(突出物)和槽的布置，其中键可以位于筒夹的一部分上和槽形成在所述壳体中，或反之亦然。当然，可以使用多个键和槽。所述键的几何横截面可以是直线的、曲线的和/或多边形的。再者，当优选地是所述壳体的孔/洞在几何上与所述键布置互补时，仅需要所述孔/洞在旋转方面妨碍所述键布置，但是仍允许ARM的第一部件在第二部件中平移，如下文将描述的。因此，例如，在所述筒夹体上可以仅存在两个键特征，但是在所述壳体中形成四个槽。只要至少一个键特征用于防止所述筒夹体旋转，就被认为是合适的筒夹体ARM。
另一系列实施方案允许使用具有圆形周缘剖面的筒夹体，但是设有至少一个(并优选地两个)径向延伸的附件。这些附件或臂可被认为是“键”,但是通常自所述筒夹体具有足够的径向长度，从而需要在所述壳体中形成的穿透-壳体式的槽(through-body slot)，这些将在下文详细讨论。
在不同的发明实施方案中使用的壳体包括第一或远端端部和第二或近端端部——按惯例——以及外表面和内表面。给定壳体的内表面限定从所述近端端部延伸到所述远端端部的孔或洞，包括筒夹体ARM的筒夹体的一部分操作性地位于所述孔或洞中，并且被允许在其中轴向地往复运动。虽然不需要所述孔或洞从一个端部到另一个端部是恒定的横截面尺寸和/或几何形状，但是在本发明的许多实施方案中，这却是事实。在一系列实施方案中，所述壳体的内表面还限定两部件ARM的第二部件(下文中“壳体ARM”具体指第二部件)，而另一系列实施方案中的壳体的截面部分限定壳体ARM。
所述壳体还包括两部件平移制动装置(translation arrestingmeans)的第一部件(下文中“壳体TAM”具体指第一部件，并且“TAM”总体指代两个部件)，以防止所述筒夹体从所述壳体的至少一个端部的无意地脱离，其中所述筒夹体包括TAM的第二部件(下文中“筒夹体TAM”具体指第二部件)。壳体TAM大体包括限定直径小于所述筒夹体TAM的孔口的结构，所述筒夹体TAM在许多情况中包括筒夹体ARM。
最后，在不同的发明实施方案中发现的可平移的中央体被布置在所述壳体中，并且选择性地操作以影响所述筒夹体指状物的径向移位。每个可平移的中央体包括当向所述指状物轴向平移时接触指状物内侧表面的工作部，以及用于接收旋转和/或轴向力的驱动部，所述旋转和/或轴向力直接或间接导致所述工作部与所述筒夹体指状物接合或从所述筒夹体指状物缩回。
由于不同紧固件部件之间的相互作用，当所述中央体向着所述壳的远端端部移动时，发生由可平移的中央体导致的所述筒夹体指状物的径向移位。作为结果，所述可平移的中央体的驱动部被导致移动到所述壳体的洞/孔中。在完全平移处，许多发明实施方案仅具有暴露在所述壳体的第二或近端端部之外的所述中央体的最小部分。这种状态对于其中在工具侧上期望或要求具有最小紧固件高度的特定制造环境而言尤其有益。
如上文参考带有或不带有ARM的筒夹体所讨论的，根据本发明的任何给定紧固件的可平移的中央体可以受到外部的轴向或旋转施加的力，所述旋转施加的力通过与所述筒夹体或连接结构的螺纹部分的相互作用转变成轴向移动。这些力中的任一个导致可平移的中央体的工作部朝向或者远离所述筒夹体指状物移动。出于参考的目的，在本文中所述轴向施加的力涉及轴向地引起的所述可平移的中央体的平移，而在本文中所述旋转施加的力涉及旋转地引起的所述可平移的中央体的平移。
在轴向地引起的往复运动的紧固件实施方案中，没有必要在所述筒夹体和所述壳体之间设有ARM——轴向力被施加到所述可平移的中央体的驱动部，该轴向力使得所述中央体朝向所述筒夹体移动，因此导致这种轴向力应用的多个例子下的往复运动。然而，在这些发明实施方案中，有利的是具有用于将所述可平移的中央体恢复到其从所述筒夹体缩回的初始状态的偏压装置(因此确保所述中央体的工作部不与所述筒夹体指状物的内部表面接触，并且所述紧固件可立即供使用)。在许多实施方案中，该偏压装置包括压缩弹簧，其中所述压缩弹簧的一个端部作用在所述壳体的第二或远端端部，并且所述压缩弹簧的另一个端部作用在所述可平移的中央体，由此导致所述中央体自所述筒夹体允许的最大延伸。轴向力对所述可平移的中央体的应用与所述弹簧的偏压相反，由此导致弹簧压缩，并且允许所述可平移的中央体的工作部与所述筒夹体指状物的内部表面接合。
