CN1103002C - 螺纹紧固件的螺旋驱动系统 - Google Patents

Abstract

螺纹紧固件10的螺旋驱动系统包括在紧固件10的头部端16上的与螺丝刀接合的表面，其中，至少某一与螺丝刀接合的表面由螺旋线线段8限定，螺旋线线段8被构形以便尽可能大地扭矩传递，同时在宽阔的螺丝刀—紧固件接触面上分布传动负载以减小产生高应力区的风险。还公开了螺丝刀4和相关的工具。

Description

螺纹紧固件的螺旋驱动系统

发明领域

本发明涉及螺纹紧固件的驱动系统，其制造工具和驱动紧固件的螺丝刀。

发明背景

一般在工业上使用的螺纹紧固件典型地由动力工具以高速和在高扭矩负载下驱动。关于驱动系统，特别是螺纹紧固件，其具有在紧固件头部中与螺丝刀接合的凹槽，这样的条件表现出设计困难的因素。理想的是，就凹槽和头部的几何形状以及用于形成紧固件头部和与凹槽接合的螺丝刀而言，这样的驱动系统容易制造。紧固件头部的强度应不受凹槽的不利影响。螺丝刀应容易插入凹槽并容易从凹槽中退出。配合时，螺丝刀和凹槽应均匀地分布应力负载以避免形成高集中的应力负载区，其可导致凹槽或螺丝刀或两者变形，从而使驱动系统过早损坏。紧固件被驱动时，驱动系统应承受凹槽中螺丝刀的推动。在许多应用场合，十分重要的是，在紧固件必须拆除以便修理或替换零件，或者，拆卸和替换观察板的应用场合，紧固件必须能够承受几个循环。特别是在这样的环境条件下，即凹槽脏污，被涂漆，腐蚀或者在使用中其它的不利的影响，理想的是，紧固件驱动系统能够这样重复循环。在这样的环境条件下，在拆卸方向上提供扭矩时，驱动系统必须保持传动接触。当拆卸紧固件时，如初始装配时螺钉被过度扭转而可能存在的情况下，或者，在啮合的螺纹接触面处产生腐蚀的情况下，或者被装配零件的热循环使紧固件上增加应力的情况下，驱动系统必须能够提供均匀的较高水平的扭矩。在一个以上的因素和其它特性可能表现为相互矛盾的因素的情况下，可以进行两者兼顾。

各种凹槽和螺丝刀的构形被共同使用，其包括许多十字槽，如美国专利关于24,878(史密斯等)；3,237,506(Muenchinger)和2,474,994(Tomalis)。其它的紧固件几何形状包括美国专利3,763,725(Reiland)中描述的这种类型的多个翼部几何形状和美国专利4,187,892(Simmons)中描述的加肋的驱动系统。美国专利5,598,753(Lee)包括防干扰紧固件，它具有在头部中铣出的三个凹进的对称设置的凹槽，每一凹槽有一对壁。每一壁的轮廓是圆形的。普通凹槽构形之一是艾伦(Allen)系统，它基本上是接纳类似形状的螺丝刀的直壁六角形凹槽。除加肋系统外，螺丝刀和凹槽的壁和面一般被设计成相互紧密配合，尽量实现传动面和从动面面对面接触。使用十字槽紧固件，只有当螺丝刀适当地对准并位于凹槽内时，才能产生这样的面对面接触。然而，事实上，为了能使螺丝刀插入凹槽，两者之间必须有一定的间隙。这样间隙的必要性对于具有大体垂直的传动壁的凹槽是很关键的，如在Reiland专利’725和艾伦(Allen)系统中那样。在所有这些系统中，这样间隙必要性的实践结果是，不论怎样，很少获得螺丝刀和凹槽之间的大体面对面的大面积接触。对于大多数螺纹紧固件的驱动系统，螺丝刀以点或线接触的方式而不是以面对面的大面积接触的方式与头部凹槽配合。接触的实际面积一般少于完全的面对面接触。因此，螺丝刀提供扭矩时，施加到螺钉头部的力往往集中在局部区域，从而导致高的局部应力。这样的局部高应力使凹槽塑性变形，形成斜坡或其它导致螺丝刀从凹槽过早意外脱开。

在现有技术中已知困难。例如，美国专利2,248,695(Bradshaw)公开了螺钉头部和螺丝刀结构，其中，螺丝刀和紧固件的传动面和从动面分别是曲面的并且相对于螺钉轴线偏心地定位。在Bradshaw的紧固件中，可使用任何适当的曲率，例如圆形或对数螺线，只要其被定位以便由摩擦接触约束或锁定在一起。尽管有Bradshaw的教导，较后的紧固件驱动系统，如上述，没有显示采纳有关依赖摩擦接触的Bradshaw的教导。

