CN108779794B - 一种紧固元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紧固元件(10,30,40),包括螺纹部,所述螺纹部的螺纹设计确定了旋转紧固方向(B)和轴向紧固方向(K)。所述紧固元件(10,30,40)包括头部(12,32,48),所述头部(12,32,48)具有朝向轴向紧固方向(K)的头部下表面(44),通过所述头部下表面(44)可与组件产生受力配合连接。头部(12,32,48)的设计使得头部下表面(44)具有与头部中心径向相离的边缘区域(16,42),所述头部下表面(44)的轮廓从边缘区域(16,42)到头部中心,且向轴向紧固方向(K)相反的方向延伸,由此产生弹性效应。所述边缘区域(16,42)具有在轴向上变化的周向面。本发明的特征在于,所述周向面在至少65°中心角(β)区域内沿轴向紧固方向(K)、与旋转紧固方向(B)相反,以不大于15°的螺旋上升角(α)上升。

Description

一种紧固元件
技术领域
本发明涉及权利要求1前序部分所述的紧固元件。
背景技术
现有技术中,所述螺钉包括螺杆和螺钉头部,螺纹的设计确定螺钉的拧入方向,所述螺钉头部朝向螺杆的一端的直径大于螺杆直径,螺钉头部这样设计使得头部的边缘区域在朝向螺杆的轴向方向上与其在螺杆上的连接区域具有一定距离,由此可产生预紧力。这种类型的螺钉也称为弹性头螺钉。
WO2012/076360A1公开了一种螺钉,在其边缘区域具有波纹凸缘。由于螺钉头部呈圆锥形结构,因此可在待紧固组件上产生预紧力,所述预紧力通过相对待紧固组件向波纹起伏结构施加力变成扁平结构而形成。
对于此类弹性头螺钉,螺钉有可能松动,特别是在高动态负荷的情况下。
EP0028746A1所述的弹性头螺钉可指示所施加的接触力,本申请涉及的螺钉,具有环形平底面和均布的弹性部。所述弹性部具有周向波浪状的边缘部,该边缘部与螺杆同轴设置,并与连接区域径向设置。当螺钉拧紧时,所述波浪状的边缘部变平,由此指示施加了最大的拧紧力矩。如果螺钉随着时间松动,这种松动将通过边缘部的波浪状结构的再现来指示。
这种螺钉只能在早期能发现其任何的松动。
发明内容
本发明的目的在于增加弹性头螺钉的释放扭矩,并且提高其动态特性。
本发明所述目的通过结合权利要求1的特征部分和前序部分的特征来实现。
从属权利要求提供本发明的优选实施方式。
根据现有技术,本申请所述紧固元件包括螺纹部分,所述螺纹的设计确定旋转紧固方向和轴向紧固方向。所述紧固元件还包括下表面朝向轴向紧固方向的头部,该头部下表面可与待紧固组件产生受力配合连接。头部这样设计使得头部下表面的边缘区域与头部中心径向相离,且头部下表面的轮廓从边缘区域开始到头部中心,并向轴向紧固方向相反的方向延伸,由此可产生弹性效应。并且,在轴向上,边缘区域还具有不断变化的周向面。
根据本发明,在旋转紧固方向相反的方向上,周向面在至少65°中心角(β)区域内沿轴向紧固方向以不大于15°的螺旋上升角(α)上升。达到最大后,周向面在轴向紧固方向相反的方向上再次下降。
由于头部不断向待紧固组件施加压力,头部下表面的中心区域也迫使与待紧固组件接触,弹性头部由此被拧紧而在头部的弹性区域内产生预紧力。
因此,高度的轻微上升不仅确保了低摩擦紧固操作,也可防止待紧固组件表面受损。这特别有利于待紧固组件是涂覆材料的情况。并且,用于螺纹连接的大部分扭矩也可用于向待紧固组件施加预紧力,从而不需要将其转化成摩擦能。
优选地,所述上升是单调的,并且特别严格单调。这使得弹性头部可连续施压于待紧固组件。
根据另一个优选实施例,周向面在至少70°扇形中心角区域内连续上升。优选地,周向面以不大于10°的螺旋上升角上升,特别是不大于5°。这使得施加在待紧固组件上的接触压以较温和的方式增加,从而防止待紧固组件表面受到损坏。
每一次上升后,周向面都会立即下降,然后又再次上升。优选地,这种情况发生在,下降角(δ)相对于螺旋轴的水平法线大于45°,特别是大于65°,但尤其小于或等于90°。因此,可产生锐利的边缘,不需要削切就可确保螺钉紧固而不松动,使得所述紧固元件易于加工。
