CN113366234A - 增强的卡紧配合批头设计 - Google Patents

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CN113366234A CN202080010998.7A CN202080010998A CN113366234A CN 113366234 A CN113366234 A CN 113366234A CN 202080010998 A CN202080010998 A CN 202080010998A CN 113366234 A CN113366234 A CN 113366234A
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大卫·C·高斯
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Abstract

一种批头切割器用于切割批头，其中所述批头切割器与对应紧固件中的凹部的构型匹配。所得批头沿着多条接触线接触紧固件的凹部的顶部。所述接触沿着多条线而不仅仅是点这一事实在所述批头与所述紧固件之间提供了改进的摩擦粘附或“卡紧配合”。

Description

增强的卡紧配合批头设计
发明人
大卫.C.高斯(David C.Goss)
相关申请(优先权声明)
本申请要求2019年1月24日提交的美国临时申请序列号62/796,440的权益，并且其全文以引用方式据此并入本文。
背景技术
在紧固件行业中，术语“卡紧配合”用于描述其中紧固件和对应驱动件(即，批头)被共同构造成使得驱动件与紧固件之间存在摩擦粘附的特征。因此，可以使紧固件可释放地接合在驱动件上，以使得能够将驱动件和紧固件一起作为一个单元进行操纵，以便将紧固件安装在难以到达的地方。尽管存在摩擦粘附，但一旦安装紧固件，就可以使驱动件容易地与紧固件脱离。
许多现有紧固系统依赖于紧固件的头部中批头与凹部之间的多个非连续接触点(而不是接触线)，通常在凹部的顶部处。
制造多叶瓣紧固系统(即，批头驱动构型)的最常见方法(诸如在‘667专利中公开)是使用单独的叶瓣和凹槽切割器分别单独切割每个叶瓣和凹槽。通常，切割器轮廓与批头驱动构型匹配，而批头驱动构型不同于通常呈尺寸平行偏移形式的对应凹部构型。
在需要“卡紧配合”的情况下，通常修改切割器的轮廓以确保多个非连续接触点(参见图1和2，其中批头12与凹部14之间的接触点用附图标记10表示，并且凹槽和叶瓣的中心线之间的间隙用附图标记11表示(尽管事实是在图1中难以从视觉上辨别该间隙))。有时，所产生的接触点不能提供足够的表面接触区域以确保一致的摩擦粘附或“卡紧配合”，尤其是当涉及较大的重型紧固件时，因为紧固件的重量往往会使紧固件从批头掉落。类似地，由于此类紧固件具有无法深度穿透的极浅凹槽这一事实，因此对于极小或微型紧固件实现适当的卡紧配合通常具有挑战性。
发明内容
本发明的实施方案在紧固件与批头之间提供了增强的卡紧配合接合。
本发明的另一个实施方案在紧固件的头部中的批头与凹部之间提供了接触线，而不仅仅是接触点。
本发明的又一个实施方案提供了一种紧固系统，该紧固系统在批头与紧固件的头部中的凹部之间提供了足够的表面区域接触，使得对于较大的重型紧固件和较小的微型紧固件两者来说均可实现令人满意的卡紧配合。
简言之，本发明的实施方案提供了与对应紧固件中的凹部构型匹配的批头切割器的用途。批头切割器轮廓沿着锥体前进，并且最终形成的批头被构造成沿着多条接触线(即，沿着紧固件的凹部的叶瓣和凹槽两者)接触凹部的顶部。与在两个部件之间仅提供接触点的现有技术构型相比，产生多条接触线(而不仅仅是接触点)这一事实在批头与紧固件之间提供了改进的摩擦粘附或“卡紧配合”。尽管紧固件较大且较重或较小且微型，但提供接触线增加了可实现令人满意的卡紧配合的可能性，并且无论紧固件的尺寸如何，接触线都提供了增强的卡紧配合批头接合。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，可以最好地理解本发明的结构和操作的组织和方式以及其进一步的目的和优点，在附图中相同的附图标记标识相同的元件，其中：