本发明的一般目的之一是提供螺纹紧固件的驱动系统，其获得许多螺纹紧固件驱动系统的理想特征，具有与现有技术的情况相比较，较少需要兼顾矛盾的特性。

发明概述

通过分别形成螺丝刀和紧固件的传动面和从动面，其使与一螺旋线线段一致，特别是使其形成螺旋形，该螺旋形在螺丝刀插入和拆除时在螺丝刀和凹槽之间留有基本足够大的间隙，其中，允许完全就位的螺丝刀转动占据该间隙。螺丝刀的传动壁的螺旋形和凹槽与螺丝刀接合的壁的螺旋形可以这样，当螺旋形壁接合时，它们在相对宽阔的面积上接合，因此在该宽阔的面积上提供和分布应力。螺旋形传动壁和从动壁被定位，以便引导大体垂直于紧固件半径的所施加扭矩的主要部分，而较小地依赖摩擦的，几乎相切的接触，如果有的话。

可实现的是，螺丝刀的传动壁和与螺丝刀接合的凹槽壁被形成为几乎是垂直的，尽管几度的某倾斜角是可接受的。传动壁的构形能够传递高水平的扭矩，而不会有大体轴向的外推力，该力往往迫使螺丝刀轴向脱离凹槽。通过尽可能地减小外推的倾向，凹槽可以是较浅的，由此与普通深凹槽的情况相比构成高强度的螺钉头部。

体现本发明的凹槽最好包括中心部和多个大体径向的翼部，至少两个翼部具有至少一个高度方向延伸的，与螺丝刀接合的螺旋壁。可设置凹槽，其中，螺旋传动面仅在安装方向接合，或者，仅在拆卸方向接合，或既在安装方向又在拆卸方向接合。另外，可设置螺旋面以使其具有不同的弧长和取向，从而扭矩能力在一个方向比另一个方向高。因此，可以使螺钉在拆卸方向能够传递的扭矩载荷比在安装方向传递的扭矩载荷高，这样，总可以提供足够的扭矩以克服安装时早先施加的扭矩。

在本发明的另一方面，接合的螺丝刀和凹槽面的螺旋构形相对于螺钉的纵向轴线被成形和定位，以便螺丝刀的面与相关的凹槽面接触时，螺丝刀的面沿这些面所共同接合面均匀地接触。螺丝刀面的螺旋构形最好大体相同于凹槽面的螺旋构形。因此，螺丝刀转动使其螺旋面与凹槽从动面接合时，螺丝刀的整个表面面积与凹槽的相应整个表面面积接合。这样接合后，连续扭矩从螺丝刀提供给凹槽，力的主要部分沿大体垂直于紧固件半径的方向提供。螺丝刀的横截面形状略微小于凹槽的横截面形状，以保留足够大的间隙，该间隙可增强螺丝刀插入凹槽和从凹槽脱离的能力。螺丝刀转动的开始阶段，螺旋形螺丝刀面可占据间隙，这样，螺丝刀和凹槽传动面接合时，它们以宽阔的面对面接触的方式接合。在最佳形式中，螺丝刀和凹槽的配合螺旋面被成形和定向，这样，在凹槽中螺丝刀允许自由转动的整个范围，螺旋面大体相互平行。在本发明的另一方面，螺丝刀和凹槽的螺旋形接合壁限于在螺旋形最内部分处的螺旋线区域范围。螺旋线的起始点可定位在距紧固件转动纵向轴线限定的半径处，螺旋线长度延伸到起始半径倍数的点，其达到起始半径的大约三倍，或者，三倍半。

在本发明的另一方面，提供冲头，用于成形紧固件坯料头部中的凹槽，其中，该冲头包括主体和尖头，主体具有成形的端部以成形紧固件头部的一部分，尖头适于在普通的双冲镦锻机形成本发明的螺旋形凹槽。尖头的径向延伸的翼部有一个或两个螺旋形表面，该螺旋形表面适于冲压紧固件的头部端时，形成互补的螺旋形表面。在本发明的另一方面，驱动系统可用于外部驱动紧固件，其中，动力工具形成有凹槽而紧固件上的从动面由紧固件头部上的周边表面限定。

本发明目的之一是提供螺纹紧固件的驱动系统，其中，紧固件中与螺丝刀接合的表面形成为螺旋形，其适于与相同的螺旋形螺丝刀元件接合。

本发明的另一目的是提供螺纹紧固件驱动系统，其中，当螺丝刀完全插入凹槽中并且同时还能使螺丝刀和凹槽的传动壁宽阔地面对面传动接触，螺丝刀和紧固件的传动面和从动面分别提供在传动面之间的足够大的间隙。

