CN1070723A - 带有差别倾斜轴线的紧固件 - Google Patents

Abstract

一种插入壁板上一个容纳孔的紧固件，它具有一 个带纵轴线的圆柱体和一个垂直孔，其纵轴线相对于 圆柱体的轴线倾斜一个角度。另一种类型的紧固件 有一个由两个端对端，其轴线互相倾斜的圆柱体组成 的紧固件体。其中一个圆柱体为垂直圆柱体。一个 直孔通过两圆柱体，其轴线与垂直圆柱体的轴线重 合。通常直孔轴线垂直于壁板表面而倾斜圆柱体轴 线相对于孔轴线倾斜5°至60°。容纳孔的轴线与 倾斜圆柱体的轴线重合。紧固件插入壁板后，容纳孔 的倾斜度和紧固件体共同作用使紧固件体在螺栓拧 入时不致转动并提供一个轴向夹持力。

Description

本发明一般地涉及紧固件，特别是涉及那种嵌装在壁板的容纳孔中以防止紧固件相对于壁板转动的紧固件。

当需要将器具固定在壁板上或将壁板固定在一起时，通常最好用机械连接件而不用别的连接方法，例如粘结剂，来连接。机械连接通常较粘结剂要求较少的表面处理工作，而且很多种粘结剂可能有腐蚀性。此外，机械连接件一般可以拆卸和重新安装。典型的机械连接是用一个螺纹紧固系统，如旋入壁板的螺丝或和螺纹紧固件如螺母一起应用的螺栓。有时不希望或不能用螺丝。例如用轴丝就要求壁板上的安装孔加工出螺纹，而这是比钻一个螺栓孔更为费时的工作。有些材料，例如用纤维和硬树脂混合物做成的复合壁板由于其脆性就不能加工螺纹，因此就不能用螺丝。

与应用螺栓和紧固件组合有关的困难是当拧螺栓时必须将紧固件相对于壁板固定，使紧固件不致固因螺栓旋转而旋转。如果紧固件为多侧面体，就可以在壁板上做出具有与紧固件体侧面一致的侧面并能与紧固件侧面相配合以防止其旋转的容纳孔。但是，这样的容纳孔可能难以在壁板上做出，特别是在壁板是脆的复合板时。上述困难有些可通过应用凸缘螺母和嵌装螺母得到克服。

凸缘螺母包括一个带内螺纹的螺母体，螺母体的下端有若干横向伸出的小翼。每个小翼上有一个安装孔，它可以容纳一个螺钉、销钉等用于将螺母固定在壁板上。通过在壁板上钻三个孔可将螺母固定在壁板上，其中一个孔对准螺母体的螺孔，其余两个孔对准小翼上的安装孔，用螺钉或销钉通过安装孔将螺母固定在壁板上。然后可将一个螺栓拧入螺母体以便将器具或第二个壁板固定在第一个壁板上，而在拧紧螺栓时不需另外将螺母固定住。但是，这种凸缘螺母要求费用高的钻孔和加工工序，使完成的组件增加重量，并且占用更多的空间。

嵌装螺母包括一个带内螺纹孔的紧固件体，螺母体在其下端有一个环状安装凸缘，其上有一环槽。打算在其上安装螺母的壁板则钻有一个比螺母内孔大的单孔。然后用一个工具将螺母压入壁板，使壁板的材料变形，从而使若干变形材料流入环槽，抵靠住凸缘，使螺母定位。这种嵌装螺母在拧紧螺栓时不需另外把紧，它要求的安装步骤较少，重量较轻，尺寸也较小。

但是，嵌装螺母也存在着限制。如果壁板材料不够厚或不够硬，当拧紧螺栓时会将螺母拉穿过壁板。由于复合壁板比较脆，复合材料不易流入嵌装螺母的环槽中。因此嵌装螺母通常不用于复合材料。最后，在拧紧螺栓时所施加的扭矩可能足够将嵌装螺母在复合材料中拧动旋转，从而消除了只用单手操作的优点。