图1示出与凹部接合的批头，其中接合提供了根据现有技术的接触点；
图2是图1所示的批头与凹部接合的横截面视图；
图3示出了设置在紧固件的头部中的凹部；
图4示出了批头；
图5示出与图3的凹部接合的图4的批头，其中接合提供了根据本发明的实施方案的接触线；
图6是示出制造图4所示的批头的方法的流程图，其中该方法根据本发明的实施方案进行；
图7示出了可以用于形成图4所示的批头的切割器；
图8示出了图7所示的切割器的轮廓，其中该轮廓对应于根据本发明的实施方案的图3所示的凹部；
图9-11示出了与图3所示的凹部有关的一些尺寸；
图12示出用于形成5叶瓣抗干扰卡紧配合批头的切割器；
图13示出了使用图12所示的切割器形成的批头；
图14示出了用于形成微型抗干扰批头的切割器；
图15示出了使用图14所示的切割器形成的批头；并且
图16-18示出了本发明的实施方案，其中该实施方案有效地涉及美国专利号9,562,557中公开的紧固系统。
具体实施方式
虽然本发明可以具有不同形式的实施方案，但在附图中示出并且在本文中将详细描述具体实施方案，应当理解，本公开被认为是本发明的原理的示例，而并非旨在将本发明限制为所例示那样。
图3示出了设置在紧固件24的头部22中的凹部20，图4示出了批头26，并且图5示出了与图3的凹部20接合的图4的批头26，其中接合提供了根据本发明的实施方案的接触线(用附图标记28表示)，而不仅仅是如图1和2所示且由现有技术提供的接触点10。关于如本文所论述的接触线，每一接触线可以是任何曲线结构，并且不意指限于单个直线或弯曲几何形状。
与在两个部件之间仅提供接触点的现有技术构型相比，产生多条接触线(如图5所示)(而不仅仅是接触点(如图1和2所示))这一事实在批头与紧固件之间提供了改进的摩擦粘附或“卡紧配合”。尽管紧固件较大且较重(诸如大于5/16英寸(M8))或较小且微型(诸如小于#2-0.086英寸(M2))，但提供接触线使得能够实现令人满意的卡紧配合，并且无论紧固件的尺寸如何，接触线都提供了增强的卡紧配合批头接合。如图5所示，优选地接触线不仅跨越A尺寸(即，叶瓣的端部)延伸，而且还跨越并沿着每个叶瓣的朝向相邻凹槽行进的侧部延伸。
本发明的实施方案提供了一种形成如图4所示的批头26的方法，其中批头26被构造成沿着如图5所示的接触线28(而不是如图1和2所示的接触点10)接触凹部20。
如图6的流程图所示，首先提供坯料，然后使用批头切割器在坯料上切割叶瓣30和凹槽32，以便形成图4所示的批头26。
图7示出了可以与图6所示的方法结合使用的批头切割器40。批头切割器40优选地用于沿着锥体并且沿着凹槽32的中心线33(参见图8)切割，并且针对每个凹槽重复该过程。
如图8所示，切割器40的轮廓与紧固件24的凹部20的轮廓(参见图3)匹配，批头26最终被构造成与该凹部接合。因此，当如图4所示的批头26随后接合在图3所示的紧固件24的凹部20中时，批头26沿着如图5所示的接触线28(而不仅仅是如图1和2所示的接触点10)靠近凹部20的顶部接触紧固件24。
虽然切割器40用于制造批头26(参见图4)，但冲压销用于在紧固件的头部中冲压凹部(参见图3)，这两者在下文中将更详细地描述。