本发明另一目的是提供用于螺纹紧固件的驱动系统的新颖工具。

附图简要说明

参考附图，本发明上述的和其它的目的和优点将从下面进一步说明中充分地理解；其中：

图1表示本发明具有凹槽的平头螺钉；

图2表示本发明螺丝刀，其适于与图1的螺钉凹槽接合；

图3是螺钉头部的俯视图，为了便于说明，螺钉具有本发明的简化的单个翼螺旋凹槽，截面所示的螺丝刀在凹槽内；

图4类似于图3，其中，螺丝刀已相对螺钉转动，从而螺丝刀的螺旋面与凹槽的螺旋面接合；

图5是恒定间隙螺旋线的极坐标图，其限定用于本发明接合的螺丝刀和凹槽壁的最佳形状；

图6是作用力示意图，表示当插入的螺丝刀给紧固件施加扭矩时，本发明螺丝刀和凹槽之间力的平衡；

图7类似于图6的作用力示意图，表示现有技术螺丝刀和凹槽之间产生的分力，其中，系统的设计依赖于螺丝刀和凹槽之间的摩擦接合；

图8A-8E示意地表示紧固件头部的俯视图，紧固件头部具有多个翼部凹槽，其中，螺旋构形的凹槽壁与逆时针转动的螺丝刀接合；

图9A-9D螺旋形凹槽构形的示意图，其具有多个翼部，翼部具有翼部的安装壁和拆卸壁，每一个有螺旋构形；

图10A是本发明具有凹槽的螺钉的示意俯视图，其中，螺钉的翼部设有不对称构形的螺旋安装壁和拆卸壁，其适于沿逆时针(拆卸)方向产生比顺时针(安装)方向大的扭矩，并进一步剖面表示螺丝刀；

图10B是图10A的螺钉和螺丝刀的示意图，其中，螺丝刀沿拆卸方向逆时针转动，而螺丝刀和凹槽的螺旋拆卸壁处在接合状态；

图11A是多翼部凹槽的螺钉和螺丝刀的示意俯视图，其中，螺钉和螺丝刀的接合表面在转动的意义上形成恒定间隙的螺旋轮廓，所提出的安装壁形成不同的螺旋轮廓，还显示螺丝刀的安装壁，螺丝刀被转动与凹槽的安装壁接合；和

图11b是类似于图11A的视图，但其中，螺丝刀相对于螺钉头部逆时针转动以便螺丝刀和凹槽的恒定间隙的螺旋表面接合。

实施例说明

图1表示示例的螺纹紧固件10，它有杆12，在其一端形成螺纹14和在其另一端形成带凹槽18的头部16。头部16可在普通的双冲镦锻机上形成，其中，制成紧固件的金属线材或其它材料的端部支承在镦锻机的模具中，首先，用部分成形头部的冲头冲压其头部端，然后，用精冲头冲压其头部端，精冲头精加工头部并形成与螺丝刀接合的凹槽。所示凹槽18具有中心部20和多个径向向外延伸的翼部22。图1实施例的凹槽这样形成，以致每一翼部22有安装壁24(假设右旋螺纹14)和拆卸壁26。最好，安装壁24和拆卸壁26形成为大体垂直的，以限定或十分接近平行于螺钉纵向轴线的圆柱形表面。安装壁和拆卸壁和凹槽的其它表面可形成以包括某一正斜角，即，它们可沿从底部到凹槽顶部的方向略微扩张。例如，达到大约6°的正斜角不会有害地影响用于多种应用场合的系统的扭矩传递能力。凹槽的底部由锥形底壁28限定。每一翼部径向的外端的轮廓在翼部的安装壁24和拆卸壁26之间提供平滑的曲面过渡。凹槽包括在一个翼部22的安装壁24和下一个相邻的翼部22的拆卸壁26之间的内过渡壁32。应理解本发明可以各种各样构形用于螺纹紧固件，其包括具有一个以上翼部，其中，仅安装壁或拆卸壁24、26的其中之一设有螺旋形部分。

图2表示螺丝刀24，其形状适于与图1所示的多翼部螺旋槽接合。螺丝刀34可包括柄部36和在柄部36的端部形成的多翼部尖头38。尖头38有中心部42，多个翼部40从中心部42呈辐射状。螺丝刀的端壁以锥形或其它形状形成。最好，端壁42这样构形，当螺丝刀34完全装在凹槽18中，在凹槽底壁28和端壁42的一部分之间保留一些间隙。可认为每一翼部有安装壁46和拆卸壁48。