从上述讨论可知，存在着对一种安装中能防止紧固件转动的螺纹紧固系统的需要，这种系统不需要复杂的容纳孔，可和复合壁板一起应用而不拉穿或毁坏壁板。本发明能满足这些要求。

本发明提供了一种紧固件，它装配在壁板上的容纳孔中，它具有一个带纵轴线的圆柱体，还有一个通过该圆柱体的直孔，圆柱体的轴线相对于直孔的轴线倾斜。一般来说，直孔的轴线垂直于壁板，而紧固件圆柱体的轴线倾斜于壁板。壁板上的容纳孔可以是通过壁板的直孔，也可以是钻入壁板的孔，在两种情况下都具有倾斜于壁板表面的轴线，而其轴线与紧固件圆柱体的轴线一致。当紧固件插入壁板时，容纳孔的斜孔形成不规则表面，使壁板得以和紧固件倾斜圆柱体的表面结合起来防止紧固件在壁板中旋转，同时当一个螺栓之类拧入紧固件的直孔时提供一个轴向夹持力。

根据本发明的另一个方面，本发明的紧固件包括一个从紧固件体一端向外伸的凸台。也就是说，紧固件包括两个圆柱体，其纵轴线相互倾斜，具有一个共同的直孔。一般来说，壁板具有相互平行的顶表面和底表面，紧固件直孔的轴线垂直于壁板的表面，紧固件中一个圆柱体的纵轴线与直孔的轴线一致，另一个圆柱体的纵轴线倾斜于直孔的轴线。壁板上的容纳孔是一个直孔，其轴线倾斜于壁板表面，当紧固件倾斜圆柱体的轴线一致。如上所述，当紧固件插入壁板，容纳孔的倾斜孔和倾斜圆柱体的表面合力阻止紧固件在壁板中旋转，并且当一个紧固螺栓拧入紧固件的直孔时提供一个轴向夹持力。

倾斜圆柱体和壁板容纳孔的断面为椭圆形。紧固件的倾斜圆柱体从壁板上表面装配入容纳孔中。为了易于插入容纳孔，容纳孔的上端可以做出锥形扩孔即锪孔，而倾斜圆柱体的上端可设有扩张的肩部。容纳孔的扩孔部分提供了一个扩大的面积供紧固件插入，并为倾斜圆柱体的上端提供一个较大的安置面积。

紧固件也可以做成一个三件组合件，紧固件体有一个竖壁和一个用夹子定位的浮动螺母。紧固件同样包括一个直的圆柱体和一个倾斜圆柱体，但是直的圆柱体包括从倾斜圆柱体顶部向上伸出并形成一个凹座的竖壁和一个容纳在凹座中的螺母。夹子将螺母保持在凹座中，但同时可作足够的自由移动以适应壁板与紧固件体配合时孔的少许错位。

竖壁最好为环形，带有大于直孔的内孔，形成一个螺母位置其中的凹座，还包括垂直伸展的槽。螺母包括伸出的小翼，小翼容纳在槽中。当螺母放入凹座后，夹子环扣住竖壁的外周，使螺母可以自由活动到伸出小翼在槽中移动所限定的程度，通过小翼压着槽的垂直壁，槽的垂直壁起着限制螺母旋转的作用，通过小翼压着凹座的壁和压着夹子，夹子起着限制螺母掉出来的作用。此外，当不拆除整个紧固件组件而需要更换螺母时，特别是紧固件体用粘结剂安装在壁板上不便拆除时，夹子可以拆卸并可重用。

