CN1263586A - 螺钉保持和紧固系统 - Google Patents
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Abstract
一种新型的螺钉保持和紧固系统,包括一螺钉头,其上有沿螺钉纵轴的锥形榫孔(1),所述榫孔具有若干个凸耳(2)和相应的圆形截面(3),还包括螺钉改锥或紧固工具端头(4),具有相应于凸耳数目的多个翼(5),以及用于获得螺钉头榫孔(1)和改锥匹配端头(4)的加工工具。
Description
本发明涉及一种螺钉保持和紧固系统，用于实现螺钉和改锥或紧固工具之间的快速和可靠耦接，螺钉几乎不可能会因不慎而从改锥或紧固工具上脱开，而且不必为维持这种耦接而花费更多的气力就可提高扭矩的传递性能。因此这使得螺钉的耦接操作变得容易，尤其是在工业设施中采用自动设备情况下，由具有扭矩调节的电动改锥执行自动装配操作的过程中，以及个别手工操作的情况下。
本发明的目的是提供一种螺钉头，它具有呈锥形构形的榫接孔，横截面为圆形；朝向螺钉纵轴突出的一个或多个凸耳，所述榫接孔的环状成形壁相对于所述纵轴形成一锥角，螺钉的前凸耳壁相对于所述纵轴形成一锥角。和现有技术相比，本发明的改锥或紧固工具，在螺钉头上形成的榫接孔的特殊的锥形形状具有明显的优点，如：a)由凸耳的侧向楔子效应形成的一孔可在螺钉和改锥或紧固工具之间形成可靠的渐增压力耦接；b)螺钉头和改锥或紧固工具端头之间的接触面积加宽，接触面积增加使得机械应力分布更均匀，螺钉头和改锥或紧固工具的磨损减小；c)和本领域的十字槽螺钉相比，可以节约制造螺钉所用材料的成本；d)将螺钉拧紧或拧松时可确保可靠安全，而不需额外的努力，从而避免紧固扭矩误差；e)增加榫模，改锥和紧固工具的效率并延长其使用寿命；f)便于在难以接近的部位完成螺纹连接。
本发明的第二个目的是提供一种改锥或紧固工具的端头，它具有特定形状，以便和本发明的螺钉头部榫孔相适配。
本发明的另一个目的是提供一种压模，它设计成特定的形状用于螺钉头部榫孔的冷成形，以及提供一种成形模，用于改锥或紧固工具端头的成形，实现本发明的目的。
如上所述，在螺钉头部制成的榫孔为圆形截面，最好有二至六个凸耳朝向螺钉纵轴突伸。所述榫孔的横截面积沿所述纵轴向下逐渐减小，凸耳的宽度也逐渐减小。位于两个凸耳之间的榫孔部分呈具有预定锥角的圆形，该锥角值保持恒定，和凸耳的数量和厚度无关，所述凸耳的前表面相对于螺钉纵轴形成一锥角，所述角度依螺钉的公称直径相应地改变，凸耳的侧表面相对于所述纵轴形成某一角度。
和现有技术的此种系统相比，本发明的螺钉头部的这种特定形状具有重大优势，因此，在需要螺钉和改锥或紧固工具之间建立安全耦接的场合，如采用自动系统，或螺纹连接不易操作而需手工操作的场合下，本发明的这种系统不失为一种特别新颖的系统。
申请人业已发现，利用本发明的用于保持和紧固螺钉的系统，在将螺钉进行螺纹连接时，可以使操作人员不必施加轴向作用力。在难于接近的部位安装作业采用手工操作，花费这样的气力令人厌烦。
在本领域的现有技术的螺钉中，除了在头部形成所述头部形状和凹入部以用于改锥头插入外，还有不利之处是，螺钉常常松动，造成时间浪费和螺钉损坏。
由于这种螺钉和螺接工具由自动设备操纵，这一问题在工业自动化场合特别相关，所以在螺钉及工具之间建立简易而可靠的耦接是必须的。