进一步地,高度在不大于15°扇形中心角区域内下降。
由于周向面(高度)极其平缓上升且急剧下降,可向待紧固组件轻微地施加预紧力而不损坏组件表面,并且可确保紧固元件不松动。
其后具有下降区的上升区形成凸轮结构,根据本发明,螺钉头下表面可形成1至5之间任意数量的凸轮数。对于一个上升区的情况,优选地,其扇形圆心角约介于345°和360°之间。如有三个上升区,扇形圆心角约介于105°和120°之间。
为了形成凸轮结构,在与中心轴线相同的径向距离处,上升宽度An和下降宽度Ab满足Ab(γ)*tan(δ)=An(β)*sin(α),具体可见平面展开图。
紧固元件可优选为螺钉,正如本实施例,螺钉的螺杆与螺钉头部的下表面同轴连接,尤其是,头部具有驱动器轮廓,优选地,所述驱动器轮廓设置在头部下表面相对的头部顶部。
在另一个实施例中,紧固元件也可是螺母。在本实施例中,内螺纹同轴地设置在螺钉头部内,所述驱动器横向形成。
附图说明
本发明的进一步优点、特征和可能的应用可从以下附图所示实施例的描述中得到。附图中:
图1是具有一个锁止结构的紧固元件(螺钉)的局部剖视图;
图2是根据本发明的具有一个锁止结构的紧固元件的头部的透视图;
图3是本发明所述的具有三个锁止结构的紧固元件的头部的透视图;
图4是图3所示的螺钉头部的头部下表面的平面图;
图5是图3所示的头部的边缘区域的平面展开图;
图6a是本发明所述的具有补偿结构的具有三个锁止结构的紧固元件的头部的透视图;
图6b是图6a所示的头部的侧视图。
图1是根据本发明所述紧固元件的局部剖视图,该紧固元件是具有头部12的螺钉10。所述头部12过渡到螺杆14,螺纹确定了旋转紧固方向B和轴向紧固方向K。所述头部12在径向远离头部中心处具有与待紧固组件接触的边缘区域16。如图所示,在头部下表面,始于边缘区域16的头部轮廓朝轴向紧固方向K相反的方向延伸。这样设计可使边缘区域16相对头部中心产生弹性效应。边缘区域16的高度在轴向上发生变化,并在358°扇形中心角β区域内沿轴向紧固方向K连续上升(将在以下图中进行详细描述)。上升的角度少于2°,确保头部12以极温和的方式向待紧固组件施压(图中未显示)。上升区之后,在过渡区20中,边缘区域16的高度在2°扇形中心角γ区域内沿轴向紧固方向K相反的方向下降到起始位置。这种急剧下降确保螺钉可以旋转紧固方向B相反的方向拧出。而边缘区域的高度略有上升可防止螺钉松动,并且易于与待紧固组件的表面接触。
图2是头部12的透视图,显示本发明所述紧固元件的头部下表面,与图1的视图相似。该视图清晰地显示了边缘区域16、过渡区20和帽状的头部轮廓。
图3是本发明具有右旋螺纹的紧固元件30的头部32的透视图,出于清晰的目的,本视图未显示螺杆部分,所示的紧固元件30设计成具有头部32的紧固元件30。图3所示的实施例在118°扇形中心角β区域内具有三个上升区34a,34b,34c,并且在2°扇形中心角区域内下降。这三个区域使得头部32向待紧固组件(未显示)施加更均匀的接触力。并且,与图1所示的实施例相比,由急剧下降产生的更多数量的锁止结构36a,36b,36c使得螺钉的释放扭矩增加且头部32应力分布更加均匀。
图4是图3所示头部32的头部下表面的平面图,三个上升区34a,34b,34c分别在118°扇形中心角β区域内,设置三个锁止结构使高度在约2°中心角γ的区域内下降到起始水平。
图5是图3所示头部32的边缘区域的平面展开图,更加清楚地描述了边缘区域的高度变化过程。该图显示了扇形中心角β区域内沿轴向紧固方向K、与旋转紧固方向B相反的高度变化情况。从图可以看出,高度在118°区域内沿轴向紧固方向上升,且向上的坡度约1°,然后在2°区域内下降到初始高度,接下来从初始高度再次上升。从而形成了图3所示的锁止结构,以确保紧固特性不会破坏待紧固组件的表面并有效增加释放力矩。
