CN1325480A

CN1325480A - 紧固件

Info

Publication number: CN1325480A
Application number: CN99812877A
Authority: CN
Inventors: 约翰·休吉尔
Original assignee: DUOCAM Inc
Current assignee: DUOCAM Inc
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-12-05
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: CA2349554C; CN1183334C; WO2000026547A1; AU6455099A; GB2343228A; GB9925514D0; DE19983684T1; GB2343228B; SE9903875D0; AR021006A1; SE9903875L; JP2004500519A; TW442618B; CA2349554A1; SE514625C2; KR20010099773A

Abstract

一种紧固件有一个主体与一个有一凸轮表面的笼形成于互相作用的组件上以抑制相对转动。在一个实施例中,垫圈置入该表面之间,其有方向相反的面,而凸轮表面形成于其上。在更进一步的实施例中,笼的下方有锯齿状突起形成于其上。

Description

紧固件

本发明涉及一种紧固件。

大家都知道可使用螺纹紧固件去稳固地将组件彼此组合在一起。大家也都知道可通过安置一个震动阻止垫圈在紧固件与组件之间来防止紧固件的分离。一般是将弹簧垫圈置入且夹在螺帽与组件的表面之间。

另一形式的紧固件由香港DISC LOCK Company提出，载于美国专利5,626,449号，这种型式的紧固件是将一个垫片放入螺帽与组件之间，并且在螺帽与垫片的相对表面上设置凸轮表面，这个凸轮表面在垫圈与螺帽间相对转动时可以有效的促使轴向移动。通过安置有比螺帽螺纹的螺旋角更大角度的凸轮表面，来避免螺帽无意中松脱。

载于美国专利号5,203,656的配置是通过一个位于垫圈的较低侧与螺帽间的中间构件以利用一对凸轮表面。这被视为一种三件式的安排。然而，载于美国专利编号5,203,656的配置中的缺点就是要使用中央导杆来维持螺帽上的中间组件。该导杆的锻造不仅生产昂贵，而且需要仔细地控制公差以确保提供必要的转动与轴向间隙。

美国专利编号5,688,091是由McKinly所得出的一种近似美国专利编号5,626,449的紧固件形式，其使用一个笼(cage)用来将垫圈维持在呈喇叭状开口的螺帽之下。然而，在这种配置下凸轮安置在螺帽与垫圈之间。垫圈与笼之间的面是平的，以用来在垫圈与螺帽间安置一对凸轮表面。在垫圈与笼之间的相邻平坦表面在紧定时垫圈可以转动。因此，可以发现这种配置在主要应用时会因为震动而发生转动造成组件松脱。

本发明的目的是排除或减轻上述的缺点。

一般而言，本发明的紧固件具有一个有一末端面的本体以及通过朝向末端面的平坦面而以可转动方式稳固于本体上的笼。笼的边壁向主体较低的部分延伸并超越，其允许转动但禁止轴向分离。插入笼与主体之间的垫圈具有一对直接相对的面而分别贴合在主体与笼的相对面。各对相向面的相对面设有互补的凸轮表面，使得介于紧固件组件间的相对转动会造成组件轴向位移。

本发明的实施例仅参照附图来举例描述，其中：

图1是紧固件立体图；

图2是安装于一对组件间的紧固件剖面图；

图3是图1中所示紧固件的局部放大图；

图4是图3沿线Ⅳ-Ⅳ上的视图；

图5是紧固件的另一实施例中组件的分解视图；

图6是类似图5的第三实施例视图；

图7是紧固件更进一步的实施例剖面图；

图8是图7中所示紧固件的局部放大分解视图；

图9是紧固件更进一步的剖视图；

图10是类似图9实施例的另一紧固件的表面配置；

图11是具有可受剪力的螺杆的紧固件实施例；

图12是用来安装与拆卸图1中紧固件的工具的立体图；

图13是图1与紧固件的工具较低端的展开图；

图14是显示图7的紧固件在震动测试时的相对性能曲线；

图15是图2的紧固件利用双头螺栓的剖面图；

图16是类似图15的另一个使用双头螺栓的实施例视图。

参照图1和2，紧固件概括地标示为10，其包括一个具有一钉头14的螺栓12。螺栓12包括一个刻有螺纹的螺杆16，其上旋有一个螺帽配件18。

螺帽配件包括一个具有平滑面22的主体20和一个内孔；典型地，平滑面22作为六角形的边，而内孔24具有一个对应螺杆16的螺纹。

主体22的较下端是一个呈喇叭形展开以产生一个大体上平滑末端面28的侧缘26。侧缘26较上方的表面29与平面22以径向内圆角31相交，其高度随不同面而在高与低二者之间变化。

