CN1369041A - 低挤压负载紧固件及紧固系统 - Google Patents

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Abstract

一种紧固系统,包括一个两件式挤压型紧固件(10),该紧固件(10)包括一个销钉(12)和一个套环(14),其中,销钉(12)有相对较宽的锁定槽(26),且该锁定槽(26)有大致光滑的根部轮廓,该套环(14)有一杆部分(69),该杆部分(69)的壁厚确定了过多体积的材料,在挤压之前,该材料的体积大于相对的锁定槽(26)的体积,并且,在套环杆部分(69)的内径(ID)和锁定槽(26)的脊(71)直径(Du)之间的间隙为最小,以便减小将该套环杆(69)挤压到锁定槽(26)中所需的压力,且在挤压时,该过多体积的套环杆(69)的材料仅部分填充该锁定槽(26)。

Description

低挤压负载紧固件及紧固系统
发明背景技术的简介
本发明涉及一种包括两件式挤压紧固件的紧固系统，尤其是涉及牵引型(pull type)挤压紧固件，该挤压紧固件具有本发明所涉及的结构，其中，挤压该紧固件所需的拉力或相对轴向负载减小，从而能够采用更小、更轻的安装工具，同时还使紧固件有预先选定的强度和合适的重量和尺寸。
本发明涉及两件式挤压型紧固件或锁紧螺栓，其普通类型如授予L.Huck并于1950年11月21日公开的美国专利No.2531048和授予Brilmyer等并于1965年11月2日公开的美国专利No.3215024所述，该挤压型紧固件还有多种其它变化形式，例如如授予J.Ruhl并于1975年10月28日公开的美国专利No.3915053、授予J.Ruhl和R.Dixon并于1984年9月18日公开的美国专利No.4472096以及授予R.Dixon并于1992年2月25日公开的美国专利No.5090852所述。
在很多商业用途中采用了两件式螺纹或挤压紧固件，且该紧固件由表示特定强度级的等级来标明。例如，1.59cm(5/8英寸)5级紧固件将具有1.59cm(5/8英寸)直径的销钉或螺栓杆部分，以便用于标称直径为1.59cm(5/8英寸)的工件开口中，并且其强度等级由等级数表示，即5级。另一方面，8级的螺栓将有着比5级螺栓更高的强度特性，而9级螺栓甚至有更高的强度特性。例如，5级紧固件的强度由螺栓或销钉的材料的强度来确定，根据SAE J429或ASTM A-325的规定，其最小材料拉伸强度为120KSI，而8级的强度根据SAE J429或ASTM A-490的规定为150KSI。
普通的挤压型紧固件包括一销钉和一套环，而牵引型紧固件有销钉杆，该销钉杆有具有锁定槽的锁定部分和具有牵引槽的牵引部分。该牵引槽用于卡紧安装工具的夹头爪中相配合的齿而被卡紧，该安装工具具有一挤压砧台，该挤压砧台用于与套环啮合，从而能够在销钉和套环之间施加一相对轴向力，以便使该砧台运动到套环上，并将该套环挤压到锁定槽中。其中，该相对轴向力是通过夹头爪作用在销钉上的拉伸负载和通过工具挤压砧台作用在套环上的压紧负载。
在很多挤压紧固件中，牵引部分通过一较低强度的断开轴颈槽与锁定槽部分相连，该断开轴颈槽用于在一个预定大小轴向力或拉伸力的作用下断裂，该预定大小的轴向力或拉伸力大于挤压该套环所需的轴向力或拉伸力，因此，在完成挤压后，该牵引部分或销钉尾部将从高销钉杆上断开或取下。不过，另一些挤压紧固件的牵引部分在安装完成之后还将保持在销钉上。例如见美国专利No.5315755，该专利授予Fulbright等，公开日为1994年5月31日，在该专利中，所使用的螺纹牵引部分并不从销钉上断开。