尽管设想大部分的应用场合，但不必是所有的应用场合，采用多翼部凹槽和螺丝刀，但是，参考图3和4中夸大示意地显示的简化的单翼部实施例，举例说明和理解本发明的原则。俯视的螺钉头部16有单个翼部凹槽18A，其限定安装壁24A和拆卸壁26A(假定右螺旋螺纹紧固件)。为便于解释，拆卸壁26形成螺旋形状，其中，其与垂直于紧固件轴线44的平面相交形成螺旋线。安装壁24A显示为大体平的，其沿径向从起始点到螺旋线外端延伸。在紧固件头部16的顶面处沿垂直于紧固件轴线44的平面所取的剖面表示螺丝刀34A。可认为简化的单个翼部螺丝刀34A具有安装壁46A和拆卸壁48A，两者在截面的几何形状方面基本上相同于凹槽18A的安装壁24A和拆卸壁26A。形成螺丝刀34A的拆卸壁48A以形成大体相同于凹槽壁26A的螺旋线。由凹槽限定的包络面中接纳的螺丝刀34A的尖头的至少一部分具有平行于凹槽相应壁取向的壁。螺丝刀相对于凹槽确定尺寸，以便其装在凹槽中时，在螺丝刀和凹槽的相应传动壁之间可有大体均匀的间隙50。凹槽和螺丝刀之间的间隙50足够大，其应被选择以保证在较宽范围的操作条件下螺丝刀可容易地插入凹槽和从凹槽拆除，操作条件包括在凹槽中存在脏污，腐蚀等。

图4是图3的螺丝刀和凹槽的示意图，螺丝刀逆时针转动螺丝刀的螺旋拆卸壁48A与凹槽大体平行的螺旋壁26A接合。从图4可以看出，螺丝刀转动其螺旋面，与凹槽的螺旋面接合时，螺丝刀和凹槽的螺旋拆卸壁之间的间隙50被完全占据，同时螺丝刀和凹槽的安装壁之间的间隙52增加，形成角度θ，其对应必须转动螺丝刀，使之充分与凹槽接合的转动量。因此，当螺丝刀沿减小螺旋线半径的方向转动时，间隙50被消除，而螺旋面在宽阔的表面积上充分接合。根据本发明，选择螺旋曲线并使之定向以便能够传动高扭矩。理想的是，螺丝刀的整个螺旋面在大体全部表面积上同时与凹槽的整个螺旋面接合。这样的接合避免了高应力集中点的产生，大范围地和均匀地分布施加的负载。

应理解在图3和4所示的夸大示意的单个翼部中，螺旋线从图4中的起始点54到图4中端点56是连续的。根据本发明，所设置的螺丝刀和凹槽的配合面符合于螺旋线的较向内布置的部分而不是较向外布置的部分，因为较向内布置的部分将传递所施加力的较大部分，其作为扭矩而不是作为不传动紧固件的径向向外的力。因此，从图4可看出，例如，螺旋线径向较向内的部分58将比螺旋线径向较向外的部分60传递较大的施加力以扭转紧固件，其中，施加力的较大分力指向径向向外的方向，而其较小的分力在产生扭矩的方向。本发明的重要方面是所设置的螺旋形壁采用其径向较向内的区域。因此，在实践应用中，按本发明制造的紧固件将包括标号58所示的螺旋线线段，而线段60所示的部分不采用。如下面进一步的详细说明，螺旋面相对螺钉的纵向轴线44这样定向，螺丝刀施加给紧固件的扭矩主要部分用于转动紧固件而不是提供径向向外的力。如所示，沿拆除方向扭矩的传递大于沿安装(顺时针)方向所提供的扭矩。根据本发明，基于紧固件的特殊应用，螺旋面的取向可以是不同的以便在安装和拆卸扭矩的能力之间提供所需的比例。

图5表示在极坐标中，理想螺旋线具有本发明应用的所需特性，其中，其相对于转动轴线取向，转动轴线对应于螺纹紧固件的纵向轴线，这样转动时，理想螺旋线通过角度θ将保持平行于未转动的螺旋线并与未转动的螺旋线间隔。如图5所示，在位置A所示的理想螺旋线，当其转动通过角度θ达到位置B时，它保持平行于位置A的螺旋线并将与位置A的螺旋线间隔间隙C。虽然间隙C的大小将随转动角度θ的增加而增加，但是，对于θ的任一给定角度，间隙C将在螺旋线的长度范围上保持恒定。由下列方程式限定恒定间隙螺旋线的几何形状，其以极坐标表示： $\mathrm{\θ}=\sqrt{{(R/R_i)}^2-1}+\mathrm{Arc}\sin {(R/R_i)}^{-1}-(\mathrm{\π}/2)$