图6a是根据本发明的具有右旋螺纹的紧固元件40的另一个实施例的头部48的侧视图,出于清晰的目的,该视图省略了螺杆部分。在该实施例中,头部下表面44上的边缘区域42的高度变化也类似地存在于头部顶部46。所述补偿结构50使得头部在边缘区域42的厚度均匀,从而当紧固元件40处于张紧状态时,可确保头部的应力分布均匀,与此同时,可保留制造工艺中成形过程的体积偏移。
图6b是图6a所示的头部48的侧视图,清楚地显示了所述补偿结构50的结构。

Claims (11)

1.一种紧固元件(10,30,40),包括螺纹部,所述螺纹部的螺纹设计确定了旋转紧固方向(B)和轴向紧固方向(K);所述紧固元件(10,30,40)包括头部(12,32,48),所述头部(12,32,48)具有朝向轴向紧固方向(K)的头部下表面(44),通过所述头部下表面(44)与组件产生受力配合连接;头部(12,32,48)的设计使得头部下表面(44)具有与头部中心径向相离的边缘区域(16,42),所述头部下表面(44)的轮廓从边缘区域(16,42)到头部中心,且向轴向紧固方向(K)相反的方向延伸,由此产生弹性效应;所述边缘区域(16,42)具有在轴向上变化的周向面,其特征在于,所述周向面在至少65°中心角(β)区域内沿轴向紧固方向(K)、与旋转紧固方向(B)相反,以不大于15°的螺旋上升角(α)上升,所述头部的顶部(46)具有高度变化的周向面,且顶部(46)设有补偿结构(50),使得整个头部在边缘区域(16,42)的厚度均匀。
2.根据权利要求1所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述上升(34a,34b,34c)是单调的。
3.根据权利要求1或2所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述上升(34a,34b,34c)覆盖至少70°的中心角(β)。
4.根据权利要求1所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述上升(34a,34b,34c)以不大于10°的螺旋上升角(α)上升。
5.根据权利要求4所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述上升(34a,34b,34c)以不大于5°的螺旋上升角(α)上升。
6.根据权利要求1所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述上升(34a,34b,34c)后下降(36a,36b,36c)的下降角(δ)相对于螺旋轴的水平法线大于45°。
7.根据权利要求6所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述上升(34a,34b,34c)后下降(36a,36b,36c)的下降角(δ)相对于螺旋轴的水平法线大于65°且小于或等于90°。
8.根据权利要求6或7所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,下降(36a,36b,36c)覆盖不大于15°的中心角(γ)。
9.根据权利要求6或7所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,上升宽度An和下降宽度Ab满足Ab*tan(δ)=An*sin(α)。
10.根据权利要求1所述的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述紧固元件(10,30,40)是具有螺杆(14)的螺钉(10),所述螺杆(14)设有螺纹,且设置在头部中心,并朝轴向紧固方向(K)延伸。
11.根据权利要求1的紧固元件(10,30,40),其特征在于,所述的紧固元件(10,30,40)是螺母,螺纹设置在其头部的中心。
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