CN116670403A - 扭矩吸收表面 - Google Patents

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Abstract

在平台上的多个凸起表面吸收在相对于平台旋转时接触该表面的紧固件的扭矩。与螺栓应力方面相关联的增加相比，扭矩方面的显著不成比例的增加通过在上紧紧固件时增加的感知扭矩被观察到。当使用动力工具将扭矩施加到紧固件时，在机械管联接器的凸耳上使用凸起表面来增加紧固件的抗损坏性。

Description

扭矩吸收表面
对相关申请的交叉引用
本申请基于2020年11月11日提交的美国临时申请No.63/112,194并要求其优先权的权益，该申请在此通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及接合旋转紧固件元件的表面特征。
背景技术
动力工具(特别是冲击扳手)在现场的使用增加就技术人员而言允许以付出很少的体力便将相对大的扭矩施加到紧固件。这些因素的叠加有潜在可能导致螺栓过度扭转的比率增加，在一些情况下这甚至很严重，当那些螺栓由技术人员利用高输出冲击扳手过度扭转时，导致损坏。因此，当使用动力工具时，如果能够采取增加螺栓的抗损坏性的措施，则被认为是有利的。
发明内容
本发明涉及在组合件中与紧固件元件接触的平台，紧固件元件能够围绕横向于平台定向的轴线旋转。在示例实施例中，平台包括基底表面。多个凸起表面横向于基底表面凸出，以用于接触紧固件元件。每个凸起表面包括平顶。每个凸起表面与凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。
作为示例，紧固件元件可包括带螺纹的螺母或带螺纹的螺栓的头部。
在具体的示例设计中，每个平顶具有高于基底表面0.060英寸的高度，并且在实际设计中，每个平顶可具有高于基底表面从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度。此外，作为示例，每个平顶具有0.010平方英寸的最小表面积，并且在实际设计中，每个平顶可具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积。在某些示例中，每个平顶具有从0.020至0.075平方英寸的范围内的最小表面积。
在示例实施例中，凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。此外，作为示例，凸起表面中的至少一个可具有圆形横截面形状。在实际示例实施例中，凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在平顶处比在基底表面处具有更小的周长。
在示例实施例中，紧固件元件比多个凸起表面更软。在具体示例中，紧固件元件可包括钢，并且多个凸起表面可包括球墨铸铁。
本发明还涵盖用于以端部对端部关系连结管元件的联接器。在特定示例实施例中，联接器包括具有相对地设置的第一和第二端部的第一区段和具有相对地设置的第一和第二端部的第二区段。第一紧固件将第一区段的第一端部附接到第二区段的第一端部。第二紧固件将第一区段的第二端部附接到第二区段的第二端部，使得区段围绕用于接收管元件的中心空间。第一和第二连接构件分别定位在第一和第二区段中的每个的第一和第二端部中的每个处。在示例实施例中，每个连接构件包括横向于紧固件中的一个定向的基底表面。多个凸起表面横向于基底表面凸出，并且能够与紧固件中的一个接合。每个凸起表面包括平顶。每个凸起表面与凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。作为示例，紧固件可包括能够与凸起表面中的一个接合的带螺纹的螺母和/或具有能够与凸起表面中的一个接合的头部的带螺纹的螺栓。
在具体的示例设计中，每个平顶具有高于基底表面0.060英寸的高度，并且在实际设计中，每个平顶可具有高于基底表面从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度。此外，作为示例，每个平顶具有0.010平方英寸的最小表面积，并且在实际设计中，每个平顶可具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积。在某些示例中，每个平顶具有从0.020至0.075平方英寸的范围内的最小表面积。
在示例实施例中，凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。此外，作为示例，凸起表面中的至少一个可具有圆形横截面形状。在实际示例实施例中，凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在平顶处比在基底表面处具有更小的周长。
在示例实施例中，紧固件比多个凸起表面更软。在具体示例中，紧固件可包括钢，并且多个凸起表面可包括球墨铸铁。在示例实施例中，多个凸起表面可与联接器一体地铸造。