θ＝以距转动轴线距离r相交于曲线的射线转角(弧度)；

R_i＝从转动轴线到螺旋线起始点所测量的起始半径；和

R＝在转角θ处从转动轴线所测量的螺旋线半径。

从上述可以理解螺丝刀形成有传动壁时，其具有恒定间隙的螺旋形，螺丝刀被驱动与凹槽的螺旋壁接合，螺丝刀上的螺旋传动壁与凹槽上的相应螺旋传动壁同时充分地接合。如有关图4的上述，图5的极坐标图仅旨在表示理想的螺旋线，其中，螺旋线的转动位置之间的间隙是恒定的，从而可认为螺旋线是平行的。

根据本发明，确定凹槽的翼部的传动壁上的螺旋面的位置，以便螺旋线的起始点54与凹槽中心轴线44径向间隔半径Ri。根据本发明，接近起始点54定位的螺旋面的这些部分将沿转动驱动螺钉的方向传递所提供扭矩的较大部分，而不是较向外定位的部分传递。通过形成与较接近起始点54定位的螺旋线的部分相一致的那些表面，螺丝刀的螺旋面和与螺丝刀接合的凹槽将最有效地传递扭矩。根据本发明，力的传动壁应是曲面的，从而与螺旋线的部分一致，该螺旋线的部分从图5中R＝1到不大于大约R＝3.5(在点62所示)延伸，优选地是，在R＝1到大约R＝2的范围内延伸。考虑由螺旋线的所需内部所对着的圆弧角，该角可包括最大大约125°，较好为大约90°或更小，最好为大约45°或更小。

图6和7是作用力示意图，它们表示沿接合的螺丝刀和凹槽壁的曲面在任易点作用的分力。图6显示本发明作用力示意图。图6表示螺丝刀34B具有沿曲面接触面68与带凹槽的紧固件头部16B的拆卸壁26B面对面接合的拆卸传动壁48B。图6示意地表示如标号70处所示，围绕螺钉轴线44B提供的逆时针扭矩的力矢量。在所考虑的选择点72处，螺丝刀34B沿接触面68的法线方向提供力74给凹槽面26B。法向力74分解成仅给螺钉提供扭矩的分力76和产生径向向外压应力而不产生扭矩的另一分力78。另外，法向力74导致沿接触面68的切线82方向产生摩擦力80。而摩擦力80分解为增加扭矩分力76的分力84和相反于径向向外分力78并与径向向外分力78相减的另一分力86。关于法向力74的摩擦力80的大小取决于摩擦系数，当然，摩擦系数随表面光洁度，润滑能力和螺钉材料变化。例如，摩擦系数在0.1和0.4之间的范围，在图6和7的作用力示意图的研究中选择0.4的摩擦系数。因此，图6表示使用本发明的驱动和被驱动壁的几何形状，假定为了示例的目的，甚至使用高的摩擦系数，主要由法向力的分力108产生扭矩。采用本发明的紧固件的扭矩传递能力在很大程度上不取决于摩擦力的矢量分量84。

图7类似于图6的作用力示意图，其描述螺丝刀-凹槽曲面接触面68’的作用，接触面68’被定向，从而在点72’曲面接触面68’的切线82’被定向几乎垂直从螺钉轴线44B’到点72’所画的半径。这样的设计特征在Bradshaw专利2,248,695中描述。图7与图6比较，显然，矢量分量78’和86’的长度之差表明，现有技术结构导致螺钉头部较高的径向向外的负载，其依赖于产生扭矩的可变的，经常无法预见的摩擦现象。通过比较分力84’和分力76’的相对作用，现有技术依赖于摩擦力是明显的。从上述可以理解垂直于螺旋线线段的线将相对从纵向轴线到切点的半径形成角度，其代表螺丝刀所施加的力作为扭矩传递给紧固件的程度。在中请人的发明中，角度不应小于17°，优选的是大体大于17°。在本发明主要的目的之一是提供传动系统，高的扭矩通过传动系统从螺丝刀传递到紧固件，而减小损坏螺钉头部的危险并且不会严重地依赖摩擦特性。

图8A-8E示意地表示采用本发明的带凹槽头部的紧固件，其包括两个到六个翼部22A-22E。在这些实施例中，凹槽被成形以使其拆卸壁具有螺旋形轮廓，从而使拆卸方向的扭矩作用大于安装方向的扭矩作用。在这些图中，安装壁显示为大体平的尽管可以理解安装壁可以呈任何所需的形状，包括按本发明的螺旋形形状。