图9-11示出了可以有效地与批头、切割器、凹部、冲压销等中任一者的轮廓相关的一些尺寸。在图9-11中的任一者中使用以下任何凹部参数的情况下，它们的含义如下：A涉及凹部构型外接圆直径；B涉及凹部构型内接圆直径；Fa涉及从凹部渐开线节距半径(P)到凹部构型外接圆直径的凹部叶瓣高度(Fa)；Fb涉及凹部渐开线节距半径(P)处的凹部构型叶瓣弧宽度(Fb)；Ea涉及从凹部渐开线节距半径(P)到凹部内接圆直径(B)的凹部凹槽深度(Ea)；Eb涉及凹部渐开线节距半径(P)处的凹部构型凹槽弧宽度(Eb)；P涉及其中标称凹部构型叶瓣弧宽度(Fb)等于凹部构型凹槽弧宽度(Eb)的凹部渐开线节距半径(P)；S等于P；Gn涉及凹部渐开线节距半径(P)处距叶瓣中心线的凹部渐开线旋转角(Gn)，其中Gn＝90/N，其中N＝叶瓣数量，例如，对于N＝6，Gn＝15度；Gm涉及凹部叶瓣中心线与凹部凹槽中心线之间的角度(Gm＝2Gn)；SS涉及跨叶瓣尺寸；Gr涉及从标称凹部叶瓣的中心线到凹部第一多边形区段的起点的凹部渐开线总旋转角；G涉及凹部多边形区段的扫掠角；第一多边形区段是凹部中第一多边形区段从凹部渐开线总旋转角(Gr)和凹部构型内接圆直径(B)的交点处开始的起点；第二多边形区段涉及凹部中第二多边形区段在凹部第一多边形区段和第二多边形区段的顶点处的起点；R1涉及从凹部第1一多边形区段的起点处开始的凹部第一多边形渐开线半径弧(R1)，中心在凹部第1和第2多边形区段的顶点处。(注意：凹部R1＝批头R1)；R2涉及从凹部R1的末端处开始的凹部第二多边形渐开线半径弧(R2)，中心在凹部第2第二多边形区段的末端处。(注意：凹部R2＝批头R2)，其中凹部第一多边形渐开线半径弧(R1)的中心在凹部第二多边形区段的起点处，并且凹部第二多边形渐开线半径弧(R2)的中心在凹部第二多边形区段的末端处；Ra涉及凹部构型外接圆直径(A)的弧形区段与凹部第二多边形渐开线半径弧(R2)之间的凹部拐角混合半径；并且Rb涉及凹部第一多边形渐开线半径弧(R1)与凹部构型凹槽(以凹部构型内接圆直径(B)为中心的平面)之间的凹部圆角混合半径。
在图9-11中的任一者中使用以下任何批头参数的情况下，它们的含义如下：Ar涉及凹部构型外接圆直径；Br涉及凹部构型内接圆直径；A涉及批头构型外接圆直径；B涉及批头构型内接圆直径；Fa涉及从凹部渐开线节距半径(P)到批头构型外接圆直径(A)的批头叶瓣高度(Fa)；Fb涉及在凹部渐开线节距半径(P)处的批头构型叶瓣弧宽度(Fb)；Ea涉及从凹部渐开线节距半径(P)到批头构型内接圆直径(B)的批头凹槽深度(Ea)；Eb涉及凹部渐开线节距半径(P)处的批头构型凹槽弧宽度(Eb)；P涉及凹渐开线节距半径；S等于P，Gm涉及批头叶瓣中心线与批头凹槽中心线之间的角度(Gm＝2Gn)；SS是跨叶瓣尺寸；Gb涉及从标称批头叶瓣的中心线到凹部第一多边形区段的开始的批头渐开线总旋转角；Gb涉及从标称批头叶瓣的中心线到凹部第一多边形区段的开始的批头渐开线总旋转角；G涉及批头多边形区段的扫掠角；其中批头的第一多边形区段的起点从批头渐开线总旋转角(Gb)和批头构型内接圆直径(B)的交点处开始，并且其中批头的第二多边形区段的起点从第一多边形区段和第二多边形区段的顶点处开始；R1涉及从批头第一多边形区段的起点处开始的批头第一多边形渐开线半径弧(R1)，中心在批头第一多边形区段和第二多边形区段的顶点(注意：凹部R1＝批头R1)，其中批头第一多边形渐开线半径弧(R1)的中心在批头第二多边形区段的起点处，并且批头第二多边形渐开线半径弧(R2)的中心在批头第二多边形区段的末端处；Ra涉及在批头构型外接圆直径(A)的弧形区段与批头第二多边形渐开线半径弧(R2)之间的批头拐角混合半径；并且Rb涉及批头第1第一多边形渐开线半径弧(R1)与批头构型凹槽(以批头构型内接圆直径(B)为中心的平面)之间的批头圆角混合半径。
在本发明的一个实施方案中，包括批头和凹部几何形状的驱动系统几何形状基于使用所有顶点都指向外的凸多边形来创建渐开线。
