CN108730298A - 三点紧固件 - Google Patents

Abstract

公开了紧固件，用于减少紧固件的质量，同时配置成与标准扭矩输送工具一起使用。紧固件包括设置在扭矩支承表面之间的非扭矩支承表面。

Description

三点紧固件

技术领域

本发明大体上涉及紧固件，更具体地涉及三点紧固件，该三点紧固件用于将扭矩从工具传递到该紧固件。

背景技术

紧固件被用于许多应用中以将各种部件附接在一起。通常，紧固件具有至少一个螺纹部分和附接到螺纹部分的一个或多个支承表面。支承表面设计成用于接收来自用于拧紧或松开紧固件的工具(例如套筒或扳手)的扭矩。在诸如螺母的常规紧固件中，紧固件可具有内螺纹和围绕内螺纹定向成六边形形状的六个支承表面。但是，其他紧固件可能具有外螺纹，例如螺栓和螺钉。

将扭矩施加到螺纹紧固件的工具的最常见形状是六角形或六角形几何形状的套筒。因此，许多紧固件具有六角形形状。使用六角形或六角形几何形状的套筒将扭矩施加到紧固件上会在六个位置处(即在六角形紧固件的每个角处或其附近)产生套筒与紧固件之间的接触。相比之下，标准开口扳手在两个位置处(即在六角形紧固件的相对角处)向紧固件施加扭矩。这种开口扳手与六角紧固件的常见用法显示了六角紧固件中扭矩支承表面上的强度。

为了满足日益增长的全球能效需求，汽车制造商已经表示需要减少车辆的质量，以帮助满足政府对提高燃料效率的要求。发明人相信可以改进紧固件的设计以减小重量，同时保持耐久性和功能的最高行业标准。

发明内容

在一个实施例中，紧固件包括螺纹部分和支承部分。支承部分包括三个支承表面，支承表面设计成接收来自工具的扭矩并将扭矩传递到螺纹部分。每个支承表面包括两个相邻的侧面，其间具有边缘。支承部分还包括位于每个支承表面之间的三个非支承表面。

附图说明

参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。而且在附图中，在不同的视图中相似的附图标记表示相应的部分。

图1是第一紧固件实施例的俯视图。

图2是第二紧固件实施例的俯视图。

图3是第三紧固件实施例的俯视图。

图4是第四紧固件实施例的俯视图。

图5A是第五紧固件实施例的俯视图，图5B是第五紧固件实施例的侧视图，图5C是第五紧固件实施例的侧视图，并且图5D是第五紧固件实施例的正视图。

图6A是第六紧固件实施例的截面侧视图，图6B是第六紧固件实施例的正视图，并且图6C是第六紧固件实施例的俯视图。

具体实施方式

标准的六角形紧固件包括具有六个侧边的扭矩支承表面，六个侧边在六边形的六个角处相交的，以在六个侧边之间形成六个边缘。每个角的角度约为120度。

现在参考附图，图1示出了改进的紧固件的实施例。紧固件100具有螺纹部分102。螺纹部分102可以围绕沿着紧固件100的轴向长度延伸(进入图1的页面)的开口。紧固件100可以是螺母或具有内螺纹的任何其他紧固件。或者，紧固件100可以是螺栓或具有外螺纹的任何其他紧固件(未示出)。螺纹部分102可以包括具有以虚线示出的大直径104的内螺纹。

紧固件100可以包括扭矩支承部分106。扭矩支承部分106可以延伸紧固件100的整个轴向长度或者可以仅沿紧固件100的轴向长度的一部分延伸。支承部分106可以包括三个扭矩支承表面108、110、112，扭矩支承表面可以被设计成接收来自诸如套筒或扳手的工具的扭矩并且将扭矩传递到螺纹部分102。

每个扭矩支承表面108、110、112可以包括两个扭矩支承侧，在扭矩支承侧之间具有边缘114、116、118。扭矩支承表面108可以包括扭矩支承侧108a和108b，在扭矩支承侧之间具有边缘114。扭矩支承表面110可以包括扭矩支承侧110a和110b，在扭矩支承侧之间具有边缘116。扭矩支承表面112可以包括扭矩支承侧112a和112b，在扭矩支承侧之间具有边缘118。每个扭矩支承侧108a、108b、110a、110b、112a、112b的高度可以是支承部分106在轴向方向上的高度。每个扭矩支承侧108a、108b、110a、110b、112a、112b可以被设计成接收来自诸如套筒或扳手的工具的扭矩，并且根据工具将紧固件100拧紧或是松开而将扭矩传递到螺纹部分102。例如，如果工具将紧固件100拧紧，则扭矩支承侧108a、110a、112a可以从工具接收扭矩并将扭矩传递到螺纹部分102。而如果工具将紧固件100松开，则扭矩支承侧108b、110b、112b可以从工具接收扭矩并将扭矩传递到螺纹部分102。当紧固件100被拧紧或松开时接收和传递扭矩的扭矩支承侧可以根据螺纹部分102中的螺纹的方向进行切换。