本发明还包括能够安装在管元件上的凸缘。在示例实施例中，凸缘包括环，该环具有适于与配合凸缘对接的接触面和与接触面相对地布置的暴露面。作为示例，暴露面包括基底表面和横向于基底表面凸出的多个凸起表面。每个凸起表面包括平顶，并且每个凸起表面与凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。在实际示例中，多个凸起表面围绕整个暴露面延伸。
在具体的示例设计中，每个平顶具有高于基底表面0.060英寸的高度，并且在实际设计中，每个平顶可具有高于基底表面从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度。此外，作为示例，每个平顶具有0.010平方英寸的最小表面积，并且在实际设计中，每个平顶可具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积。在某些示例中，每个平顶具有从0.020至0.075平方英寸的范围内的最小表面积。
在示例实施例中，凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。此外，作为示例，凸起表面中的至少一个可具有圆形横截面形状。在实际示例实施例中，凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在平顶处比在基底表面处具有更小的周长。
在示例实施例中，紧固件比多个凸起表面更软。在具体示例中，紧固件可包括钢，并且多个凸起表面可包括球墨铸铁。在示例实施例中，多个凸起表面可与凸缘一体地铸造。
本发明还涵盖用于连结管元件的凸缘联接器。在示例实施例中，凸缘联接器包括具有相对地设置的第一接触面和第一暴露面的第一环，以及具有相对地设置的第二接触面和第二暴露面的第二环。第二接触面与第一接触面对接。多个紧固件延伸穿过第一和第二环。紧固件中的每个包括至少一个可旋转构件，所述至少一个可旋转构件接合环中的一个的暴露面中的至少一个。在示例实施例中，所述至少一个暴露面包括基底表面。多个凸起表面横向于基底表面凸出。每个凸起表面包括平顶。每个凸起表面与凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。
在示例实施例中，多个凸起表面围绕整个暴露面延伸。此外，作为示例，凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状或圆形横截面形状。在示例实施例中，凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在平顶处比在基底表面处具有更小的周长。作为示例，可旋转构件可包括能够与凸起表面中的至少一个接合的带螺纹的螺母和/或具有能够与凸起表面中的一个接合的头部的带螺纹的螺栓。
在示例实施例中，可旋转构件比多个凸起表面更软。在具体示例实施例中，紧固件可包括钢，并且多个凸起表面可包括球墨铸铁。在具体示例实施例中，多个凸起表面与所述至少一个暴露面一体地铸造。
附图说明
图1是根据本发明的示例组合的平台和紧固件元件的等距视图；
图1A是根据本发明的另一个示例组合的平台和紧固件元件的等距视图；
图2是图1中所示的示例平台元件的部件的等距视图；
图3是使用根据本发明的组合的平台和紧固件元件的示例机械管联接器的等距视图；以及
图4是使用根据本发明的组合的平台和紧固件元件的示例带凸缘联接器的等距视图。
具体实施方式
本发明的一个方面针对一种组合的平台和紧固件元件。示例组合件10在图1中示出，并且包括与紧固件元件14接触的平台12，在该示例中，紧固件元件14包括带螺纹的螺栓18的带螺纹的螺母16。紧固件元件14还可包括螺栓18(未示出)的头部。如图2中单独地示出的，示例平台包括基底表面20。基底表面20横向于轴线22定向，紧固件元件能够围绕轴线22旋转。多个凸起表面24横向于基底表面20凸出。凸起表面24包括相应的平顶26。每个凸起表面26与至少一个相邻的凸起表面通过定位在它们之间的相应通道28分开。在该示例中的凸起表面24具有多边形横截面形状，但是其它形状也是可行的，如图1A中所示，其中平台12的实际示例组合件11具有带有平顶26的凸起表面24，该凸起表面24具有圆形横截面形状。如图2中所示，凸起表面24可为渐缩的，使得每个凸起表面在平顶26处比在基底表面20处具有更小的周长30。当通过铸造过程制造平台时，约3°的锥角有利于提供拔模斜度(draft)。
如图1和图1A中所示，凸起表面24接触紧固件元件14。在该示例中，当螺母16围绕轴线22相对于平台12旋转时，螺母16用力地承靠平顶26，从而将螺母上紧到固定螺栓18上。众所周知，螺栓18中的拉伸应力随着螺母16被上紧而增加，并且转动螺母所需的扭矩也随着螺母被上紧而增加。然而，观察到，当旋转螺母16用力地接触凸起表面24时，与在不存在凸起表面的情况下原本会出现的螺栓应力方面的增加相比，转动螺母所需的扭矩以更大的速率增加。这种观察到的现象实际上是有利的，因为它可用来保护螺栓免受由于过度扭转造成的损坏。