以往曾作过有关本发明的尝试，例如美国专利US-2,445,525公开了一种螺钉和改锥间的耦接系统。其螺钉头具有一轴向槽，若干个等横截面积的翅片由三角形截面形状的空间隔开，改锥的头部和该螺钉头匹配；其凹入部贯入螺纹的主体，从而会影响螺钉的机械阻力和可用寿命；另一方面，它没有形成特定值大小的锥角，而在本发明的情况下却具有这样的锥角。美国专利US-2,129,440公开了一种螺钉和改锥间的耦接系统，螺钉头上具有深度极小的十字凹槽，内部具有凸边，所述凹槽的宽度足以允许使用任何一种类型的改锥，但采用这种凹槽形状，不能在螺钉和改锥之间建立方便而可靠的耦合。美国专利US-2,592,462公开了一种螺钉和改锥间的耦接系统，其螺钉头也具有一足够宽的用于任何一种改锥的十字凹槽，因而不能在螺钉和改锥之间建立方便和可靠的耦合。
因此，不像本发明那样，上述专利中都未能说明使具有特定形状的改锥头和螺钉头榫孔精确配合的螺钉和改锥耦接系统。
本发明的螺钉保持与紧固系统公开了一螺钉头，形成有一榫孔，它沿螺钉的纵轴呈锥状收缩形，所述榫孔具有带有若干个凸耳的圆形截面，凸耳最好是两个至六个，尺寸最好相同，朝向螺钉纵轴突出，所述截面沿螺纹主体的方向逐渐减小，从而形成圆形横截面和凸耳侧表面的锥角。
一夹紧力矩作用于所述榫孔，该力矩通过与改锥或紧固工具头部花键的接触而产生，花键用于传递所述夹紧力矩。榫孔凸耳式花键接触形成一大得多的面接触区域，因此螺钉头所承受的机械应力远比现有技术中已知的螺钉小。
此外，由于在本发明中向螺钉头内冲出一榫孔，形成一致的接触锥度，从而由于获得了侧表面楔子效应，可确保在螺钉和改锥或紧固工具之间建立可靠的耦接，而不必像现有技术的螺钉那样，沿螺钉纵轴施加任何的压力。同时，由于可靠的耦接，大大降低了螺钉和改锥或紧固工具头部的磨损，从而防止了获取预定力矩的误差。
为方便起见，必须指出，除了本发明的特定改锥或紧固工具外，对于开有上面有四个凸耳的榫孔的螺钉头，可以使用标准的十字形改锥，而如果凸耳的数目不同，必须使用本发明的改锥或紧固工具。
申请人对不同数目的凸耳、不同的凸耳锥角α，和不同圆形截面的锥角β进行了相应的力学试验，所述的各角度和螺钉头的榫孔的实际深度相对应。此外，上述所有参数均和不同的螺钉头外径及其相应的螺纹公称直径相对应。
根据申请人所做的上述试验，用于确定本发明螺钉头榫孔的设计的各参数的优选值确定如下。
a)若榫孔有二至五个凸耳，凸耳锥角α为5至12.5度，优选为7.5至11.5度；圆形截面锥角β为20至30度，优选为23至23.5度；榫孔底锥角A为25至35度，优选为28至29°，凸耳侧面形成的角度C为15至35度，优选为30至30.5度，距离D的长度范围为0.5mm至7mm，优选为0.65至6.5mm，距离d的范围为0.8至9mm，优选为0.9至8.2mm，距离e为0.2至4mm，优选为0.27至4mm。
榫孔的深度不应影响螺钉的机械阻力。
本发明的另一个目的是提供一种改锥或紧固工具的端头，其形状和本发明的螺钉头榫孔的形状相匹配。很明显，改锥或紧固工具端头的凹部必须和螺钉头榫孔的凸耳匹配，而改锥或紧固工具的端头的各翼必须和螺钉榫孔的相邻两个凸耳之间的部分相匹配。
本发明的再一个目的是提供一种用于形成螺钉头榫孔的榫孔冲模，所述冲模由螺钉头上使用的本发明的榫孔的形状来确定。
为了对本发明有更加全部的理解，给出了根据本发明优选实施例的一组附图，附图是为了解释而不是限制本发明。
图1示出了在螺钉头上形成的本发明的榫孔1，优选实施例中包括三个凸耳2，具有相应的间隔或圆形部分3；