在旋转地引起的往复运动的紧固件实施方案中，所述可平移的中央体包括直接通过所述筒夹体上/中的互补结构或者间接通过到所述筒夹体的连接机构与所述筒夹体相互作用的螺纹部，借此，所述中央体的旋转导致所述筒夹体在所述壳体内的平移。如前文注意到的，旋转地引起的往复运动的实施方案有必要采用ARM，以使得所述可平移的中央体的旋转运动转化为所述筒夹体的轴向平移(以及反向旋转期间的往复运动)。在一系列旋转地引起的往复运动的实施方案中，所述筒夹体的内表面部分——通常在第二或近端端部处或者邻近第二或近端端部——限定螺纹，所述螺纹与在所述可平移的中央体上形成的螺纹部功能性互补。在另一系列实施方案中，螺纹元件(例如螺母或轴环)被牢固地固定到所述筒夹体的第二或近端端部。使用螺纹螺母的一个优势是外表面横截面剖面是多边形，这可以有益地作为筒夹体ARM以及筒夹体TAM。
已经大体上描述了一些发明实施方案的各种部件，这些部件的具体实施总体上归纳特征为一些形式，即，轴向地操作的实施方案和旋转地操作的实施方案，其中旋转地操作的实施方案具有内部ARM变型和外部ARM变型。本发明的每个形式相对于其他形式都具有其优势，但是它们都享有许多相同的核心部件。
内部ARM系列实施方案的大体特征为具有带有径向封闭内表面的壳体，其中所述内表面作为所述筒夹体ARM的反作用(reactive)结构(或者第二部件)。同样，所述内表面的内部表面几何形状(即，横截面几何形状)与所述筒夹体ARM充分互补，以防止筒夹体在其中未缓和的旋转，并且是轴向地一致的，以允许在所述壳体内的基本轴向平移。优选地，所述内表面具有与所述筒夹体ARM高度互补的横截面几何形状，以使得所述筒夹体ARM的每个部分在所述壳体的内表面具有对应的反作用结构。
例如在第一情况中，所述壳体的内表面具有六角形横截面，其每个面离壳体轴线具有一距离Rf。所述筒夹体ARM具有矩形横截面剖面，所述横截面剖面的长轴≈2Rf并且短轴<<2Rf，以使得本身不存在旋转阻碍。当被布置在所述壳体内并且受到旋转时，所述筒夹体ARM的其中两侧会接触所述壳体的内表面，而其中两侧不会接触所述壳体的内表面；于是，所述壳体的内表面的六侧中仅有两侧会作为所述两部件ARM的反作用结构或第二部件。在第二情况中，所述筒夹体ARM具有一个六角形横截面剖面，该六角形横截面剖面标称地小于所述壳体内表面的内部尺寸(以允许在所述壳体内的自由平移)。在该情况中，当被布置在所述壳体内并受到旋转时，所述筒夹体ARM的所有六侧中的一部分会与所述壳体的内表面接触；于是，所述壳体的内表面的所有六侧中的一部分作为所述两部件ARM的反作用结构或第二部件。
外部ARM系列实施方案大体特征是具有一个这样的壳体，该壳体带有至少一个从所述壳体的内表面延伸到外表面的大体轴向对准的槽，以接收对应数量的筒夹体ARM。反作用结构是壳体槽的截面周缘的一部分，即，限定所述至少一个槽的壁，而不是在所述壳体的内表面设有反作用结构(ARM的第二部件)。当然，可在单个紧固件中同时具有内部和外部ARM功能。
出于本专利的目的，术语“面积”、“界限”、“部件”、“部分”、“表面”、“区域”以及它们的同义词、等价物和复数形式(如在本文中所使用的以及通过实例的方式)意在提供对所描述的物体和/或方法的描述性参考或界标。除非明确指出或从多个附图和/或所述术语被使用的上下文表面上明显可见，这些以及类似或等价的术语并不意于、也不应被认为其本身限制或限定所提及的物体和/或方法的元件。
附图说明
图1是以第一状态示出的第一发明实施方案的立体图，并且该实施方案包括壳体、筒夹体和可平移的中央体，其中防旋转装置包括以固定螺钉为形式的筒夹体径向延伸构件以及在壳体中形成的可平移容纳槽；
图2是以第二状态示出的第一发明实施方案的立体图；
图3是以第三状态示出的第一发明实施方案的立体图；