图9A-9D表示在双向螺旋传动系统中本发明的应用，该传动系统适于提供沿拆卸和安装方向大体相同的扭矩。在这些实施例中，一个以上的翼部的拆卸壁和安装壁分别设置在相反方向定位的螺旋轮廓，从而提供在安装方向和拆卸方向上螺旋形传动壁所具有的特性。在图9A-9D所示的实施例中，翼部的安装壁和拆卸壁可以是大体相互镜象对称。

图10A和10B表示多翼部传动系统，其中，翼部(示例显示三个)包沿安装和拆卸方向螺旋传动壁，但在其中，每一翼部中的传动壁的其中之一具有大于另一传动壁的扭矩能力。图10A和10B所示的实施例在拆卸方向提供较大的扭矩能力，因为拆卸传动壁具有比安装传动壁大的弧长和相应的面积。因为沿拆卸方向在较大面积上施加力，所以，沿那个方向可提供较大的扭矩。

虽然使用上述恒定间隙螺旋线可有效地实施本发明，但可提供使用螺旋线的系统，其与最好大体恒定间隙螺旋线略微不同，同时还提供优于现有技术的明显优点。图11A和11B表示这样的凹槽和螺丝刀34F的实例，其中，凹槽包括四个翼部22F，每一翼部具有拆卸传动壁26F，其形成有恒定间隙螺旋线，和安装传动壁24F，其具有不同的螺旋线形状，其取向沿扭矩产生方向从螺丝刀到凹槽引导力的主要部分。每一螺丝刀和凹槽翼部上的安装和拆卸面的过渡面90，90’，92，92’可形成为弧形。对于所有实施例，理想的是，在螺丝刀的传动面和凹槽的传动面之间提供足够大的间隙，其适于特殊的应用。在现有技术的系统中，在螺丝刀表面限定的包络面和凹槽的包络面之间的基本间隙往往增大在点或线接触部分的应力高度集中，与现有技术不同，本发明基本上不受这样的较大间隙的影响，因为当螺旋形传动面转动通过间隙角度θ与配合的螺旋形凹槽表面接合时，该间隙被均匀地占据.例如，在螺丝刀包络面和凹槽包络面之间和其整个周围的大约0.002至0.004英寸的间隙将不会严重有害地影响该系统的扭矩能力。

凹槽的深度取决于螺钉头部和杆的形状和尺寸，制成紧固件的材料以及凹槽的其它尺寸。选择深度应保持螺钉头部的足够强度，特别是有关100°平头螺钉71，其中，较浅的平头螺保留较少的材料，凹槽可能深入较少的材料部分而不能兼顾头部和杆的连接部强度。使用本发明可提供增强的扭矩能力，导致在螺丝刀和凹槽之间大范围的面积接触，甚至在浅的凹槽深度处，甚至在这样的平头螺钉上能实现高的传动扭矩而不危害螺钉头部的强度。

本发明螺丝刀和凹槽可在双冲镦锻机上制成。冲头一般形成有本体和尖头，尖头基本上对应于螺丝刀的几何形状，见图2。由于在制造具有完全垂直壁的凹槽时的固有困难，即使企图制作精确的垂直壁，也可能导致凹槽中的某一正斜度，可能大约1°。这样的斜度不会严重影响螺旋形传动系统的性能。另外，理想的是形成凹槽有意使其具有较大正斜度，例如，壁的斜度可增加到距垂直面大约5°至6°，而不会严重削弱本发明的优点。冲头可根据冲头成形技术，如采用挤压模形成，根据本发明的螺丝刀可使用传统技术制造，例如使用一个或多个成形模冲压螺丝刀坯料以形成理想形状的翼部，或者，使用特殊形状的铣刀铣削螺丝刀头。

还应理解本发明的上述说明仅是举例说明，不脱离本发明的精神，其它的实施例，改进和等同替换对于本领域普通技术人员是显而易见。根据描述的本发明，所附权利要求限定要求保护的内容。

Claims (38)

1、螺纹紧固件，其具有纵向轴线(44)和在紧固件端部与螺丝刀接合的凹槽(18)，该凹槽有一中心部(20)；多个自中心部径向向外的翼部(22)，翼部分别由一对侧壁(24、26)限定；其特征在于，至少侧壁的其中之一的轮廓限定一螺旋线的线段，它具有与紧固件纵向轴线间隔一起始半径(R_i)的起始点(54)，并且在不大于起始半径3.5倍的半径处延伸到外端点。