在很多实例中，对于相对较高强度的挤压紧固件，为了充分挤压套环，所施加的拉伸负载可能相当高，这需要相对较大和较重的安装工具。当采用人工操作的安装工具时这尤其重要。该工具通常包括液压和/或气动活塞-气缸结构，其尺寸和重量将随待施加的拉伸负载的大小而变化。该工具的类型如授予R.Corbett且公开日为1986年7月1日的美国专利No.4597263和授予Port等且公开日为1989年11月7日的美国专利No.4878372所述。
此外，对于包括具有在可断开的销钉尾部上的牵引槽的销钉的紧固件，该断开轴颈槽还必须有足以承受用于挤压的较高拉伸负载的强度，该牵引槽同样必须有足以承受通过安装工具上的夹头爪的相配合的齿而施加的相对轴向牵引负载的强度。这通常需要使该牵引部分有相对较大的直径，以便有足够的材料来提供断开轴颈槽所需的尺寸和强度，同时还防止是牵引槽断裂而不是断开轴颈槽断裂。这也增加了该工具上的、与牵引槽啮合并提供作用在销钉上以使该断开轴颈槽断裂的拉伸负载的部件的尺寸和重量。
在本发明中，提供了两件式挤压型紧固件，该紧固件能够在比相应等级的普通挤压型紧固件低的挤压负载下进行安装，但安装后的物理性能有基本相同的值，该物理性能例如作用在待连接的工件上的拉伸强度、夹紧负载等。与有相同等级性能以提供类似物理特性的类似挤压型紧固件相比，这能够采用更小、重量更轻的安装工具。同时，对于有可断开的销钉尾部的销钉，该断开轴颈槽和牵引槽的强度能够相应减小。这使得销钉杆的牵引部分或销钉尾部的直径能减小，从而减小销钉中的材料量，同时减小重量和材料成本。该减小直径的销钉尾部也有利于通过滚压成形而制造该低强度断开轴颈槽。
不过，对于如前述专利’755中所述的、具有不用断开的螺纹牵引部分的牵引型挤压紧固件，本发明有利于使在牵引部分上啮合的螺纹更少，因为并不需要使断开轴颈槽断裂所需的额外力。这使得作用在牵引工具的配合螺纹套筒或螺母部件的啮合螺纹上的应力更小，从而导致寿命更长。这还能够采用更短、更便宜的销钉，因为对于待卡紧的更少牵引槽，所需的销钉伸出部分更短。而且，安装工具能够更小和因此更轻和更便宜，因为最终安装所需施加的负载更低。这也有利于采用如图17和18中所示的、专利’755中的内部驱动装置类型，所示的内部驱动装置类型包括可采用螺纹拉杆或心轴与牵引槽啮合，该啮合由在销钉或螺栓的杆的端头中的螺纹孔提供。与外部驱动装置相比，使用内部驱动装置能够减小伸出部分，从而提供更高效的最终装配和良好的外观。
图7和7A中表示了一种形式的普通挤压型紧固件。该类型的紧固件主要用于工业用途中，例如建筑、桥梁、卡车等。该紧固件也需要采用相对较高的轴向力以便进行挤压和最终安装，因此需要相对较大和较重的安装工具。因此，在本发明中，包括销钉和套环的挤压型紧固件的用途与图7、7A的紧固件的用途类似，但是，该销钉和套环用于以相对较低的轴向力以及利用小得多和重量轻得多的工具来进行固定。
在本发明一种形式中，销钉中的锁定槽设置为具有较宽或伸长的根部，该根部大致为与(前述)专利’852中所述模拟的流线形。锁定槽的肩部的脊的轮廓有利于套环材料在进行挤压时的流动，从而减小进行挤压所需的拉伸量或挤压负载。还有，与相邻脊的宽度相比，锁定槽要宽得多，这进一步促进了套环材料在挤压过程中的流动。不过，应当知道，本发明的紧固件的总体结构和操作与专利’852中的以及商品形式中的结构和操作完全不同。因此，如前所述，本发明的紧固件主要设计成用于例如图7中所示普通类型的用途那样的用途，该紧固件与专利’852的紧固件相比，具有更低的强度，需要更低的安装负载。