图3图示了用于以端部对端部关系连结管元件(未示出)的联接器31上的组合件10的实际实现方式。在该示例中，联接器31包括具有相对地设置的相应第一端部34和第二端部36的第一区段32和具有相对地设置的相应第一端部40和第二端部42的第二区段38。第一紧固件44将第一区段32的第一端部34附接到第二区段38的第一端部40。第二紧固件46将第一区段32的第二端部36附接到第二区段38的第二端部42，使得区段32和38围绕用于接收管元件的中心空间48。在该示例中，紧固件44和46包括配合的螺母16和螺栓18。
第一连接构件50和第二连接构件52分别定位在第一区段32和第二区段38中的每个的第一端部(34,40)和第二端部(36,42)中的每个处。在该示例中，每个连接构件50、52包括横向于穿过连接构件的相应紧固件(44或46)定向的上述基底表面20。凸起表面24横向于每个基底表面20凸出，并且能够与紧固件44和46接合。如上文关于组合件10所述，每个凸起表面24包括平顶26，并且每个凸起表面与凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道28分开。与上文所述和图1中所示的组合件10一致，在该示例中的凸起表面24具有多边形横截面形状，并且是渐缩的，使得每个凸起表面在其平顶26处比在其基底表面20处具有更小的周长30。在该示例中，当紧固件44和46被上紧时，抵靠凸起特征24的平顶26接合并旋转的是螺母16，然而，在其它示例实施例中，抵靠平顶接合并旋转的可为螺栓18的头部。尽管组合件10被描绘为与联接器31一起使用，但具有圆形横截面形状的平顶26的图1A的组合件11在该实现方式中也是可行的。
在联接器31的实际示例中，当与由ASTM A563碳钢制成的尺寸为1/2″的标准ASMEB18.2.2重型六角螺母一起使用时，对于具有高于基底表面20的0.060英寸的高度和0.010平方英寸的最小表面积的平顶26，观察到与螺栓应力方面相关联的增加相比，扭矩中的显著不成比例的增加。对于有效的设计，随着紧固件尺寸的增加，预计平顶面积将大体上随着螺母和/或螺栓的承载面积的增加而增加。对于这种设计，当使用手动扳手来上紧联接器紧固件时，通过增加的感知扭矩直接观察到扭矩方面的不成比例增加的现象。在旨在引起螺栓失效的测试中，当使用冲击扳手时，观察到当采用根据本发明的凸起特征的联接器相对于不具有组合件10的联接器进行测试时，螺栓失效的时间增加到两倍。
预计根据本发明的组合件10和11的有效设计可实现为具有平顶26，该平顶26具有高于基底表面20从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度，其中0.060英寸的高度预计是有利的。实际设计也可具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积，其中从0.020至0.075平方英寸的范围内的表面积预计是有利的。使用根据本发明的诸如10和11的组合件，预计实现直径在从0.25英寸至1英寸(以及类似和等效公制尺寸)的范围内的螺栓的有效保护。
在示例联接器31中，紧固件元件14(螺母16)由碳钢形成，并且具有比多个凸起表面24更低的表面硬度，多个凸起表面24与联接器一体地铸造并由球墨铸铁形成。在实验联接器中已经观察到，随着增加的扭矩被施加到螺母16，平顶26具有牺牲性质，并且被螺母16磨损，其中在平顶已经被显著磨损之后，螺栓应力显著增加。
图4示出了另一个实际实施例，其中组合式平台12和紧固件元件被用在凸缘联接器56的凸缘54上。在该示例中，凸缘联接器56包括凸缘54，该凸缘54采取第一环58和第二环64的形式，该第一环58具有相对地设置的第一接触面60和第一暴露面62，并且该第二环64具有相对地设置的第二接触面66和第二暴露面68。第二接触面66与所述第一接触面60对接。典型地，密封件70被捕获在接触面60和66之间，以确保流体密封接头。
多个紧固件72延伸穿过第一环58和第二环64。每个紧固件72包括至少一个可旋转构件，所述至少一个可旋转构件接合环58、66中的一个的暴露面62、68中的至少一个。在实际示例中，可旋转构件可包括带螺纹的螺母74或具有头部78的带螺纹的螺栓76，并且可接合暴露面62和68两者。
凸缘54的暴露面包括基底表面20和横向于基底表面20凸出的多个凸起表面24，如上文针对平台12和联接器31所述的。凸起表面24包括相应的平顶26。每个凸起表面26与至少一个相邻的凸起表面通过定位在它们之间的相应通道28分开。在该示例中的凸起表面24具有多边形横截面形状，但是诸如图1A的圆形形状的其它形状也是可行的。此外，如果凸起表面24是渐缩的，使得每个凸起表面在平顶26处比在基底表面20处具有更小的周长30，则是有利的。凸起表面24可具有如上所述的相同或相似的高度和面积尺寸。凸起表面还可包括球墨铸铁，并且可与凸缘54一体地铸造。如上文进一步所述，紧固件可比多个凸起表面更软，并且可由钢形成。预计螺栓应力将被限制，直到平顶由于其牺牲性质而显著磨损。
在图4中所示的示例中，凸缘联接器56可包括环58和64分别附接到的第一短管(pipe stub)80和第二短管82。短管80和82可焊接到切割或加工到期望长度的相应管元件(未示出)，或者环58和64可通过例如焊接直接附接到管坯(pipe stock)。
