CN115698521A - 紧固元件和车辆装置 - Google Patents

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CN115698521A CN202080101302.1A CN202080101302A CN115698521A CN 115698521 A CN115698521 A CN 115698521A CN 202080101302 A CN202080101302 A CN 202080101302A CN 115698521 A CN115698521 A CN 115698521A
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安德斯·奥尔森
查尔斯·沙哈基昂
劳伦特·布尔瑟甘
埃里克·艾德维克
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Abstract

本公开涉及一种紧固元件(100)，其用于在延伸穿过机械零件的开口(302)处将所述机械零件(201、202、203)彼此固位。

Description

紧固元件和车辆装置
技术领域
本公开涉及一种用于将机械零件彼此固位的紧固元件。本公开还涉及一种包括这种紧固元件和至少两个机械零件的车辆装置。虽然将主要针对重型车辆(即，卡车)来描述该紧固元件和车辆装置，但它们也可适用于其中将至少两个零件彼此固位的其它类型的车辆或装置。
背景技术
机械零件(例如，车辆的车架纵梁)常常受到不同方向上的高应力和应变。这些零件通常通过各种类型的接头连接到其它零件。这样的接头例如可以是适合吸收剪切载荷的铆钉，或者是适合吸收拉伸载荷和压缩载荷的螺钉接头。关于螺钉接头，由于螺钉的包络面与待连接的零件中的开口/孔之间的几何游隙，这些类型的接头具有有限的剪切载荷吸收能力。
WO 2006/043863提出了一种解决方案，其中，螺钉形式的紧固元件在布置于孔内的螺钉的表面上包括多个切割加工凹槽。这些切割加工凹槽被设计成在固定期间对孔的边缘进行作用，使得该孔的材料被移除。由此，使该孔抵靠着螺钉的壳体表面适配，因而能够吸收剪切载荷与压缩/拉伸载荷。
虽然WO 2006/043863中的紧固元件解决了吸收剪切载荷与压缩/拉伸载荷的问题，但仍需要进一步改进。例如，WO 2006/043863中的紧固元件在螺钉的头部中包括凹槽部分，这降低了机械刚度。而且，所述切割加工凹槽可能会降低承受弯曲载荷的能力。
发明内容
本公开的目的是描述一种至少部分克服了上述缺陷的紧固元件。这通过根据权利要求1所述的紧固元件来实现。
根据第一方面，提供了一种紧固元件，其用于在延伸穿过机械零件的开口处将这些机械零件彼此固位，该紧固元件包括：头部部分，该头部部分布置在紧固元件的第一轴向端，该头部部分包括用于与所述机械零件中的一个机械零件邻接的邻接表面；圆柱形部分，该圆柱形部分从所述头部部分沿轴向延伸，该圆柱形部分被布置成与延伸穿过机械零件的所述开口压配合连接；以及细长螺纹部分，该细长螺纹部分从圆柱形部分在背离所述头部部分的方向上沿轴向延伸；其中，该紧固元件还包括被布置成接纳工具的工具连接部分，该工具连接部分布置在该紧固元件的第二轴向端。
措辞“第一轴向端”和“第二轴向端”应被解释为该紧固元件的相反两端侧，如在该紧固元件的轴向延伸部上所看到的。因此，第一端侧形成所述头部部分的一部分，而第二端侧布置在所述细长螺纹部分和工具连接部分附近。
总的优点是该紧固元件能够承受两种剪切载荷，因为它被设计成压配合(即，过盈配合)在机械零件的所述开口中。该紧固元件还能够承受压缩/拉伸载荷。因此，该紧固元件能够作为铆钉以及螺钉/螺栓工作。因此，在拧紧该紧固元件之后，实现了对于组装好的构造的、改进的剪切力和夹持力。
本公开的发明人已认识到，通过将所述工具连接部分定位在第二轴向端处，所述头部部分可以布置为实心部分。因此，进一步的优点是能够提高所述头部部分的机械刚度。因此，提高了承受弯曲载荷的能力。