边缘114、116、118可以延伸支承部分106的整个轴向长度。边缘114、116、118可以分别位于扭矩支承表面108、110、112的中点处，使得每个对应的扭矩支承侧108a、108b、110a、110b、112a、112b的宽度相同。例如，扭矩支承侧108a和108b的宽度可以是相同的。或者，任何或全部扭矩支承侧的宽度可以与任何或所有其他扭矩支承侧不同。

紧固件100可以被设计和成形为由标准套筒工具驱动，诸如内六角套筒或12点配置套筒。因此，扭矩支承侧相交的边缘114、116、118处的角度可以是大约120度，以匹配标准六角形插座的角度。此外，边缘114、116、118可围绕紧固件100的纵向轴线等距间隔开，以匹配标准的六角形插座。

支承部分106还可以包括三个非扭矩支承表面120、122、124。非扭矩支承表面120、122、124可以不旨在接收来自工具的扭矩并将扭矩传递到螺纹部分102。然而，非扭矩支承表面120、122、124也可以偶然地接收来自工具的扭矩并将扭矩传递到螺纹部分102，即使非扭矩支承表面120、122、124并不旨在用于此。

非扭矩支承表面120、122、124可位于扭矩支承表面108、110、112附近并位于其之间，使得扭矩支承表面108、110、112彼此不相邻。非扭矩支承表面120、122、124可以是平坦的。非扭矩支承表面120、122、124可以延伸支承部分106的整个轴向长度。

与设计成用于与紧固件100相同的应用的相似尺寸的标准紧固件相比，紧固件100可具有减小的质量。紧固件100的减小质量可能是由于存在非扭矩支承表面120、122、124代替位于标准紧固件上的扭矩支承角。例如，紧固件100在M12×1.75螺纹×19.0mm横跨平面×12.0mm高的标准六角螺母上的重量减少将在9-11％之间，并且优选地约11％±0.5％。以克为质量的单位计算，从18.3克减少到16.9克。

图2示出了改进的紧固件的另一实施例。紧固件200可以具有与紧固件100相同的特征和部件。紧固件200可以在边缘214、216、218处包括不同于120度的角度，但是紧固件200仍然可以由标准套筒工具驱动，例如六角形套筒或12点的配置插座。例如，紧固件200的边缘214、216、218处的角度可以是126至130度。

与紧固件100的角度相比，紧固件200的边缘214、216、218处的增加的角度可以由与边缘214、216、218相邻的扭矩支承侧208a、208b、210a、210b、212a、212b的凹陷区域208a_r、208b_r、210a_r、210b_r、212a_r、212b_r引起，如图2中虚线内的空间所示。扭矩支承侧的凹陷区域208a_r、208b_r、210a_r、210b_r、212a_r、212b_r从由扭矩支承侧208a、208b、210a、210b、212a、212b的其余部分限定的假想平面向内设置。与紧固件100相比，边缘214、216、218处的凹陷支承表面和增加的角度可以减少边缘214、216、218处的扭矩支承表面208、210、212的变形，因为标准套筒工具与扭矩支承侧的凹陷区域208a_r、208b_r、210a_r、210b_r、212a_r、212b_r之间的初始接触沿着与初始接触区域大致平行的平面发生，该初始接触区域明显大于与紧固件100的初始接触区域。结果，由所施加的扭矩产生的初始压力较小，并且可能导致紧固件200变形较小。在美国专利8,491,247中描述了边缘214、216、218处的凹入支承表面和增加的角度，通过引用将其整体并入本文中。

图3示出了改进的紧固件的另一实施例。紧固件300可以具有与紧固件100和200相同的特征和部件。与紧固件100和200相比，紧固件300可以包括改进的扭矩支承表面308、310、312和修改的非扭矩支承表面320、322、324。紧固件300仍可以由标准套筒工具驱动，例如内六角套筒或12点配置套筒。在紧固件300中，扭矩支承表面308、310、312和非扭矩支承表面320、322、324可以是弯曲的并且可以平滑地彼此轮廓化以便减少紧固件300的质量。如图3所示，与非扭矩支承表面320、322、324相邻的扭矩支承表面308、310、312的尺寸已经减小，从而存在到非扭矩支承表面320、322、324的平滑过渡而不是如图4中那样。类似地，非扭矩支承表面320、322、324已经被弯曲以平滑过渡到扭矩支承表面308、310、312。