在凸缘联接器56中，当联接器56被组装时，可旋转元件(带螺纹的螺母74和/或螺栓头部78)抵靠平顶26相对地且用力地接合并旋转。与在上紧时螺栓76内的拉伸应力方面的增加相比，预计螺栓76将经历上紧螺母74或螺栓头部78所需的扭矩方面的不成比例增加的现象。预计这种效果将保护螺栓76免受由于凸缘联接器56的过度扭转造成的损坏。

Claims (48)

1.在组合件中，平台与紧固件元件接触，所述紧固件元件能够围绕横向于所述平台定向的轴线旋转，所述平台包括：
基底表面；
多个凸起表面，其横向于所述基底表面凸出，以用于接触所述紧固件元件，每个所述凸起表面包括平顶，每个所述凸起表面与所述凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。
2.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述紧固件元件包括带螺纹的螺母。
3.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述紧固件元件包括带螺纹的螺栓的头部。
4.根据权利要求1所述的组合件，其中，每个所述平顶具有高于所述基底表面0.060英寸的高度。
5.根据权利要求1所述的组合件，其中，每个所述平顶具有高于所述基底表面从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度。
6.根据权利要求1所述的组合件，其中，每个所述平顶具有0.010平方英寸的最小表面积。
7.根据权利要求1所述的组合件，其中，每个所述平顶具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积。
8.根据权利要求1所述的组合件，其中，每个所述平顶具有从0.020平方英寸至0.075平方英寸的范围内的最小表面积。
9.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。
10.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述凸起表面中的至少一个具有圆形横截面形状。
11.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在所述平顶处比在所述基底表面处具有更小的周长。
12.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述紧固件元件比所述多个凸起表面更软。
13.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述紧固件元件包括钢。
14.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述多个凸起表面包括球墨铸铁。
15.一种用于以端部对端部关系连结管元件的联接器，所述联接器包括：
第一区段，其具有相对地设置的第一端部和第二端部；
第二区段，其具有相对地设置的第一端部和第二端部；
第一紧固件，其将所述第一区段的所述第一端部附接到所述第二区段的所述第一端部；
第二紧固件，其将所述第一区段的所述第二端部附接到所述第二区段的所述第二端部，使得所述区段围绕用于接收所述管元件的中心空间；
第一连接构件和第二连接构件，其分别定位在所述第一区段和所述第二区段中的每个的所述第一端部和所述第二端部中的每个处，每个所述连接构件包括：
基底表面，其横向于所述紧固件中的一个定向；
多个凸起表面，其横向于所述基底表面凸出并且能够与所述紧固件中的所述一个接合，每个所述凸起表面包括平顶，每个所述凸起表面与所述凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。
16.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述紧固件中的至少一个包括能够与所述凸起表面中的一个接合的带螺纹的螺母。
17.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述紧固件中的至少一个包括具有能够与所述凸起表面中的一个接合的头部的带螺纹的螺栓。
18.根据权利要求15所述的联接器，其中，每个所述平顶具有高于所述基底表面0.060英寸的高度。
19.根据权利要求15所述的联接器，其中，每个所述平顶具有高于所述基底表面从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度。
20.根据权利要求15所述的联接器，其中，每个所述平顶具有0.010平方英寸的最小表面积。
21.根据权利要求15所述的联接器，其中，每个所述平顶具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积。
22.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。