因此，本发明的套环有预定的壁厚和体积，以便不仅能提供在挤压过程中对锁定槽的根部进行填充的预定量，而且能提供大小比安装负载高得多的保持夹紧负载或夹紧力。因此，与专利’852的紧固件不同，通过挤压套环对锁定槽进行填充的量大大小于完全填充时的量，同时在根部的底部留下合适的间隙；这起到防止套环材料在挤压过程中压靠该根部的作用，从而有助于减小所需的安装负载。此外，套环孔的直径能够减至最小，以便与销钉的锁定槽的脊进行相对紧密的间隙配合，同时，该外部套环直径选择为能使套环的可挤压部分具有选定的合适体积。前述特征特别有利于在较低的相对轴向力下将套环材料挤压到销钉内的较宽的锁定槽中。同时，该紧固件将提供大小显著高于安装负载的夹紧负载，而对于普通的或现有的挤压型紧固件，同样大小的夹紧负载需要高得多的安装负载。
此外，安装工具的挤压腔的结构有利于以减小的相对轴向负载或安装负载进行挤压。同时，套环杆的配合端设置成与该挤压腔的结构配合，并补偿最小间隙，以便为初始挤压或强行压入提供大小合适的阻力，该阻力导致形成相对较高且合适的初始延迟负载，以便足够将工件拉在一起，从而消除它们之间的任何间隙。
在本发明的一种形式中，锁定槽的宽度比脊的宽度宽得多，同时，为了能填充足量的槽和使得合适数目的销钉和套环的肩部进行啮合，以便提供合适的设计拉伸负载，该套环并不需要比作为对比的、如图7、7A中所示的普通紧固件的套环更长。这样，被挤压的套环的单位长度上的销钉脊的数目显著减少，从而有助于减小用于进行挤压的相对轴向力或挤压负载。同时，槽的较大宽度和轮廓有利于套环材料在挤压过程中的流动。
对于本发明，与如图7、7A中所示的、具有相应尺寸和强度的现有牵引型挤压紧固件相比，在具有基本相同的最终夹紧负载或夹紧力时，进行挤压所需的挤压负载和相应的相对轴向负载将减小至少大约25％至大约45％。此外，在本发明的一种形式中，可保持的夹紧负载的最终大小可以是施加的挤压负载的大小的1.5倍至1.9倍，而对于同样尺寸和等级的紧固件，现有的普通挤压型紧固件所达到的最终夹紧负载或夹紧力为挤压负载的大约1.2至1.3倍。更重要的是，安装工具的尺寸能够显著减小，且重量能减小大约45％。对于销钉尾部可断开的紧固件，最终安装负载有时需要增加到超过最终挤压负载，但是，对于较低挤压负载，断开轴颈槽的断开负载可以减小。除了减小工件的尺寸和重量外，较低的安装负载和减小的销钉断开负载也导致对操作者的振动负载显著减小。
尽管本发明是对牵引型挤压紧固件进行表示和说明的，但是应当知道，这也有利于使得短柱(stump)型挤压紧固件成为低挤压负载的紧固件，该短柱型挤压紧固件通常通过压紧(squeeze)型的工具进行安装。该短柱型紧固件例如见前述专利’096中的图1。
如前所述，对于具有不可断开的螺纹牵引部分的挤压型紧固件，因为不需要使销钉断开的额外力或负载，因此特别有利。此外，为了进一步增强该螺纹型牵引槽的强度，提供了一种变化的螺纹形式，该螺纹形式将进一步减小为了保持所需的拉力而需要与螺纹套筒或螺母部件啮合的螺纹牵引槽的数目，从而获得较低的安装负载。
此外，还提供了一个独特的系统，以便于使用所述的内部驱动装置，从而导致某些附加的优点。
而且，在该紧固系统的一种形式中，提供了一种具有独特的挤压腔的挤压砧台，该挤压砧台特别有利于具有外部组合的螺旋形锁定和牵引槽的紧固件和具有内部牵引槽的紧固件。其中，该挤压腔不仅有利于挤压，而且有助于通过套环的、在挤压后将弹回的部分而从该套环上取下。