图2至图4示出了图1中所示螺钉的横截面，示出了锥角α，β，A和C；
图5示出了和图1所示本发明的螺钉端头相匹配的改锥或紧固工具端头4；
图6示出了改锥或紧固工具端头4的两个横截面，其具有相应的翅片5；
图7和8示出了用于形成图1所示螺钉头榫孔的榫孔冲模；
图9示出了优选实施例中在本发明的螺钉头上形成的榫孔1的平面图，它包括具有相应的圆形截面3的四个凸耳2；
图10至12示出了图9所示的螺钉头的横截面，示出了锥角α，β，A和C；
图13示出了一改锥或紧固工具端头4，它与图9所示的本发明的螺钉头相匹配；
图15和16示出了用于图9所示的本发明的螺钉头榫孔成形的榫孔冲模。
如图1至8所示，本发明的一个优选实施例中，螺钉头上制出的榫孔1包括三个凸耳2。对于这种情形，凸耳2的锥角α为7.5度至7.75度，或9.5至9.75度，或10.5至10.75°，这取决于凸耳2的类型；圆形部分的锥角β为23至23.5度，榫孔底的锥角为28至29度。凸耳2的宽度根据径向上每点的紧固力矩朝向螺钉纵轴成比例地减小，宽度e的值按照凸耳类型在0.4/0.42mm至3.05/3.09mm之间改变。角C为30至30.5度之间。距离D根据相应的凸耳类型在0.65/0.68mm至5.85/5.89mm之间改变。直径d根据相应的凸耳的类型在0.9/0.95至8.0/8.1mm之间改变。
图9至16示出了本发明的另一个优选实施例，其中螺钉头上制成的榫孔1包括四个凸耳2。在此实施例中，角α，β，A和C的与包括三个凸耳2的前一实施例维持相同的角度值。凸耳2的宽度根据在径向上每点的紧固力矩朝向螺钉纵轴成比例地减小。所述宽度e的值根据相应的凸耳类型在0.35/0.37mm至2.7/2.74mm之间改变。距离D根据相应的凸耳类型在0.7/0.73至6.0/6.04mm之间改变。直径d根据相应的凸耳的类型在0.9/0.95至8.8/10.0mm之间改变。
上述螺钉-改锥系统和/或相应的匹配工具的制造和使用的优选实施例并不是限制性的，只要能维持设计参数，特别是各基本的锥角，可以使用三个以下或四个以上的凸耳，从而可在所述的可靠性及机械阻力条件下操作该系统。可在不背离本发明精神的前提下对本发明的系统进行修改。
Claims (4)
1.一种螺钉保持和紧固系统，用于在螺钉头和改锥或紧固工具端头之间提供快速而可靠的耦接，其特征在于，螺钉头沿螺钉纵轴形成有一锥形榫孔(1)，其深度小于螺钉的厚度，且具有圆形横截面，圆形横截面带有多个朝向所述螺钉纵轴突出的凸耳(2)以及相应数目的圆形部分(3)。
2.如权利要求1所述的螺钉保持和紧固系统，其特征在于，凸耳(2)前表面的锥角α的值为5至15度，相邻两凸耳(2)之间的圆形截面壁(3)的锥角β为20至30度，凸耳(2)侧壁的角度C为15至35度，所述接触锥度从而确保表面楔子效应，在凸耳螺钉和花键改锥或紧固工具间建立快速可靠的耦接。
3.如权利要求1或2所述的螺钉保持和紧固系统，其特征在于，将改锥或紧固工具的端头(4)做成合适的形状，以便和相应的螺钉头榫孔(1)相匹配，所述端头(4)具有与所述榫孔(1)的若干个凸耳(2)相对应的确定的形状和若干个翅片(5)。
4.如权利要求1至3中任何一个所述的螺钉保持和紧固系统，其特征在于，用于形成螺钉头的榫孔(1)的榫孔冲模具有一确定的形状，以便在冷加工成形工艺中使用该榫孔冲模。
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