一个笼30置于靠近末端面28并且具有一个底壁32。底壁32有一个向内的面33与末端面28留有间隙。一个中央孔35用来容纳螺栓12。周围的边壁34朝轴向延伸并越过呈喇叭形展开的侧缘26。笼30经过热处理以提供底壁34相当的硬度以及边壁34较大的延展性两种不同范围的物理特性，边壁34的最上端局部延径向形变而贴在侧缘26较上方的斜面上，并限制介于笼32与主体20之间的相对轴向运动。利用边壁的延性而在标示为35的六个相等间隔处产生局部形变以提供笼32与本体20间周围的顶接与径向的固定。

垫圈36置入笼32与主体20之间，其具有一对直接面对的表面38、40，其分别地朝向末端面28以及朝内面33。最好能看图3，成对相反的面28、38与33、40形成互补的凸轮表面，分别标示为42、42’与44、44’。

参照图2和3，凸轮表面42、42’各包含了一系列刻面46，其朝径向平面倾斜并均匀地围绕螺栓12的纵轴分布。刻面46彼此平行以提供全平面的接触。刻面46是经由大体上呈轴向延伸的棱边48互相连结来产生彼此平行的成对反向锯齿表面。刻面46的斜度选择大于螺纹24的螺旋角，使得当主体相对于紧固件做转动时，由平面作用所导致的轴向移动大于主体20相对于螺杆16的轴向移动。每一个位于凸轮表面42、42’的棱边48的累加高度，通常是1.5倍的螺距以达到良好的锁定。每一个棱边48的高度由累加高度除以刻面的数目来决定。刻面的数目要选择为主体平边数的整数倍，而对于凸轮表面42，42’，可发现十二个刻面是符合要求的。棱边48高度为1.5倍的螺距除以12。

凸轮表面44,44’包含类似凸轮表面42的刻面46的一连串平行的平刻面50，但是与刻面46的方向相反。刻面50的数目比刻面46多，但是与刻面50连结的棱边52的累加高度与其相近。因此，每一棱边52的高度要比棱边48的小。所以凸轮表面42,42’是比较粗糙的；而凸轮表面44,44’是比较细致的，当受到震动时凸轮表面44发挥作用而抑制笼32与垫圈36之间的相对转动。这使得凸轮42能产生作用以防止螺帽18的松脱。

在一般的实施例中，粗糙与细致的凸轮的360度圆环上的总数各能由螺帽的扳头面数所整除。因此，用在六角螺帽时，从直径1/2英寸一直到1-1/2英寸，粗糙的凸轮圆环通常由12个凸轮组成，而细致的凸轮环则由18个凸轮所组成。

凸轮的径向宽度由内孔的内缘量测，其范围视螺栓直径而定，由5毫米到8毫米。通过在笼32与主体20之间置入垫圈36且主体30置于垫圈36之上而将螺帽配件18预先组合。然后边壁34朝径向移动而覆盖于呈喇叭状开口侧缘26的上方表面29。边壁的延性有利于移动而使得较低的面能挡住硬化的支承表面。最好是边壁朝径向移动的位置数目近似于螺帽上的扳头面数目，虽然可能因使用状况而有所增减。在笼32和主体20之间所产生的有限轴向位移可使得笼32相对主体22做转动。在螺帽凸缘处有较高的高度与额外紧箍强度可提供比标准螺帽多30％的强度。

要系紧图2中所指的一对组件(A)与(B)时，螺栓12穿过两组件间对齐的孔并且螺帽配件18旋在螺杆16上。当笼32的较低面与组件(A)的较上方表面啮合时，凸轮表面42、42’以及44、44’啮合而使垫圈36、笼32与主体20共同转动。棱边48提供主体22、垫圈36与笼32之间扭力的传输，并且因为棱边48的轴向配置，将不会产生相对的轴向分离。

螺帽配件20通过图12、13所示的工具60来紧定至必要的扭力去夹住两组件(A)与(B)。

参照图12，工具60包括可连结传统转动器的圆柱型的套筒62及内部插槽64。这个插槽的内面66对应平面22以便能紧套在主体20上。

槽口66成形于套筒的底端，并且其尺寸可使套筒62的底端安置在笼30的边壁34内。槽口66的轴向壁68有凹槽70，其尺寸对应局部变形35并且与其保持间隙。

如图13所示，表面66的下端72对应于圆角31的高度改变而在“高”、“低”之间交错排列变换。圆角高度的差异要选择大于凹槽70的轴向长度，以便当“高”端72与高起的圆角31啮合时，凹槽70不会与形变处35啮合。

在这个部分，如图13所示，主体20可以相对于笼30自由地转动而将螺帽紧定。

如果在使用中螺栓12由于轴向负荷于其上而延伸，在笼32与主体22之间的相对转动将导致棱边52去啮合并且相反面的刻面46彼此滑过。这导致平面之间的轴向位移，其大于由主体20在螺杆16上相应的转动所提供的轴向位移。当在两组件之间提供这样的绑缚或干涉时，可抑制意外的分离。