因此，本发明的一个目的是提供一种紧固系统，该紧固系统包括一个新颖的两件式挤压型紧固件，该紧固件有一套环，该套环具有预定的壁厚和体积，并且相对于销钉的锁定槽的脊的间隙最小，从而导致用于安装该紧固件所需的安装负载和/或挤压负载的大小减小。
本发明的另一目的是提供一种套环，该套环具有相对于锁定槽的伸长根部的体积的而选定的体积，因此，该挤压的套环材料并不完全填充该通常较浅的锁定槽根部。
本发明的一个目的是提供一种新颖的两件式挤压型紧固件，其中，该销钉具有可断开的销钉尾部，同时该紧固件在减小的拉伸负载下进行安装，因此，该销钉尾部的尺寸能够减小。
本发明的另一目的是提供一种紧固系统，该紧固系统包括一个独特的两件式挤压型紧固件，在该紧固件中，该销钉有不可断开的螺纹牵引部分，同时该紧固件在减小的拉伸负载下进行安装，因此，安装该紧固件的挤压负载所需的啮合螺纹数目能够减少，作用在牵引槽的螺纹上以及作用在安装工具的相配合的螺母部件或相配合的螺纹心轴的螺纹上的负载将减小。
本发明的另一目的是提供一种紧固系统和一种安装工具，该紧固系统包括一个独特的挤压型紧固件，该紧固件包括销钉和套环，该安装工有一挤压腔，该挤压腔有相对于该套环而预先选定的轮廓，因此，该套环的挤压所需的相对轴向负载减小，从而能够使用相对较小、重量较轻的工具，同时使得安装好的紧固件具有与相同等级的普通挤压型紧固件相当的强度。
本发明的另一目的是为了提供一种新颖的两件式挤压型紧固件，该紧固件能在显著减小的相对轴向负载下进行安装，其中，该销钉有大致成螺旋形轮廓的牵引槽。
本发明的另一目的是提供一种含有新颖的两件式挤压型紧固件的紧固系统，该紧固件能够在显著减小的相对轴向负载下进行安装，其中，该销钉有大致成螺旋形轮廓并有独特结构的牵引槽，以便承受所需的安装负载。
本发明的另一目的是提供一种紧固系统，该紧固系统包括一个独特的两件式挤压型紧固件，该紧固件能够利用内部驱动装置而在显著减小的相对轴向力下进行安装。
本发明的还一目的是提供一种紧固系统，该紧固系统包括具有独特挤压腔的挤压砧台。
本发明的另一总目的是提供一种独特的紧固系统，该紧固系统包括一个新颖的两件式挤压型紧固件。
通过后面的说明书和附后的权利要求书并结合附图，能够了解本发明的其它目的、特征和优点，附图中：
附图说明
图1是表示本发明的紧固件与普通标称总厚度的工件以及与准备用于该紧固件的安装的所示安装工具的一部分的装配关系的纵向正视图，其中某些部分以剖面表示，其它部分被断开；
图2是类似于图1的视图，表示在该套环被挤压到销钉的锁定槽中之后的紧固件以及安装工具的一部分；
图3是类似于图2的视图，表示完全安装好的紧固件，其中安装工具被去除；
图4是对图1中的销钉、套环和挤压压砧进行放大的局部放大图，其中省略了某些部件，表示了安装工具的挤压腔、将被挤压的套环以及销钉之间的关系和结构；
图4A是图4的紧固件的销钉的锁定槽部分在图4中的圆4A中的部分的局部放大图；
图5是对图1-4的紧固件的套环进行放大的纵向侧视图；
图6是图5的套环沿图5中的箭头6-6所示的方向的端视图；
图7是类似于图1的、表示普通现有技术的挤压型紧固件和普通安装工具的纵向正视图，该现有技术的紧固件通常具有与本发明的紧固件相同的等级和类似的用途；
图7A是图7的紧固件的销钉的锁定槽部分在圆7A中的部分的局部放大图；
图8是销钉的纵向视图，该销钉类似于图1-4中的销钉，但是锁定和牵引槽是螺旋形；
图8A是该组合的锁定和牵引槽在圆8A中的部分的局部放大图，表示该槽的一种变化形式；
图9是销钉的杆部分的局部正视图，其中一些部分被断开，并有变化形式的螺旋形锁定槽，且在端头的开口孔有用于内部驱动装置(internaldrive)的螺纹牵引槽；