23.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述凸起表面中的至少一个具有圆形横截面形状。
24.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在所述平顶处比在所述基底表面处具有更小的周长。
25.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述紧固件中的至少一个比所述多个凸起表面更软。
26.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述紧固件中的至少一个包括钢。
27.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述多个凸起表面包括球墨铸铁。
28.根据权利要求15所述的联接器，其中，所述多个凸起表面与所述联接器一体地铸造。
29.一种能够安装在管元件上的凸缘，所述凸缘包括：
环，其具有适于与配合凸缘对接的接触面和与所述接触面相对地布置的暴露面，所述暴露面包括：
基底表面；
多个凸起表面，其横向于所述基底表面凸出，每个所述凸起表面包括平顶，每个所述凸起表面与所述凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。
30.根据权利要求29所述的凸缘，其中，所述多个凸起表面围绕整个所述暴露面延伸。
31.根据权利要求29所述的凸缘，其中，所述凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。
32.根据权利要求29所述的凸缘，其中，所述凸起表面中的至少一个具有圆形横截面形状。
33.根据权利要求29所述的凸缘，其中，所述凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在所述平顶处比在所述基底表面处具有更小的周长。
34.根据权利要求29所述的凸缘，其中，每个所述平顶具有高于所述基底表面0.060英寸的高度。
35.根据权利要求29所述的凸缘，其中，每个所述平顶具有高于所述基底表面从0.020英寸至0.1英寸的范围内的高度。
36.根据权利要求29所述的凸缘，其中，每个所述平顶具有0.010平方英寸的最小表面积。
37.根据权利要求29所述的凸缘，其中，每个所述平顶具有从0.010平方英寸至0.1平方英寸的范围内的表面积。
38.一种用于连结管元件的凸缘联接器，所述凸缘联接器包括：
第一环，其具有相对地设置的第一接触面和第一暴露面；
第二环，其具有相对地设置的第二接触面和第二暴露面，所述第二接触面与所述第一接触面对接；
多个紧固件，其延伸穿过所述第一环和所述第二环，所述紧固件中的每个包括至少一个可旋转构件，所述至少一个可旋转构件接合所述环中的一个的所述暴露面中的至少一个，所述至少一个暴露面包括：
基底表面；
多个凸起表面，其横向于所述基底表面凸出，每个所述凸起表面包括平顶，每个所述凸起表面与所述凸起表面中的至少一个相邻凸起表面通过定位在它们之间的通道分开。
39.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述多个凸起表面围绕整个所述暴露面延伸。
40.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述凸起表面中的至少一个具有多边形横截面形状。
41.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述凸起表面中的至少一个具有圆形横截面形状。
42.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述凸起表面中的至少一个是渐缩的，所述至少一个凸起表面在所述平顶处比在所述基底表面处具有更小的周长。
43.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述至少一个可旋转构件包括能够与所述凸起表面中的至少一个接合的带螺纹的螺母。
44.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述至少一个可旋转构件包括具有能够与所述凸起表面中的一个接合的头部的带螺纹的螺栓。
45.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述至少一个可旋转构件比所述多个凸起表面更软。
46.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述至少一个可旋转构件包括钢。
47.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述多个凸起表面包括球墨铸铁。
48.根据权利要求38所述的凸缘联接器，其中，所述多个凸起表面与所述至少一个暴露面一体地铸造。
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