关于图3所示的凹部20，在本发明的修正案的一个实例中，假设A尺寸为大约0.10000英寸，B尺寸优选地为0.07700英寸，Fa尺寸为0.00575英寸，Fb尺寸为0.2317英寸，Ea尺寸为0.00575英寸，Eb尺寸为0.02317英寸，S尺寸为0.04425英寸，并且P尺寸为0.04425英寸。另一个实例将规定A尺寸为大约0.05000英寸，B尺寸为0.03550英寸，Fa尺寸为0.00363英寸，Fb尺寸为0.01119英寸，Ea尺寸为0.00363英寸，Eb尺寸为0.01119英寸，S尺寸为0.02138英寸，并且P尺寸为0.02138英寸。
虽然上文列举了确切的尺寸，但显然公差不仅与驱动系统的部件(即，批头26以及紧固件26的头部24中的对应凹部20)有关，而且还与用于制造这些部件的部件(即，用于在批头上形成驱动轮廓的切割器40，以及用于在紧固件26的头部24中形成凹部20的冲压销)有关。因此，所有尺寸在最小可接受值与最大可接受值之间的范围内(即，例如，A尺寸优选地具有大于或等于A最小且小于或等于A最大的值，B尺寸也是如此等)。
优选地，切割器轮廓尺寸A和B与冲压销尺寸A和B相同，关于最小值，A和B两者均应在可接受公差内(即，分别为A最小和B最小)。换句话说，冲压销的A尺寸优选地与切割器轮廓的用于形成批头的A尺寸至少一样大。同样，冲压销的B尺寸优选地至少与切割器轮廓的用于形成批头的B尺寸至少一样大。一般来讲，冲压销构型尺寸的大小优选地被设定成使得在镦头后凹部构型在目标凹部构型尺寸内。
关于给定批头是否具有满足本发明的目标的可接受尺寸(即，生成与对应凹部的接触线，而不是接触点)，优选地使用量具，其中将批头轮廓插入量具中进行测试。优选地，量具的A和B尺寸与切割器轮廓A和B尺寸相同。
关于批头，优选使用切割器在批头上制造轮廓，使得批头的横截面构型直径沿着锥形切割器路径改变，从而产生完全卡紧配合批头构型主体。
优选地，标称凹部构型尺寸在最小冲压销构型尺寸上相同，因此与卡紧配合批头切割器轮廓构型尺寸相同。一般来讲，意图是使冲压销构型尺寸在公差内产生“如墩头的”凹部尺寸。这在凹部顶部产生与卡紧配合批头构型几乎完全对准的凹部构型。
优选地，从中心线与构型凹槽中心线重合的冲压销最小构型中有效地切除切割器轮廓。切割器沿着凹槽中心线移动时卡紧配合横截面构型的变化产生完全卡紧配合批头构型主体。
图16-18示出了本发明的实施方案，其中该实施方案有效地涉及美国专利号9,562,557中公开的紧固系统，该专利以引用方式据此并入本文。
如‘557专利所公开，提供了一种紧固系统，其中提供了紧固件中的凹部，其中该凹部具有比其叶瓣更深的凹槽(即，凹部具有增大的A尺寸)。因此，有额外空间使涂层(诸如锌涂层)沉降在凹槽中。这使得随后在凹部与对应批头之间实现更好的配合。
图16-18是一致的，示出了其中将凹部50设置为具有比叶瓣52更深的凹槽54(然后施加涂层，诸如锌)的实施方案。如图所示，因为批头56是根据本发明形成的，所以在批头56的凹槽60与凹部50的叶瓣52之间(即，沿着B尺寸)提供接触线58。图16示出了与凹部50接合的批头56，图17示出了移除批头56后的凹部50，并且用附图标记58标识接触线所在的位置，并且图18标识了跨越凹部50的叶瓣52和批头56的凹槽60的接触线58。
虽然已经描述了可以使用切割器来制造批头，但也可以使用其他合适的工艺，诸如挤出或任何其他可接受的工艺。
无论紧固系统本身的确切构型和尺寸如何，本发明的实施方案都提供了两个部件之间的接触线，而不仅仅是接触点，并且这提供了若干益处，其中一些益处在本文中已经描述。因此，两个部件之间的接触线可包括但不限于：外部驱动系统，即杆、头部、插；内部或外部变型的组合；相等或不等的叶瓣宽度；对称或不对称的构型；以及本文所公开的部件几何形状的颠倒型式。
商标
Figure BDA0003180239960000071
和TORX
Figure BDA0003180239960000072
在美国和国外的多个商标注册均归本申请的受让方Acument Intellectual Properties,LLC所有。自发明以来，TORX