图4是第一发明的分解立体图；
图5是第一发明实施方案的筒夹体的分离立体图；
图6是第一发明实施方案的壳体的分离立体图；
图7是图6的实施方案的第一侧视图；
图8是基本沿着图7中线8-8所取的横截面平面图；
图9是图6的实施方案的第二侧视图；
图10是基本沿着图9中线10-10所取的横截面侧视图；
图11A是以第一状态示出的第二发明实施方案的侧视图，并且该实施方案包括壳体、筒夹体和可平移的中央体，其中防旋转装置包括形式为面状头(faceted head)的筒夹体表面特征和在所述壳体中形成的多边形内表面；
图11B是图11A的实施方案的横截面图的侧视图；
图11C是图11A的实施方案的立体图；
图12A是以第二状态示出的第二发明实施方案的侧视图；
图12B是图12A的实施方案的横截面图的侧视图；
图12C是图12A的实施方案的立体图；
图13A是以第三状态示出的第二发明实施方案的侧视图；
图13B是图13A的实施方案的横截面图的侧视图；
图14A是以第四状态示出的第二发明实施方案的侧视图；
图14B是图14A的实施方案的横截面图的侧视图；
图15是第二发明实施方案的分解立体图；
图16是第二实施方案的壳体的分离侧视图；
图17是基本沿着图16中线17-17所取的横截面平面图；
图18是基本沿着图16中线18-18所取的横截面图；
图19是第二实施方案的筒夹体的分离侧视图；
图20是基本沿着图19中线20-20所取的横截面平面图；以及
图21是基本沿着图19中线21-21所取的横截面立视图。
具体实施方案
引言：当与该部分描述的任意结构或方法、参照物或界标相关联时，各附图中任意数字引线的末端意在相对于该对象或方法的书面描述代表性地识别和关联所述结构或方法、参考物或界标。除非明确阐明或者从附图以及术语所用的上下文明确可知，否则并不意在且不应推断为就其本身而言界定或限定所引述对象或方法的范围。除非明确阐明或者从附图以及术语所用的上下文明确可知，所有词语和视觉辅助应被给予其与本公开文本的上下文一致的常用商业含义和/或科学含义。
根据前述内容，下文的描述使得本领域技术人员能够实现和使用被要求权利的本发明。对描述的各实施方案的各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且在不偏离附加权利要求所限定的本发明的主旨和范围的情况下，本文公开的总体构思可以应用到其他实施方案和应用中。因此，被要求权利的本发明不旨在并且不应该被局限于所公开的和/或所述描述的实施方案，而是符合与本文公开的构思和特征一致的最宽范围。
接着参见多个实施方案，其中相同的数字表示相同的部件，并且更具体地参照图1-10，示出了与具有外部的或突出的筒夹体ARM的廉价临时紧固件相关的本发明第一实施方案，从以螺纹杆为形式的可平移中央体与筒夹体的初始接合(图1)到完全夹紧的配置(图3)。如在不同附图中示出的，紧固件20包括：筒夹体30，其尤其具有位于其内表面68上的螺纹部62和以固定螺钉66a/b为形式的筒夹体ARM64，该筒夹体ARM 64包括两部件ARM的第一部件；壳体70，其尤其限定形式为两个基本轴向对准的槽86a/b的壳体ARM 84，以及可平移的中央体，其形式为延伸穿过壳体70和所述筒夹体30的至少部分的螺纹杆90。注意到固定螺钉66a/b不干扰螺纹杆90的旋转，并且由于其与槽86a/b受限的相互作用，不需要在壳体70的内表面82上磨铣或以其他方式创建表面特征(见图6、8和10)。也注意到从指状物44径向扩张开始(图2)，螺纹杆90的驱动部94经过最大行程与壳体60的近端端部76接触(图3)，由此获得非常低的夹紧剖面(profile)。
示出的实施方案的一个特征是在螺纹杆90上存在非螺纹部93。作为该特征的结果，在正常操作过程中杆90不能从筒夹体30“退出(backed out)”。一个锻制的轴环或变形的螺纹可以类似地用于防止这些部件之间的螺纹分离。另外的一个特征是存在唇部88，通过接触增大的第二壁部56，该唇部作为平移制动装置。