由于修改的扭矩支承表面308、310、312和修改的非扭矩支承表面320、322、324，紧固件300与相似尺寸的标准紧固件相比可以具有减小的质量。例如，与设计成用于与紧固件300相同的应用的类似尺寸的标准紧固件相比，紧固件300可以大约为17％。扭矩支承表面308、310、312和非扭矩支承表面320、322、324的尺寸减小和/或弯曲可以调节，以增加或减少紧固件300的质量减少量。

图4示出改进的紧固件的另一实施例。紧固件400可以具有与紧固件100、200和300相同的特征和部件。类似于紧固件300，与紧固件100和200相比，紧固件400可以包括改进的扭矩支承表面408、410、412和修改的非扭矩支承表面420、422、424。紧固件400仍然可以由标准套筒工具驱动，例如内六角套筒或12点配置套筒。在紧固件400中，扭矩支承表面408、410、412和非扭矩支承表面420、422、424可以朝向彼此成角度以便减少紧固件400的质量。如图4所示，与非扭矩支承表面420、422、424相邻的扭矩支承表面408、410、412尺寸已经减小，并且成一定角度使得存在到非扭矩支承表面420、422、424的平滑过渡而非图1中的尖角。类似地，非扭矩支承表面420、422、424已成角度以平滑过渡到扭矩支承表面408、410、412。由于非扭矩支承表面420、422、424的角度，非扭矩支承表面420、422、424可以包括边缘426、428、430。

由于修改的扭矩支承表面408、410、412和修改的非扭矩支承表面420、422、424，紧固件400可以具有与相似尺寸的标准紧固件相比减小的质量。紧固件400的质量减小可以小于由于扭矩支承表面408、410、412和非扭矩支承表面420、422、424的角度引起的紧固件300的质量减小。扭矩支承表面408、410、412和非扭矩支承表面420、422、424可以调节，以增加或减少紧固件400的质量减少量。

图5示出了改进的紧固件的另一实施例。图5包括紧固件500的不同视图。图5A是紧固件500的俯视图。图5B和5C是紧固件500的侧视图。图5D是紧固件500的正视图。紧固件500可以具有与紧固件100、200和300相同的特征和部件。图5所示尺寸是示例性的并且可以调节以满足紧固件500的应用的设计要求。紧固件500可以包括具有内螺纹的螺纹部分502，其具有在图5A中以虚线示出的大直径504。紧固件500可以包括具有三个扭矩支承表面508、510、512的支承部分506，扭矩支承表面508、510、512可以设计成从诸如套筒或扳手的工具接收扭矩，并且将扭矩传递到螺纹部分502。与紧固件100和200相比，紧固件500可以包括修改的扭矩支承表面508、510、512和修改的非扭矩支承表面520、522、524。

类似于紧固件100，每个扭矩支承表面508、510、512可以包括两个扭矩支承侧，在扭矩支承侧之间具有边缘514、516、518。紧固件500可以设计和成形为由标准套筒工具驱动，诸如内六角套筒或12点配置套筒。因此，扭矩支承侧相交的边缘514、516、518处的角度可以是大约120度，以匹配标准六边形形状的承窝的角度。另外，边缘514、516、518可围绕紧固件500的纵向轴线等距间隔开，以匹配标准的六角形插座。

由于存在非扭矩支承表面520、522、524来代替位于标准紧固件上的扭矩支承转角，所以与相似尺寸的标准紧固件相比，紧固件500可以具有减小的质量。例如，紧固件500在M12×1.75螺纹×18.0mm平面×12.0mm高的标准六角螺母上的质量减小约为36％。以克为质量计算，这是从17.5克减少到11.1克。

图5B示出了延伸穿过紧固件500的轴向长度的开口532。图5B示出了具有内螺纹的螺纹部分502，具有用虚线示出的大直径504。图5B和图5C示出了紧固件500可以包括具有抵接表面536的抵接部分534，该抵接表面536被设计成根据紧固件500的应用而与待紧固的另一部件(例如垫圈或轮子)的表面接触。图5D示出了支承部分506上的边缘516、518。