2、按权利要求1的紧固件，其特征在于，没有螺旋线线段部分的切线的垂直线相对于从纵向轴线到切点的半径形成小于17°的角度。

3、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，该螺旋线包括恒定间隙的螺旋线。

4、按权利要求3的螺纹紧固件，其特征在于，螺旋线由下列方程式限定； $\mathrm{\θ}=\sqrt{{(R/R_i)}^2-1}+\mathrm{Arc}\sin {(R/R_i)}^{-1}-(\mathrm{\π}/2)$

其中：

θ＝以距转动轴线距离R相交于曲线的射线的转角(弧度)；

R_i＝从转动轴线到螺旋线起始点所测量的起始半径；和

R＝在转角θ处从转动轴线所测量的螺旋线半径。

5、按权利要求4的螺纹紧固件，其中，由传动壁限定的螺旋线线段从起始点延伸到外端点，该外端点位于起始半径大约三倍的半径处。

6、按权利要求2的螺纹紧固件，其特征在于，传动壁限定的螺旋线线段从起始点延伸到外端点，该外端点位于起始半径大约二倍的半径处。

7、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，由螺旋传动壁限定的弧度不大于大约125°。

8、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，由螺旋传动壁限定的弧度不大于大约90°。

9、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，由螺旋传动壁限定的弧度不大于大约45°。

10、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，每一翼部具有安装壁(24)和拆卸壁(26)，其中，拆卸壁具有上述螺旋形构形。

11、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，每一翼部具有安装壁(24)和拆卸壁(26)，其中，安装壁的形状包括上述螺旋线。

12、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，每一翼部具有安装壁(24)和拆卸壁(26)，其中，安装壁和拆卸壁都具有上述螺旋形构形。

13、按权利要求10-12之一的螺纹紧固件，其特征在于，上述壁的其中之一被成形以便其具有大于另一壁的扭矩能力。

14、按权利要求13的螺纹紧固件，其特征在于，具有较大扭矩能力的上述壁包括拆卸壁(26)。

15、按权利要求10-12之一的螺纹紧固件，其特征在于，安装壁和拆卸壁的每一个被成形以便具有大体相等扭矩能力。

16、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，翼部的壁关于径向平面对称，径向平面从紧固件的纵向轴线通过翼部延伸。

17、按权利要求1的螺纹紧固件，其特征在于，翼部的壁关于径向平面是不对称的，径向平面从紧固件的纵向轴线通过翼部延伸。

18、螺纹紧固件，其具有纵向轴线和在紧固件端部与螺丝刀接合的凹槽(18)，该凹槽有安装传动壁(24)和拆卸传动壁(26)；至少一个上述传动壁被成形以便限定一螺旋线线段，其具有与紧固件的纵向轴线间隔一起始半径(R_i)的起始点(54)，并且在不大于起始半径3.5倍的半径处延伸到外端点。

19、螺纹紧固件，其具有纵向轴线和头部，外表面围绕头部的周边的至少一部分延伸，其特征在于，外表面包括至少一个成形侧以便限定一螺旋线线段，其具有与紧固件的纵向轴线(44)间隔一起始半径(R_i)的起始点(54)，并且在不大于起始半径3.5倍的半径处延伸到外端点。

20、按权利要求19的螺纹紧固件，其特征在于，没有螺旋线线段部分的切线的垂直线相对于从纵向轴线到切点的半径形成小于17°的角度。

21、按权利要求19的螺纹紧固件，其特征在于，该螺旋线包括恒定间隙的螺旋线。

22、按权利要求21的螺纹紧固件，其特征在于，

螺旋线由下列方程式限定； $\mathrm{\θ}=\sqrt{{(R/R_i)}^2-1}+\mathrm{Arc}\sin {(R/R_i)}^{-1}-(\mathrm{\π}/2)$

其中：

θ＝以距转动轴线距离R相交于曲线的射线的转角(弧度)；

R_i＝从转动轴线到螺旋线起始点所测量的起始半径；和

R＝在转角θ处从转动轴线所测量的螺旋线半径。

23、螺纹紧固件，其具有纵向轴线和头部，该螺纹紧固件包括：

成形的头部有关于纵向轴线设置的螺丝刀接合表面，其特征在于，该些表面中的至少一个表面的形状限定一螺旋线线段，该螺旋线线段具有与紧固件纵向轴线(44)间隔一起始半径(R_i)的起始点(54)，并且在不大于起始半径3.5倍的半径处延伸到外端点。