壁板的组成材料影响紧固件的结构。例如壁板是碳素纤维复合材料，紧固件就需要用不锈钢，它可以防止同碳素纤维产生电耦合作用，否则就会引起螺母的腐蚀和壁板的脱层。

通过以下结合附图对以较佳实施例为例的本发明原理的叙述，将可对本发明的其他特点和优点有更清楚的了解。

附图简介

图1是置入于壁板的本发明的一个紧固件的剖视图。

图2是置入于壁板的本发明紧固件另一实施例的剖视图。

图3是置入于壁板的本发明紧固件又一实施例的剖视图。

图4是图3紧固件的顶视图。

图5是图3紧固件的正视图。

图6是图3紧固件的底视图。

图7是图3中拆除紧固件后壁板的顶视图。

图8是图3中拆除紧固件后壁板的底视图。

图9是本发明另一包含有浮动螺母的紧固件的部分正视部分剖视图。

图10是图9紧固组件的顶视图。

图11是图9紧固组件在浮动螺母和夹子拆除后的顶视图。

图12是图11的紧固件体的侧面剖视图。

图13是图11的紧固件体的底视图。

图1表示根据本发明的紧固件10在插入于厚壁板或器具上钻出的容纳孔12后的情形。该紧固件的形状为圆柱形，其纵轴线16相对于壁板的上表面18倾斜45°，紧固件还包括一个其纵轴线22垂直于壁板的直的螺纹孔20。容纳孔12具有与紧固件倾斜轴线16相同的倾斜角。当紧固件插入容纳孔12后，容纳孔的倾斜度形成一个椭圆形的不规则表面，它与紧固件体的表面使用去阻止紧固件在壁板中旋转，并在紧固螺栓之类拧入紧固件时提供一个轴向夹持力。

如果沿倾斜轴线16的方向施加一个向外的力，有可能将紧固件10拉出壁板14。因此，为了使紧固件10和螺栓24固定，可以装设一个第二容纳孔30，它具有与第一倾斜轴线16方向相对的倾斜轴线32，在其中可插入一个第二紧固件34。紧固件10和34一起可防止其中任何一个被拉出壁板14。另一办法是可装设外肋，外唇或其他紧固机构使第一紧固件10固定。例如，可用粘结剂将紧固件固定在容纳孔中。本领域的技术人员可装设定些或其他固定紧固件10的结构。

图2表示本发明另一个实施例的紧固件50。同样，该紧固件具有一个倾斜的圆柱体52，插入壁板56中的倾斜容纳孔54，紧固件有一个带纵轴线60的螺纹直孔58。但是，在图2的情况中，容纳孔54完全穿过壁板的厚度，紧固件50是用来藉助一个具有螺栓头66的螺栓64将一个第二壁板62固定在第一壁板56上。同样，容纳孔的倾斜轴线68形成一个不规则表面，它与紧固件体52的表面一起予施负荷于紧固件，使螺栓拧入紧固件时紧固件在壁板56中不会旋转。此外，容纳孔的轴线和紧固件合力阻止当螺栓拧入时紧固件体被拉出壁板56。为了提供螺栓在螺纹紧固件中更紧密的配合，紧固件体在容纳孔靠近螺栓头66的一端处稍作切入，形成一个小的凹槽。这可以保证第二壁板62可被拉紧贴第一壁板56，而不是贴靠紧固件50的底部。

图3表示本发明又一个实施例的紧固件110插入壁板112后的情况。该紧固件的形状为一个倾斜的圆柱体114带有一个从倾斜圆柱体向上伸出的凸台116。另一个办法是在倾斜圆柱体114上连接一个垂直圆柱体116。这两个圆柱体共有一个螺纹孔118，它沿纵轴线120直接通过该二圆柱体。倾斜圆柱体具有一个与螺纹孔轴线120成45°的纵轴线122，垂直圆柱体的纵轴线则与螺纹孔轴线120一致。壁板包括有一个容纳孔124，它与壁板的上表面126和下表面128倾斜，具有与倾斜圆柱体轴线122相同的倾斜角度。当紧固件110插入容纳孔，容纳孔的倾斜度形成一个不规则的表面，它与倾斜圆柱体114的表面合力阻止紧固件在壁板中旋转，并在紧固螺栓（未示出）拧入紧固件时提供一个轴向夹持力。

倾斜圆柱体114有一个下表面130，以及一个与壁板的上表面126齐平的上表面132。由容纳孔124的倾斜轴线所形成的不规则表面为椭圆形断面。由容纳孔表面和倾斜圆柱体一起产生的轴向夹持力阻止紧固体在装好产生旋转。但是，沿倾斜轴线122故意用力可将紧固件拉出容纳孔，从而将紧固件拧离壁板上表面126。