要拆卸螺帽组件18，需使用工具60，且“高”的较低端72与较低的圆角31对齐。在此位置，凹槽70与局部形变35啮合并且传输扭力给它们，然后将主体20与笼32一起转动而从螺栓上拆卸下来。在主体20转动的一开始，凹槽70与形变35对齐。像这样的转动由凸轮表面42,44的相对运动来调节。

另一个实施例如图5所示，为了表示清楚，其中相似组件将由相似标号外加下标“a”来表明。在图5的实施例，主体22做成圆锥状的凸出物52，其通过一个放大的孔35a与笼32a。圆锥状的凸出物52有一对轴向的沟槽54用来提供螺杆16A上螺纹的清洁边缘(cleaningedge)。在传统的作法上，圆锥状的凸出物52可使组件A对正在紧固件的中心上。

更进一步的实施例如图6所示，为了表示清楚，相似组件将由相似标号外加下标“b”来表明。在图6的实施例中，圆锥状的凸出物52b设有沟槽54b。省略垫圈36而将主体22b上的凸轮表面42b与笼32b上的凸轮表面44b的两片配件直接啮合。

在图5与图6的任何实施例中，轴向沟槽54b可根据需要省略。

在图1-3中所描述的配置因为其包含螺帽22、垫圈36与笼32而被视为一个三片式的配置。也可生产两片式配置，如图7与图8所示，其中垫圈36被省略以便螺帽22的凸轮表面42能与笼32内部底壁表面上的凸轮表面44啮合。其各自具有相反方向且彼此互补的粗糙凸轮表面。

在此情形下，笼30c具有细的锯齿状突起55，与笼30c的外部底壁的径向平面成15°角。锯齿状突起55与位于笼30c内部底壁上的刻面46c呈相反方向，锯齿状突起55与工作件(A)啮合并且可将笼32c由动作中停止，因此可使粗凸轮移上斜面并且锁住螺帽22。锯齿状突起55的作用可以由图14看出。一对类似的螺帽配件，一个有锯齿状突起55与一个没有锯齿，在Junker震动测试机上测试。张力被监测一段时间以上。如图示4所示，没有锯齿的螺帽配件在相当短的时间内即失去张力，显示螺帽从螺栓上松脱。相对地，有锯齿的螺帽配件维持着张力负荷，显示出锯齿在抑制笼于工作件上转动的效用。

在上述各个实施例中六角形主体已以图例说明，但其他型式的螺帽也可使用，诸如有纵向齿槽的桶状螺帽或其他常见可用的形式。

在更一步的实施例中，如图9所示，粗凸轮做在螺栓56头部的凸缘下方。螺栓56基本上使用如同上述图2和图3所述的垫圈36d置入凸轮表面42d与笼32d之间配置来取代螺帽在图1与图2中的三片式配置。如同螺帽22，凸缘螺栓56也能使用于两片式配置，在这种配置下，粗凸轮42d将置于凸缘螺栓56的下方以便与笼底表面内部上相反方向的粗凸轮44d相啮合。

如图9所示的装置也可以利用其他型式的螺栓头，诸如圆头或槽口头螺栓。因此如图10所示，笼32e由局部形态34e保持在圆头主体56e上。主体56e有一个槽口58形成有中央的位置以承接六角板手的键头。

垫圈36e置入笼32d与主体56e下方之间以提供一对如前所述的凸轮表面42e、44e。

如上所示的紧固件可与其他紧固件系统一起使用，诸如图11所示的张力控制螺栓固定系统，在这个系统中，螺杆16f有一个具有一齿条的顶端78并且扭力施加在具有齿条的顶端78与螺帽22f之间来将螺帽紧定在螺栓12f上。如图11所示，螺帽18f配件的形状类似前述图2，而且动作如同自紧式的组件。在施加设计的扭力到螺帽22f上时，顶端78对螺杆16f产生剪切而抑制更进一步的紧定。随后的拆卸能够如前所述完成。

螺帽18f配件的使用是在震动下抑制螺帽22f的转动以维持螺栓12f上的负荷。为了确保螺栓12f上正确的负荷，紧贴螺帽与垫圈的面积需要等于或少于笼30f的末端面32f面积的50％。通过使用凸轮表面和在凸轮表面间施以润滑剂，可降低紧定期间的摩擦阻力。