通过所述工具连接部分，当将这些机械零件彼此固定时，工具可以使该紧固元件保持基本静止。优选地，使用螺母来拧紧接头。该螺母在与所述工具连接部分相同的一侧被引入到该紧固元件。
根据示例实施例，所述工具连接部分可以包括轴向细长的无螺纹突起。优选地，并且根据示例实施例，所述工具连接部分可以形成为公连接部(male connecting part)，该公连接部被布置成接纳工具的母连接部(female connecting tool part)。
因此，所述工具连接部分的无螺纹部分从螺纹部分延伸并具有预定长度。所述工具连接部分的长度和构造应优选被设计成适配于工具。
根据示例实施例，所述工具连接部分可以包括多边形轴颈止端(polygonal dog-point)。优选地，该多边形轴颈止端可以包括至少六个表面部分，这些表面部分中的每一个均具有垂直于该紧固元件的轴向延伸部的表面法线。
根据示例实施例，所述头部部分可以包括平坦头部表面，该平坦头部表面布置在所述头部部分的与所述邻接表面相反的一侧。
措词“平坦头部表面”应被解释为该头部表面没有凹痕、凹槽或痕迹等。该平坦头部表面包括背离该紧固元件的轴向延伸部的表面法线(即，在与所述邻接表面的表面法线相反的方向上)。
优点在于，可以通过使用铆钉枪在该平坦头部表面上施加压力来迫使该紧固元件穿过所述开口。该铆钉枪可以优选用作对该紧固元件的螺母拧紧的补充。
根据示例实施例，所述头部部分与圆柱形部分之间的相交处可以包括周向凹槽。优点在于，减小了所述头部部分与圆柱形部分之间在例如弯曲期间的应力集中。
根据示例实施例，该圆柱形部分可以是无螺纹的。优选地，并且根据示例实施例，该圆柱形部分可以具有平坦包络面。通过在圆柱形部分上不加工或提供任何其它类型的切割加工凹槽，提高了承受弯曲载荷的整体能力。随着该圆柱形部分的横截面积增大，承受压缩/拉伸载荷的能力也提高。
根据示例实施例，该紧固元件还可以包括从所述圆柱形部分向下朝着细长螺纹部分延伸的锥形部分。因此，所述圆柱形部分的直径大于所述螺纹部分的直径。
在所述螺纹部分与圆柱形部分之间的该锥形部分的优点是该锥形部分能够滑动穿过所述开口。而且，当将该锥形部分引入穿过所述开口时，这些机械零件基本是自对中的(self-centered)。因此，获得了改进的组装过程。因此，该锥形部分有利地辅助待连接的机械零件的自对中，并使这些机械零件的所述开口对齐。
根据第二方面，提供了一种车辆装置，该车辆装置包括紧固元件和至少两个机械零件，该紧固元件通过在延伸穿过所述至少两个机械零件的开口处的连接而将这些机械零件彼此固位，该紧固元件包括：头部部分，该头部部分布置在紧固元件的第一轴向端，该头部部分包括邻接机械零件中的第一机械零件的邻接表面；圆柱形部分，该圆柱形部分从所述头部部分沿轴向延伸，该圆柱形部分被压配合到所述至少两个机械零件；细长螺纹部分，该细长螺纹部分在背离所述头部部分的方向上从圆柱形部分沿轴向延伸；以及螺母，该螺母被拧到所述螺纹部分并包括螺母邻接表面，该螺母邻接表面邻接这些机械零件中的第二机械零件。
根据示例实施例，该紧固元件还可以包括被布置成接纳工具的工具连接部分，该工具连接部分布置在该紧固元件的第二轴向端。
第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的效果和特征。
根据第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据上文关于第二方面描述的任一个实施例的车辆装置。因此，第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面和第二方面描述的效果和特征。
当研读所附权利要求书和以下描述时，进一步的特征和优点将变得明显。本领域技术人员将认识到，在不偏离本公开的范围的情况下，不同的特征可以组合，以产生除了下文中描述的实施例以外的实施例。
附图说明
通过以下对示例性实施例的说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解上述和额外的目标、特征和优点，其中：