图4，5和6分别表示出紧固件110的顶视图，侧视图和底视图。倾斜圆柱体114的上端有利地设有一个扩大的肩部，使倾斜圆柱体的上表面在顶视图（图4）上看为圆形，在壁板上表面126亦用锥形扩孔法加工出一个相应的形状以容纳紧固件的扩大的肩部。扩大的肩部为紧固件下端的通过提供了较大的通道，而且较易将紧固件110定位在容纳孔124中。在图5中，倾斜圆柱体的侧表面136和包括肩部的侧表面138都可以看到。在图6中，上述两表面同样可以看到，它同时表示出紧固件110底部表面130的形状为椭圆形。

图7所示的壁板112的顶视图和图8所示的壁板底视图表示了容纳孔124的结构。容纳孔的制成可以方便地通过在壁板112上沿一条与倾斜圆柱体114的纵轴线122一致的轴线钻一个通孔而得到。这样做出的孔在平视图上看是椭圆形，这从图8所示的壁板下表面128孔端的椭圆形140可以看得最清楚。如前所述，为了易于将紧固件110置于容纳孔124内，倾斜圆柱体114和容纳孔的上端可以做出扩大的形状。因此容纳孔124形成一个圆形，它终止于壁板上表面126，如图7所示。

壁板112的扩肩表面可以很容易地通过锪孔（锥形扩孔）工序得到。锪孔可以通将一个钻头置于一个将要描述的适当位置进行。锥口孔的锥角最好为倾斜轴线122斜角的两倍。如本领域技术人员所知，一个圆是一个从圆心至其每一点的距离为常数的曲线，而一个椭圆则是一个从其两焦点至其每一点的距离之和为常数的曲线，椭圆有一个长轴和一个短轴。容纳孔124上端的肩144是由具有如图7所示中心线148的锪钻加工出来的，该中心线与容纳孔上端椭圆的一个焦点重合，远离螺纹孔118的中心线。在最佳实施例中，在壁板上表面126的锥形扩孔圆的直径与椭圆的长轴相等。

如前所述，倾斜圆柱体114和容纳孔124的轴线122相对于垂直圆柱体116的轴线120倾斜45°。已经发现，倾斜角在5°至60°的范围内是令人满意的。一般来说，随着壁板112的厚度增加，希望减小相对于轴线120的倾斜角，因为否则容纳孔124的横向距离变得如此之大以致于它难于用一个合理直径的容纳孔来接纳一个通过壁板的直孔118。

本发明的另一个实施例紧固件200以部分剖视的形式在图9示出，而顶视图的形式在图10示出，该实施例提供了一个具有浮动螺母的结构。该紧固件包括一个倾斜圆柱体和一个直圆柱体，象前面的实施例一样，除了该直圆柱体设有相邻于倾斜圆柱体的竖壁204，形成一个紧固件体206，和一个分离开的螺母208，它具有内螺纹209并且当紧固螺栓（未示出）拧入螺母时允许相对于紧固件体作有限度的自由移动。和图3至8所示的前一个实施例一样，倾斜圆柱体202有一个倾斜轴线210，而直圆柱体有一个垂直于将一个紧固件容纳于容纳孔216中的壁板214的轴线212。螺母的自由活动范围允许紧固螺栓更容易地拧入螺母，因为螺栓相对于垂直轴线212的任何些少错位都可以得到适应，当螺栓拧入螺母时便可将螺母拉正。

参看图9和10所示紧固件的装配图和图11和12所示紧固件的平面和剖视图，可以很好地理解浮动螺母208如何保持在紧固件体206中。浮动螺母208包括一个对正垂直轴线212的中央螺纹孔218和两个横向伸出的小翼220。紧固件体206包括一个垂直孔222，其上部直径224约等于螺母的轴纹孔218的直径，其上部直径226则大些。这两个不同的直径形成一个架子，螺母即置于其上。在竖壁204上做出两个垂直伸展的槽230以允许螺母的小翼通过。