Figure BDA0003180239960000073
品牌驱动系统一直优于市场上所有其他驱动系统。其更长的工具寿命和最佳的扭矩传递增强了产品可靠性，提高了生产力，并且降低了全球众多行业在装配线上的总装配成本。TORX
Figure BDA0003180239960000074
品牌驱动系统具有椭圆形几何形状、零度驱动角、带大横截面积的六个叶瓣、竖直侧壁和减少的凹槽脱落，以及大大提高的强度和可靠性。TORX
Figure BDA0003180239960000075
品牌驱动系统还与其前身
Figure BDA0003180239960000076
品牌驱动系统的驱动工具兼容。与TORX
Figure BDA0003180239960000077
品牌驱动系统相比，
Figure BDA0003180239960000078
品牌驱动系统具有圆柱形几何形状。
Figure BDA0003180239960000079
品牌驱动系统在美国专利号3,584,667中描述和例示，而TORX
Figure BDA00031802399600000710
品牌驱动系统在美国专利号5,207,132和5,279,190中描述和例示。这三项美国专利全文以引用方式据此并入。本发明可以与任何现有多叶瓣驱动系统(诸如在这三项专利中公开的那些驱动系统以及在美国专利公开号20180003241(涉及美国专利申请序列号15/704,887，全文同样以引用方式据此并入)中公开的那些驱动系统)结合使用。
虽然图3-5中示出了六叶瓣驱动系统，但可以提供不同数量的叶瓣，同时仍保持在本发明的范围内。例如，本发明可以结合五叶瓣抗干扰驱动系统使用。图12示出了用于形成具有5叶瓣抗干扰轮廓的批头26a的切割器40a，并且图13示出了已经制造后的批头26a。如图13所示，该批头可具有端部处的开口，该开口被构造成接收凹部的中部中的柱。
在此类修正案的一个实例中，关于批头26a的轮廓，假设A尺寸为大约0.111100英寸，B尺寸优选地为0.08020英寸，Fa尺寸为0.00770英寸，Fb尺寸为0.01533英寸，Ea尺寸为0.00770英寸，Eb尺寸为0.01533英寸，S尺寸为0.04780英寸，并且P尺寸为0.04780英寸。另一个实例将规定A尺寸为大约0.070000英寸，B尺寸为0.50680英寸，Fa尺寸为0.04880英寸，Fb尺寸为0.09710英寸，Ea尺寸为0.04780英寸，Eb尺寸为0.09610英寸，S尺寸为0.30120英寸，并且P尺寸为0.30120英寸。
如上所述，本发明可以结合现有多叶瓣驱动系统(诸如美国专利号5,207,132中公开的那种驱动系统)使用。图14示出了用于形成根据‘132专利制造的微型抗干扰批头26b的切割器40b，并且图14示出了已经制造后的批头26b。
在此类修正案的一个实例中，关于批头26b的轮廓，假设A尺寸为大约0.05800英寸，B尺寸优选地为0.04320英寸，Fa尺寸为0.00370英寸，Fb尺寸为0.00669英寸，Ea尺寸为0.00370英寸，Eb尺寸为0.00669英寸，S尺寸为0.02539英寸，并且P尺寸为0.02539英寸。另一个实例将规定A尺寸大约0.09420英寸，B尺寸为0.07220英寸，Fa尺寸为0.00550英寸，Fb尺寸为0.01101英寸，Ea尺寸为0.00550英寸，Eb尺寸为0.01101英寸，S尺寸为0.04160英寸，并且P尺寸为0.04160英寸。
关于有关批头的任何和所有实施方案，优选地提供量具来测试批头的轮廓，其中该量具被构造成接收批头的端部，其中将批头直接插入量具中直到批头停止为止。此时，量具将指示插入深度，该插入深度必须是批头通过测试的至少特定值。例如，关于A尺寸为大约0.05800英寸的批头，优选地，插入量具中的深度将在0.014英寸与0.019英寸之间。