图1是图示了根据示例实施例的车辆的侧视图，该车辆包括特别适合由紧固元件保持的机械零件；
图2a到图2b是根据示例实施例的紧固元件的立体图；并且
图3a到图3b是图示了在根据示例实施例的紧固元件的固定期间的机械零件的侧视图。
具体实施方式
现将在下文中参照附图更全面地描述本公开，附图中示出了示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例是为了充分性和完整性而提供的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
特别参照图1，提供了卡车形式的车辆10。车辆10包括由至少两个车架部分构成的车架结构，该至少两个车架部分在下文中被称为机械零件200。机械零件200通过紧固元件100彼此固位。在图1中，三个紧固元件100被示出为彼此并排。当然，紧固元件100可以布置在该车辆上的多个其它位置上。
为了更详细地描述紧固元件100，参考图示了其示例实施例的图2a至图2b。如图2a至图2b中可见，螺钉形式的紧固元件100包括头部部分102，该头部部分102布置在紧固元件100的第一轴向端104。头部部分102包括突起部分103和平坦头部表面106。平坦头部表面106具有背向紧固元件100的轴向延伸部20的表面法线。因此，平坦头部表面106是平坦的平整表面，其没有凹痕、凹槽等。这样，铆钉枪(未示出)可以适当地用在平坦头部表面106处，用于迫使紧固元件100穿过开口，如下文关于图3a至图3b进一步详细地示出和描述的。如图所示，平坦头部表面106被布置成圆形形状。该圆形形状的直径优选在10到15mm之间的范围内，更优选在11到13mm之间的范围内，最优选不超过12mm。而且，所述突起部分优选被布置成具有在10到14mm之间的范围内、更优选在11到13mm之间的范围内、最优选为约12.5mm的半径。头部部分102还包括邻接表面108，该邻接表面108被布置成在组装时与机械零件的表面邻接。因此，邻接表面108包括面向紧固元件100的轴向延伸部20的表面法线。
此外，紧固元件100包括圆柱形部分110。圆柱形部分110从头部部分102沿着紧固元件100的轴向延伸部20延伸。如图所描绘的，头部部分102与圆柱形部分110之间的相交处112包括周向凹槽。
圆柱形部分110具有平坦包络面114。因此，平坦包络面114是无螺纹的，并且没有凹痕、凹槽等。优选地，该圆柱形部分的从头部部分102延伸的轴向延伸部在20到30mm之间的范围内，更优选在22到28mm之间，最优选不超过25mm。而且，圆柱形部分110的横截面直径优选在12到18mm之间的范围内，更优选在13到17mm之间的范围内，最优选在14到16mm之间的范围内。
此外，紧固元件100包括锥形部分116，锥形部分116从圆柱形部分110在轴向延伸部20的方向上向下延伸。以与圆柱形部分110类似的方式，锥形部分116也包括平坦包络面。因此，锥形部分116是无螺纹的，并且没有凹痕、凹槽等。锥形部分的长度优选在5到10mm之间的范围内，更优选在6到9mm之间的范围内，最优选不超过7mm。另外，锥形部分116包括相对于所述圆柱形部分的向下倾角α，该向下倾角α在10到15度之间的范围内，更优选在11到14度之间的范围内，最优选为约13度。
如图2a到图2b进一步图示的，紧固元件100还包括细长螺纹部分118。细长螺纹部分118从锥形部分116延伸并被布置成接纳螺母(见图3a到图3b)。该细长螺纹部分的延伸部优选在45到55mm之间的范围内，更优选在47到53mm之间的范围内，最优选在48到50mm之间的范围内。此外，螺纹的中径优选在1到2mm之间的范围内，最优选为约1.5mm。更进一步地，该细长螺纹部分优选针对M14螺母而设定尺寸。
紧固元件100还包括工具连接部分120，该工具连接部分120位于紧固元件100的第二轴向端122。当使用紧固元件100固位机械零件200时，工具连接部分120被布置成接纳工具(图3a到图3b中的500)。因此，该工具被连接到工具连接部分120，用于在安装期间使紧固元件100维持基本不动，以至少防止紧固元件100的旋转。