螺母208靠一个夹子232防止从紧固件体206掉出，该夹子为一开口圆或C形结构，因此有一定弹性。在竖壁204的外周上做有环槽234。夹子的安装是通过搭扣在竖壁外周再卡入环槽中。当夹子232安装好以后，螺母208有一定限度的活动余地，但通过螺母小翼220被夹子锁住在槽230中而被阻止掉出紧固件体206。限定槽230的竖壁204的垂直表面235阻止螺母旋转，当紧固螺栓拧入螺母时，螺母小翼220压紧上述垂直表面。

因为夹子232是弹性的，它可以从环槽234的安装位置上拆除和重新安装。因此夹子是可以重用的。这就允许在例如螺母的螺纹209磨损后更换螺母208，而不用将整个紧固组件从壁板214上拆下。当拆卸夹子和螺母紧固件体206时可保留在容纳孔216中。如果紧固件体是用粘结剂固定在容纳孔中的，这就特别有利。

竖壁204的下部236形成一个环肩或凸缘，它压靠壁板214的上表面238。为了少用材料而提高强度和增加环肩面积，竖壁做成锥形。同前面的实施例一样，倾斜圆柱体202和壁板上的倾斜容纳孔216形成互补的不规则形状，它对紧固件200提供一个轴向载荷以防止紧固件从容纳孔掉出和防止当紧固轴栓拧入螺母208时螺母产生旋转。

如果紧固件200用于碳素纤维复合材料的壁板，紧固件体206必须用不锈钢制造，以防止紧固件腐蚀和壁板214脱层。浮动螺母208同样应该用不锈钢制造，以防止紧固件体和壁板产生电耦合作用和随之而来的腐蚀和脱层，至于夹子232，也是一样。

从以上可以看出，本发明的紧固件装入壁板后，在紧固螺栓或螺钉拧入紧固时不会在壁板中旋转。这种紧固件包括一个倾斜圆柱体和一个垂直孔，二者的轴线有不同角度。壁板中的容纳孔有一个其角度与倾斜圆柱体角度一致的纵轴线。壁板中容纳孔的壁和倾斜圆柱体的外侧面共同作用以便当螺栓拧入紧固件时阻止紧固件转动，从而允许单手拧紧操作而不需复杂的壁板准备步骤。

本发明通过上述较佳实施例进行了描述从而传达了对本发明的理解。但是，有许多没有在这里具体描述的紧固件结构是本发明可以用于其上的。因此，本发明不限于这里所描述的具体实施例，而应理解为本发明可应用于多种不同结构的紧固件。所有在所附权利要求书范围内的修改，变化或等同的结构都应认为属于本发明范围之内。

Claims (18)

1、一种紧固件，用于一个具有上表面和下表面并在上表面有一个容纳孔的壁板，

其特征在于，

该紧固件具有一个带有纵轴线的圆柱体和一个通过其中的直孔，紧固件体的纵轴线相对于该直孔的轴线倾斜；且

容纳孔有一个与紧固件体纵轴线一致的纵轴线。

2、如权利要求1所述之紧固件，其特征在于，上述直孔的轴线垂直于壁板的上表面。

3、如权利要求1所述之紧固件，其特征在于，上述紧固件体包括一个上端和一个下端，上端包括一个从紧固件体向上伸出的凸台。

4、如权利要求1所述之紧固件，其特征在于，上述紧固件体包括一个上端和一个下端，上述紧固件体还包括一个从其上端向上伸出的环形竖壁，形成一个凹座;上述紧固件还包括一个装配在该凹座内的螺母和一个环卡在上述环形竖壁上将上述螺母保持在上述凹座内的可拆卸夹子。

5、一种紧固件，用于一个具有上表面和下表面以及一个紧固件插入其中的容纳孔的壁板，

其特征在于，该紧固件包括：

一个具有相对于壁板上表面倾斜的纵轴线的倾斜圆柱体;

一个具有相对于倾斜圆柱体的轴线倾斜并贴近倾斜圆柱体的纵轴线的直圆柱体;以及

一个通过倾斜圆柱体和直圆柱体并与直圆柱体的轴线重合的紧固件孔;