紧固件30的实际益处包括有限的部件数量、特定部件用于不同应用的可扩展性、和相比于定制部件能够使用易获得的部件。图4-10例证了这些益处。紧固件30的分立部件在图4中最佳示出。除了筒夹体30和壳体70，可以看到螺纹杆90仅是从较长连续螺纹杆截取的一段，驱动螺母98是常规螺母，其被锻制、焊接、或如在所示实施例中经由滚销(rollpin)紧固至螺纹杆90，套管100也是常规件。并且虽然壳体70优选地匹配预期的筒夹体30，但是筒夹体和螺纹杆的范围可以通过修改套管100的内径和使用具有标准的第二壁直径的筒夹体来调节，而不考虑开口54的直径。然而，在这些情况中，有益地是在端部72引入另一个套管。
图11-21示出了从以螺纹杆190为形式的可平移中央体与筒夹体130的初始接合(图11A-C)到完全夹紧配置(图14A和14B)的带有内部ARM的第二紧固件系统120。

Claims (10)

1.一种紧固件，其用于将至少两个工件至少临时地保持在一起，其中所述紧固件的一部分被放置在于所述工件中形成的基本对准的洞或孔中，所述紧固件包括：
一个筒夹体，其限定一个纵向轴线，并包括：
第一或远端端部，其限定大体圆形开口；
第一壁部，其邻近所述第一或远端端部，所述第一壁部具有内表面和外表面，并且限定至少两个从所述第一端部纵向延伸的辅助槽，从而创建至少两个柔性指状物，每个柔性指状物都是在标称状态或静止状态具有会聚的延续径向剖面；
第二或近端端部，其限定大体圆形开口；以及
第二壁部，其邻近所述第二端部，具有内表面和外表面；
一个壳体，其包括第一或远端端部、第二或近端端部、外表面和内表面，所述内表面限定从所述近端端部延伸到所述远端端部的孔或洞，所述筒夹体的一部分操作性地位于所述孔或洞中，并且被允许在其中轴向地往复运动；所述壳体还包括两部件平移制动装置的第一部件，以防止所述筒夹体从所述壳体的至少一个端部的无意地脱离，其中所述筒夹体还包括两部件平移制动装置的第二部件；
所述筒夹体的大小为在所述壳体的孔中部分地平移；以及
一个可平移的中央体，其用于引起所述筒夹体在所述孔中的轴向平移，其中所述壳体和所述筒夹体限定一个两部件防旋转装置，所述可平移的中央体包括当向所述指状物轴向平移时接触指状物内侧表面的工作部，以及用于接收旋转和/或轴向力的驱动部，所述旋转和/或轴向力直接或间接导致所述工作部与所述筒夹体指状物接合或从所述筒夹体指状物缩回；
所述两部件平移制动装置的第一部件包括限定直径小于所述两部件平移制动装置的第二部件的孔口的结构，并且另外的一个特征是存在唇部，通过接触增大的第二壁部，该唇部作为所述两部件平移制动装置；以及
其中所述可平移的中央体是以螺纹杆为形式的部件。
2.根据权利要求1所述的紧固件，其中螺纹杆的驱动部经过最大行程与壳体的近端端部接触。
3.根据权利要求1所述的紧固件，其中所述紧固件还包括一个驱动螺母，其经由滚销紧固至螺纹杆。
4.根据权利要求1所述的紧固件，其中所述紧固件还包括一个套管，其中筒夹体和螺纹杆的范围能够通过修改套管的内径和使用具有标准的第二壁部直径的筒夹体来调节。
5.根据权利要求4所述的紧固件，其中在壳体的远端端部引入另一个套管。
6.根据权利要求1所述的紧固件，其中所述两部件防旋转装置的第一部件是以固定螺钉为形式的部件。
7.根据权利要求1所述的紧固件，其中所述两部件防旋转装置的第二部件的形式为两个基本轴向对准的槽。
8.根据权利要求1所述的紧固件，其中壳体的内表面具有六角形横截面，而两部件防旋转装置的第一部件具有矩形横截面剖面。
9.根据权利要求8所述的紧固件，其中每个六角形横截面离壳体轴线具有一距离Rf，且所述横截面剖面的长轴≈2Rf并且短轴<<2Rf。
10.根据权利要求1所述的紧固件，所述两部件防旋转装置的第一部件具有一个六角形横截面剖面，而该六角形横截面剖面小于壳体的内表面的内部尺寸，以允许其在壳体内的自由平移。
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