24、螺纹紧固件和其螺丝刀的组合，其特征在于，权利要求23限定的螺纹紧固件；驱动工具，其具有与紧固件被传动表面接合的传动面，驱动工具的传动面大体平行于紧固件的被传动面，但有不同横截面尺寸以使螺丝刀能够与紧固件的头部接合，从而它们各自的传动和被传动表面可由间隙分离，该间隙适于允许螺丝刀相对紧固件有限地转动，螺丝刀和紧固件的螺旋面被成形以便螺丝刀转动通过间隙角度并与紧固件相应表面接合。

25、螺纹紧固件和其螺丝刀的组合，其特征在于，权利要求1限定的螺纹紧固件；螺丝刀，它具有杆和在杆端部形成的尖头，尖头具有多个翼部，该些翼部具有侧壁，该些侧壁大体平行于凹槽侧壁并有减小的横截面尺寸，以便能够使螺丝刀插入凹槽，螺丝刀和凹槽之间保留间隙并允许螺丝刀在凹槽中有限地转动，螺丝刀和凹槽的螺旋面被成形以便螺丝刀传动通过间隙角度并与凹槽传动表面接合。

26、按权利要求24或25的螺丝刀和紧固件的组合，其特征在于，上述螺旋面由恒定间隙螺旋线限定。

27、按权利要求24或25的螺丝刀和紧固件的组合，其特征在于，螺旋线由下列方程式限定； $\mathrm{\θ}=\sqrt{{(R/R_i)}^2-1}+\mathrm{Arc}\sin {(R/R_i)}^{-1}-(\mathrm{\π}/2)$

其中：

θ＝以距转动轴线距离R相交于曲线的射线的转角(弧度)；

R_i＝从转动轴线到螺旋线起始点所测量的起始半径；和

R＝在转角θ处从转动轴线所测量的螺旋线半径。

28、按权利要求27的螺丝刀和紧固件，其特征在于，螺旋面从与螺钉纵向轴线间隔一起始半径的起始点，并且在不大于起始半径3.5倍的半径处延伸到端点。

29、按权利要求27的螺丝刀和紧固件，其特征在于，该端点位于不大于起始半径三倍的半径处。

30、按权利要求27的螺丝刀和紧固件，其特征在于，该端点位于不大于起始半径二倍的半径处。

31、一种驱动带槽有头紧固件的螺丝刀，它有一杆，在该杆的端部形成的尖头，尖头具有中心部和多个从中心部径向向外的翼部，每一翼部具有安装壁和拆卸壁，其特征在于，翼部被成形以便安装壁或拆卸壁中至少一个限定一螺旋线的线段，它具有与紧固件纵向轴线间隔一起始半径的起始点，并且在不大于起始半径大约3.5倍的半径处延伸到外端点。

32、按权利要求31的螺丝刀，其特征在于，没有螺旋线线段部分的切线的垂直线相对于从纵向轴线到切点的半径形成小于17°的角度。

33、按权利要求31的螺纹紧固件，其特征在于，该螺旋线包括恒定间隙的螺旋线。

34、按权利要求31的螺纹紧固件，其特征在于，螺旋线由下列方程式限定； $\mathrm{\θ}=\sqrt{{(R/R_i)}^2-1}+\mathrm{Arc}\sin {(R/R_i)}^{-1}-(\mathrm{\π}/2)$

其中：

θ＝以距转动轴线距离R相交于曲线的射线的转角(弧度)；

R_i＝从转动轴线到螺旋线起始点所测量的起始半径；和

R＝在转角θ处从转动轴线所测量的螺旋线半径。

35、用于形成带槽有头紧固件的冲头，它有一本体，其具有成形平面以形成和限定头部的外轮廓；与本体成整体并从平面延伸的尖头，尖头具有中心部和多个从中心部径向向外的翼部，每一翼部有成形表面以形成安装壁和拆卸壁，其特征在于，翼部被成形以便安装壁或拆卸壁中至少一个限定一螺旋线的线段，它具有与紧固件纵向轴线间隔一起始半径的起始点，并且在不大于起始半径大约3.5倍的半径处延伸到外端点。

36、按权利要求31的冲头，其特征在于，没有螺旋线线段部分的切线的垂直线相对于从纵向轴线到切点的半径形成小于17°的角度。

37、按权利要求36的冲头，其特征在于，该螺旋线包括恒定间隙的螺旋线。

38、按权利要求35的冲头，其特征在于，螺旋线由下列方程式限定； $\mathrm{\θ}=\sqrt{{(R/R_i)}^2-1}+\mathrm{Arc}\sin {(R/R_i)}^{-1}-(\mathrm{\π}/2)$

其中：

θ＝以距转动轴线距离R相交于曲线的射线的转角(弧度)；

R_i＝从转动轴线到螺旋线起始点所测量的起始半径；和

R＝在转角θ处从转动轴线所测量的螺旋线半径。

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