该紧固件适于用在壁板的容纳孔中，该孔为一倾斜圆柱孔，其尺寸足以容纳倾斜圆柱体，且相对于壁板上表面倾斜，从而该紧固件容纳于该孔中并能防止在该孔中旋转。

6、如权利要求5所述之紧固件，其特征在于，上述倾斜圆柱体和直圆柱体共有一上端和一下端，上述紧固件适于容纳在壁板中直到紧固件的上端和下端都在壁板内。

7、如权利要求6所述之紧固件，其特征在于，倾斜圆柱体包括一扩大的肩部，使倾斜圆柱体的上端成为圆形，该圆形的轴线垂直于壁板的上表面，其直径大于倾斜圆柱体的直径。

8、如权利要求6所述之紧固件，其特征在于，紧固件孔的轴线垂直于壁板的上表面。

9、如权利要求8所述之紧固件，其特征在于，上述直圆柱体包括一个从壁板上端向上伸出并垂直于壁板上表面的竖壁和一个被该壁包围住的螺母。

10、如权利要求9所述之紧固件，其特征在于，该竖壁包括至少一个垂直伸展的槽并容纳内部带螺纹的螺母，该螺母还有一个伸出的小翼，这样上述槽容纳上述小翼并防止螺母相对于竖壁旋转。

11、如权利要求10所述之紧固件，其特征在于，其中上述竖壁包括一个外环槽，上述紧固件还包括一个弹性夹子，它环卡在竖壁上并座在上述槽中，锁靠着槽中的小翼，将螺母小翼保持在槽中。

12、如权利要求8所述之紧固件，其特征在于，紧固件孔内部带有螺纹。

13、如权利要求12所述之紧固件，其特征在于，当紧固件插入容纳孔时，直圆柱体向上伸出，垂直于壁板的上表面。

14、一种紧固件，用于一个具有上表面和下表面以及一个紧固件插入其中的容纳孔的壁板，其特征在于，该紧固件的紧固件体包括：

一个第一垂直圆柱体和一个第二圆柱体，它们端对端连接，其轴线互相倾斜;

一个螺孔通过两圆柱体，孔的轴线与垂直圆柱体的轴线一致;

其中垂直圆柱体的轴线垂直于壁板。

15、如权利要求14所述之紧固件，其特征在于，第一圆柱体相对相于第二圆柱体在5°至60°的范围内倾斜。

16、一种紧固件，用于将器具固定在壁板上，该壁板具有平行的上下表面和一个相对于上下表面成一定角度并容纳紧固件的通孔，

其特征在于，该紧固件包括：

一个紧固件体，它具有一个通过该体的孔，当紧固件体置入壁板容纳孔时，紧固件孔的方向垂直于壁板上下表面，紧固件体还包括一个倾斜圆柱体部分和一个垂直圆柱体部分，其中倾斜圆柱体部分具有一个相对于壁板上下表面的倾斜角度，该角度基本上等于壁板孔的角度，当紧固件体容纳于壁板孔时，垂直圆柱体部分从壁板垂直伸出。

17、一种用紧固件将螺栓固定在一个具有平行的上下表面的壁板上的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在壁板上相对于上下表面成一倾斜角加工出一个容纳孔;

提供一个紧固件，它包括一个紧固件体，该体包括一个倾斜圆柱体和一个直圆柱体，它们端对端连接，紧固件具有上下端表面和一个通过其中的螺孔，倾斜圆柱体的轴线相对于螺孔的轴线倾斜，而与容纳孔的轴线一致;

将该紧固件插入容纳孔中;和

将螺栓拧入螺孔中，当螺栓拧入该孔时靠容纳孔对紧固件体的作用阻止紧固件在容纳孔中旋转。

18、如权利要求17所述之方法，其特征在于，其中提供紧固件的步骤包括下列步骤：

提供一个环状竖壁，该壁绕一纵轴线从紧固件体的上端向上伸出，形成一凹座，该壁具有垂直于该壁的纵轴线伸展的槽;

提供一个具有内螺纹的螺母，它具有配置于上述槽中的伸出的小翼，该小翼可防止螺母在凹座中旋转;和

将紧固件插入容纳孔的步骤包括将螺母插入环形紧壁的凹座的步骤。

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