如图可见，工具连接部分120包括被形成为公连接部的轴向细长的无螺纹突起。该公连接部被布置成与工具的母连接部(图3a中的502)配合。工具连接部分120的轴向细长部优选在5到15mm之间的范围内，更优选在7到13mm之间的范围内，并且更优选在8到10mm之间的范围内。
如进一步图示的，工具连接部分120包括用于连接到螺母的对应设计部分的多边形轴颈止端124。在图2a到图2b的图示中，该多边形轴颈止端是包括十二个表面部分的十二边形轴颈止端(twelve-sided dog-point)。每个表面部分均具有垂直于该紧固元件的轴向延伸部20的表面法线。也可以想到其它多边形轴颈止端构造，例如包括至少六个表面部分。
此外，该紧固元件的材料可选择为最适配于该紧固元件100被布置成要保持的机械零件。然而，作为非限制性示例，该紧固元件可以由材料类别10.9的钢形成。这种相对硬的材料可以有利地承受剪切载荷以及拉伸/压缩载荷。
现在转到图3a到图3b，其图示了包括上述机械零件200和紧固元件100的车辆装置400。特别地，图3a到图3b描绘了包括三个机械零件201、202、203的车辆装置400，这三个机械零件201、202、203使用上述紧固元件100彼此固位。在所例示的实施例中，这些机械零件由车辆的车架结构部件和支架形成。图3a图示了处于预安装状态下的紧固元件100，而图3b图示了处于将这三个机械零件彼此固位的安装状态下的紧固元件100。
首先转到图3a，紧固元件100被引入到穿过机械零件201、202、203形成的开口302中。因此，开口302延伸穿过机械零件201、202、203。特别地，工具连接部分120、细长螺纹部分118和锥形部分116被引入到开口302中。然而，圆柱形部分110还没有被引入到开口302中。
螺母300被拧到细长螺纹部分118的一部分上。工具500准备好接纳工具连接部分120。特别地，当螺母已被拧到螺纹部分118上而使得工具连接部分120从螺母的开口中完全延伸出来时，工具500的母部分502优选包围工具连接部分120。因此，当进一步固定螺母300时，工具500可以防止紧固元件100的旋转。如从图3a的图示中显而易见的，工具500与螺母300二者定位在这些机械零件的同一侧上。
当将紧固元件100安装至图3b所描绘的其组装位置时，紧固元件100由工具500保持不动。螺母300被进一步拧到细长螺纹部分118上。开口302的直径(d)小于圆柱形部分110的直径(D)。因此，紧固元件100被迫使穿过开口302，以将紧固元件100压配合到这些机械零件，从而在圆柱形部分110与开口302之间形成过盈配合。由此，紧固元件100能够适当地承受剪切载荷以及拉伸/压缩载荷。头部部分102的邻接表面108因此邻接第一机械零件201的表面。而且，螺母300的螺母邻接表面308被布置成与第三机械零件203的一部分邻接。
如上文关于图2a到图2b所述，头部部分102被布置有平坦头部表面。在需要额外的力来迫使紧固元件100穿过开口302的情况下，除了拧紧螺母300之外，还可以使用铆钉枪(未示出)。因此，使用铆钉枪在平坦头部表面上沿图2a到图2b中描绘的轴向延伸部20的方向产生力。
应当理解，本公开不限于上文所述且附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。例如，上述紧固元件的各种尺寸当然可以变化，以适配于该紧固元件要保持的机械零件的开口。这些尺寸还应包括材料公差和制造公差。

Claims (13)

1.一种紧固元件(100)，所述紧固元件(100)用于在延伸穿过机械零件(200、201、202、203)的开口(302)处将所述机械零件彼此固位，所述紧固元件(100)包括：
-头部部分(102)，所述头部部分(102)布置在所述紧固元件(100)的第一轴向端(104)，所述头部部分(102)包括用于与所述机械零件中的一个机械零件邻接的邻接表面(108)；