典型的3/4英寸(19毫米)螺栓直径应用中，末端面32f外径大约47毫米，螺栓孔间隙约为24毫米。与物件接触的环状面为23毫米宽。

在本实施例中，凸轮表面42f、44f径向宽度大约为6毫米，所以面积比例大约是末端面32f的40％。

图1-7的螺帽配件可有利地使用固定在盲孔中的双头螺栓。如图15所示，螺帽配件10g，类似图1-4所示的，是借螺纹旋在双头螺栓12g上。双头螺栓12g有一对螺纹24g在相对的两端80、82上，它可以是反时针，或顺时针方向，或是不同的形状去配合特殊的应用。一端80，是置入支撑结构86中的盲孔84内。孔84具有一个与80互补的螺纹以便双头螺栓可以旋入其中。

通过将螺帽配件10g旋在另一端上并且将双头螺栓12g旋入盲孔84内来安装双头螺栓。然后螺帽10g被施以扭力而抵紧组件A、B以将其保持在支撑结构86上。螺帽配件10g将维持双头螺栓在受张力下并能保留在孔84之中。

当使用类似图11所示的具有齿条的张力控制尖端时，如图15所示的双头螺栓配置是特别有利的。参考图16，具有齿条的尖端78做在末端80h上并且能用来驱动双头螺栓12h进入盲孔84h之中且随后控制施加在螺帽配件10h的扭力。图7实施例中的螺帽配件也可使用如图15、图16所示的双头螺栓配置，其中锯齿状突起55提供增强的螺帽配件的维持力。

可看出已经描述过一个简单但有效的紧固件，其能提供对于震动必要的抵抗力而且同时能相当容易地制造。

Claims

1．一种紧固件包括一个有一端面的主体，一个笼与一个垫圈；该笼以可转动的方式固定于该主体上且其径向面朝向该端表面，而其边壁朝向该主体部分延伸并覆盖于其上以抑制轴向分离；该垫圈置入该主体与该笼之间，该垫圈具有一对相反方向的表面，一个朝向该主体的末端面而另一个朝向该笼的径向面，该成对而方向相反的表面有互补的凸轮表面形成于其上，在该平面间转动时会导致相对的轴向运动。

2．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，该主体有呈喇叭状开口的侧缘紧邻着该径向面并且该边壁覆盖于该侧缘上。

3．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，该主体是具有平滑侧面的螺帽以允许扭力对其传输。

4．如权利要求3所述的紧固件，其特征在于，在这些侧面中数个选定的侧面具有一个顶接部分以禁止工具沿该侧面朝该笼做轴向移动。

5．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，该凸轮表面包括许多围绕转动轴分布的倾斜刻面。

6．如权利要求5所述的紧固件，其特征在于，这些刻面经由棱边相互连结以在这些面之间提供扭力传输的顶接部分。

7．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，这些成对而方向相反的面上各自相关的这些凸轮表面是不同的。

8．如权利要求5所述的紧固件，其特征在于，该对表面其中一面上相关的这些刻面倾斜长度不同于该对表面另一面上相关的那些刻面。

9．如权利要求5所述的紧固件，其特征在于，该主体是由许多平面形成于其上而形成多边形的主体，并且这些刻面数目是平面数目的整数倍。

10．如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，该主体有刻有螺纹体从其上伸出。

11．一种紧固件包括一个有一端面的主体与一个笼；该笼以可转动的方式装置在该主体上且其径向面朝向该端表面，而其边壁朝向该主体部分延伸并覆盖于其上以抑制轴向分离；这些方向相反的面有互补的凸轮表面形成于其上，在该面间转动时会导致相对的轴向运动，该笼有一与该径向面相反方向的表面，其上有许多锯齿状突起形成。

12．如权利要求9所述的紧固件，其特征在于，这些锯齿状突起与该凸轮表面方向相反。

13．一种用来将一对组件彼此紧系的紧固件配件，该紧固件配件包括一个有头螺栓，其第一端面朝向该组件其中之一并且刻有螺纹的螺杆从该钉头伸出；一个有主体及朝向该另一组件的第二端面的螺帽，该主体由该螺杆旋入；一个紧系在该头与该主体其中之一的笼，其径向皆延伸过这些端表面；以及置入该笼与该末端面之间的垫圈，该垫圈有一对方向相反的面，其一面朝向该末端面而另一面朝向该笼的径向面，这些成对而方向相反的面有互补的凸轮表面形成于其上，该面间转动时会导致相对的轴向运动。

14．如权利要求13所述的紧固件，其特征在于，该螺杆在该钉头相对的另一端是具有齿条的尖端，该尖端可传递预定的扭力至该螺帽。

15．如权利要求13所述的紧固件，其特征在于，其中一个末端面是该螺帽。

16．如权利要求13所述的紧固件，其特征在于，其中一个末端面是该钉头。

17．如权利要求16所述的紧固件，其特征在于，该钉头为多边形。

18．如权利要求16所述的紧固件，其特征在于，该钉头为圆形。