图6示出了改进的紧固件的另一实施例。紧固件600包括螺母650和帽652。螺母650可以具有与紧固件100、200和300相同的特征和部件。螺母650可以包括带有内螺纹的螺纹部分602，其具有在图6A中以虚线示出的大直径604。如图6C所示，螺母650可以包括具有三个扭矩支承表面608、610、612的支承部分606，扭矩支承表面可以被设计成从诸如套筒或扳手的工具接收扭矩，并将扭矩传递到螺纹部分602。螺母650还可以包括三个非扭矩支承表面620、622、624。非扭矩支承表面620、622、624可以位于扭矩支承表面608、610、612附近和之间，使得扭矩支承表面608、610、612彼此不相邻。类似于紧固件300，与紧固件100和200相比，螺母650可以包括修改的扭矩支承表面608、610、612和修改的非扭矩支承表面620、622、624。

帽652可围绕螺母650的上部，包括支承部分606和扭矩支承表面608、610、612以及非扭矩支承表面620、622、624。帽652可紧密地配合在螺母650周围。因此，帽652可以包括类似的扭矩支承表面和非扭矩支承表面。帽652可以卷绕在螺母650周围。帽652及其与螺母650的连接在美国专利申请14/976,190中描述，该申请在此通过引用整体并入。

类似于紧固件100、200、300、400和500，紧固件600可以由标准套筒工具驱动，例如内六角套筒或12点配置套筒。由于存在非扭矩支承表面620、622、624来代替将位于标准紧固件上的扭矩支承角部，因此与类似尺寸的标准紧固件相比，紧固件600可以具有减小的质量。

尽管已经描述了紧固件的几个实施例，但应该理解的是，紧固件不限于此，并且可以在不背离本文公开的情况下进行修改。虽然这里描述的每个实施例可能仅指代某些特征，并且可能没有具体指代关于其他实施例描述的每个特征，但应该认识到，除非另外描述，否则本文描述的特征是可互换的，即使没有提及特定特征。还应该理解的是，上述优点不一定是紧固件的唯一优点，并且不一定期望紧固件的每个实施例都能够实现所述的所有优点。本公开的范围由所附权利要求限定，并且旨在包括落入权利要求的含义范围(字面意思或等同意义)内的所有设备和方法。

Claims (20)

1.一种紧固件，包括：

螺纹部分；和

支承部分，其中所述支承部分包括：

三个支承表面，设计成接收来自工具的扭矩并将扭矩传递到所述螺纹部分，其中每个所述支承表面包括两个相邻的侧面，所述相邻的侧面之间具有边缘；以及

三个非支承表面；

其中所述非支承表面布置在每个所述支承表面之间。

2.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述支承表面构造成接收来自标准套筒工具的扭矩并将扭矩传递到所述螺纹部分。

3.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述支承表面的每个边缘与所述非支承表面中的一个相对布置。

4.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面的相邻侧围绕所述支承表面的边缘对称地设置。

5.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面的一个侧面仅平行于另一个支承表面的另一个侧面。

6.根据权利要求5所述的紧固件，其中，所述支承表面的平行侧之间的距离由通过工业标准确定的尺寸限定。

7.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面的侧面是平坦的。

8.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述非支承表面具有凸形曲线。

9.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面平滑地过渡到相邻的非支承表面。

10.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述支承表面的边缘围绕所述紧固件的纵向轴线等距间隔开。

11.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述支承表面的每个边缘与所述支承表面的每个其他边缘间隔120度。

12.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面的两个相邻侧在所述支承表面的边缘处形成120度的角度。

13.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面的两个相邻侧在所述支承表面的边缘处形成126-130度的角度。

14.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述支承表面的每个边缘设置在每个所述支承表面的中间。

15.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述螺纹部分包括内螺纹。

16.根据权利要求1所述的紧固件，其中，所述螺纹部分包括外螺纹。

17.根据权利要求1所述的紧固件，其中，每个所述支承表面的每侧包括邻近所述支承表面的边缘设置的凹入支承表面。

18.根据权利要求1所述的紧固件，还包括围绕所述支承部分设置的帽，其中所述帽包括：

三个帽支承表面，设计成接收来自工具的扭矩并将扭矩传递到所述螺纹部分，其中每个所述帽支承表面包括两个相邻帽侧，在两个相邻帽侧之间设置有帽边缘；以及

三个帽非支承表面；

其中在每个所述帽支承表面之间设置帽非支承表面，

其中每个所述帽支承表面覆盖在所述支承表面中的一个支承表面上，

其中每个所述帽非支承表面覆盖在所述非支承表面中的一个非支承表面上。

19.根据权利要求18所述的紧固件，其中，所述紧固件包括凸缘部分，所述帽围绕所述凸缘部分受压以使得所述帽保持在所述支承部分上而无需将所述帽焊接。

20.根据权利要求1所述的紧固件，其中，与尺寸适用于相同应用的标准紧固件相比，所述紧固件包括约11％的质量减少。