-圆柱形部分(110)，所述圆柱形部分(110)从所述头部部分(102)沿轴向延伸，所述圆柱形部分(110)被布置成与延伸穿过所述机械零件的所述开口(302)压配合连接；以及
-细长螺纹部分(118)，所述细长螺纹部分(118)在背向所述头部部分(102)的方向上从所述圆柱形部分(110)轴向延伸；其中，所述紧固元件(100)还包括被布置成接纳工具(500)的工具连接部分(120)，所述工具连接部分(120)布置在所述紧固元件(100)的第二轴向端(122)。
2.根据权利要求1所述的紧固元件(100)，其中，所述工具连接部分(120)包括轴向细长的无螺纹突起。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的紧固元件(100)，其中，所述工具连接部分(120)被形成为公连接部，所述公连接部被布置成接纳工具的母连接部(502)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固元件(100)，其中，所述工具连接部分(120)包括多边形轴颈止端(124)。
5.根据权利要求4所述的紧固元件(100)，其中，所述多边形轴颈止端(124)包括至少六个表面部分，每个表面部分均具有垂直于所述紧固元件(100)的轴向延伸部(20)的表面法线。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固元件(100)，其中，所述头部部分(102)包括平坦头部表面(106)，所述平坦头部表面(106)布置在所述头部部分(102)的与所述邻接表面(108)相反的一侧。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固元件(100)，其中，所述头部部分(102)与所述圆柱形部分(110)之间的相交处包括周向凹槽(112)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固元件(100)，其中，所述圆柱形部分(110)是无螺纹的。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固元件(100)，其中，所述圆柱形部分(110)具有平坦包络面(114)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的紧固元件(100)，还包括锥形部分(116)，所述锥形部分(116)从所述圆柱形部分(110)向下朝着所述细长螺纹部分(118)延伸。
11.一种车辆装置，所述车辆装置包括紧固元件(100)和至少两个机械零件(201、202、203)，所述紧固元件(100)通过在延伸穿过所述至少两个机械零件的开口(302)处的连接而将所述机械零件彼此固位，所述紧固元件(100)包括：头部部分(102)，所述头部部分(102)布置在所述紧固元件(100)的第一轴向端(104)，所述头部部分(102)包括邻接所述机械零件中的第一机械零件(102)的邻接表面(108)；圆柱形部分(110)，所述圆柱形部分(102)从所述头部部分(102)沿轴向延伸，所述圆柱形部分(110)被压配合到所述至少两个机械零件(201、202、203)；细长螺纹部分(118)，所述细长螺纹部分(118)在背向所述头部部分(102)的方向上从所述圆柱形部分(110)轴向延伸；以及螺母(300)，所述螺母(300)被拧到所述螺纹部分(118)并包括螺母邻接表面(308)，所述螺母邻接表面(308)邻接所述机械零件中的第二机械零件(203)。
12.根据权利要求11所述的车辆装置，其中，所述紧固元件(100)还包括被布置成接纳工具(500)的工具连接部分(120)，所述工具连接部分(120)布置在所述紧固元件(100)的第二轴向端(122)。
13.一种车辆(10)，其包括根据权利要求11或12中的任一项所述的车辆装置。
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