无论叶瓣的确切数量如何，或是否将批头设置为抗干扰的，优选地，使用批头切割器在批头上形成轮廓，其中批头切割器与对应紧固件中的凹部的构型匹配，批头被构造成与该凹部接合。批头切割器轮廓优选地沿着锥体前进，并且最终形成的批头被构造成沿着多条接触线(即，沿着紧固件的凹部的叶瓣和凹槽两者)接触紧固件中的凹部的顶部。与在两个部件之间仅提供接触点的现有技术构型相比，产生多条接触线这一事实在批头与紧固件之间提供了改进的摩擦粘附或“卡紧配合”。提供接触线使得能够实现令人满意的卡紧配合，而不管批头的大小如何。虽然附图在凹部周围的某些位置处示出了接触线，但紧固系统可被构造成替代地在其他区域处提供接触线。
虽然已经示出和描述了本发明的具体实施方案，但可以想象，本领域技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下设想出各种修改。

Claims (14)

1.一种紧固件系统，其包括：
紧固件，所述紧固件包括头部，其中凹部设置在所述头部中并且包括构型，其中所述凹部包括顶部；以及
批头，所述批头被构造成沿着所述紧固件的所述凹部的叶瓣和凹槽两者、沿着多条接触线接触所述凹部的所述顶部，其中所述多条接触线在所述批头与所述紧固件之间提供摩擦粘附。
2.根据权利要求1所述的紧固件系统，其进一步包括与所述紧固件中的所述凹部的所述构型匹配的批头切割器，其中所述批头切割器包括锥体和轮廓，其中所述轮廓沿着所述锥体前进。
3.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中所述紧固件的所述凹部包括叶瓣和凹槽。
4.根据权利要求3所述的紧固件系统，其中所述批头被构造成沿着所述紧固件的所述凹部的所述叶瓣和所述凹槽两者、沿着所述多条接触线接触所述凹部的所述顶部。
5.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中每条接触线是曲线。
6.根据权利要求3所述的紧固件系统，其中每条接触线不仅跨越所述叶瓣中的一个的端部延伸，而且还跨越并沿着所述叶瓣中的所述一个的朝向相邻凹槽行进的侧部延伸。
7.根据权利要求3所述的紧固件系统，其中所述凹部的所述凹槽比所述叶瓣深。
8.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中所述紧固件的所述凹部包括六个叶瓣和六个凹槽。
9.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中所述紧固件的所述凹部包括五个叶瓣、五个凹槽，并且被构造成提供抗干扰性。
10.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中所述紧固件的所述凹部具有中部，并且包括所述凹部的所述中部处的柱，所述柱被构造成提供抗干扰性。
11.根据权利要求9所述的紧固件系统，其中所述批头包括具有开口的端部，其中所述开口被构造成当所述批头接合在所述紧固件的所述凹部中时接收所述凹部的所述中部中的所述柱。
12.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中所述批头与所述紧固件之间的所述多条接触线在所述批头与所述紧固件之间提供摩擦粘附。
13.根据权利要求2所述的紧固件系统，其中所述批头的横截面构型直径沿着锥形切割器路径改变。
14.根据权利要求1所述的紧固件系统，其中所述紧固件的所述凹部包括叶瓣和凹槽，其中所述批头被构造成沿着所述紧固件的所述凹部的所述叶瓣和所述凹槽两者、沿着所述多条接触线接触所述凹部的所述顶部，其中每条接触线是曲线，并且其中每条接触线不仅跨越所述叶瓣中的一个的端部延伸，而且还跨越并沿着所述叶瓣中的所述一个的朝向相邻凹槽行进的侧部延伸。
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