图9A是图9的销钉的锁定槽在图9中的圆9A中的部分的局部放大图；
图9B是图9的销钉在图9中的圆9A中的部分的局部放大剖视图，表示了内部的螺旋形牵引槽；
图10是一种变化形式的套环的一部分的放大视图，其中局部被断开，并包括一个柔性的预安装凸起(tab)；
图11是图5的套环在图5中的圆11中的部分的放大正剖图，表示一种变化形式的套环，该套环包括有限的预安装套环螺纹；
图11A是图5的套环的一部分的剖视图，表示另一种变化形式的套环，该套环包括一个金属预安装凸起，以便用于螺旋形锁定槽；
图11B是图5的套环在圆11B中的部分的剖视图，表示还一种变化形式的套环，该套环包括在该套环中的不同位置处的金属预安装凸起，以便用于螺旋形锁定槽；
图12A、12B、12C和12D是曲线图，表示紧固系统的挤压负载和所形成的夹紧负载与时间的关系，该紧固系统为直径为1.59cm(5/8英寸)直径的、图1-4A、5、6(图12A)图8、8A(图12B)、图9、9A(图12C)和现有技术的图7、7A(图12D)中的紧固件；
图13是具有变化形式的挤压腔的挤压压砧的纵剖图；
图13A是图13的挤压压砧沿图13中的箭头13A的方向的端视图；
图14是安装工具的纵向正视图，其中某些部件被断开，其它部件表示为剖面，该安装工具包括图13和13A的挤压压砧，并与紧固件成预安装关系，该紧固件包括一个销钉件，该销钉件有如图8和8A所示类型的螺旋形锁定和牵引槽；
图15是类似于图14的视图，表示图14的紧固件和安装工具处于完全挤压的状态；
图16是类似于图15的视图，但是表示该安装工具与紧固件成预安装关系，该紧固件包括一销钉件，该销钉件有如图8和8A所示类型的螺旋形锁定和牵引槽，且所示紧固件用于紧固的工件具有最大总厚度，其中，在开始挤压之前，螺母件与套环杆配合；
图16A是图16的组件在圆16A中的部分的放大图；
图16B是图16A的组件在圆16B中的部分的放大图；
图16C是类似于图16A的视图，但是表示在完成挤压时的组件；
图16D是类似于图16B的、在图16C的圆16D中的部分的放大图；
图17是用于内部驱动装置的安装工具的纵向视图，其中某些部件被断开，其它部件表示为剖面，该安装工具包括图13和13A的挤压压砧，并与紧固件成预安装关系，该紧固件包括一个销钉件，该销钉件有如图9、9A和9B所示类型的螺旋形锁定槽和内螺旋形的牵引槽；以及
图18是类似于图17的视图，表示图16中的紧固件和安装工具处于完全挤压的状态。
对于相同尺寸的紧固件，图4A、7A、8A和9A中所示的槽为相同的比例，这些图以垂直间隔开和水平对齐的方式表示脊部(crest)和槽相对于以垂直假想线表示的节线之间的关系。在图4A、7A、8A和9A中，该槽的视图基本表示了这些槽的结构特征和详细情况，而其它图中的槽则以更通常的形式表示。
发明实施例的说明
在下面的说明中，将涉及各种部件，并将在典型值表中提供这些部件在不同尺寸范围的、本发明一种形式的紧固件和同等级的普通紧固件中的典型平均值的列表。
下面参考图1-4，图中表示了紧固件10，该紧固件10包括一销钉件12和管状套环14。销钉件12有细长杆15，该细长杆15穿过在一对工件18和20中的对齐的开口或孔16和17延伸，从而使之固定在一起。在杆15一端的放大凸起头部22与工件18的后侧表面23配合。该杆15有靠近该头部22的直光滑柱形杆部分24，该部分24用于以间隙配合的方式安装在该对齐的孔16和17中。不过，应当知道，在某些安装情况下，该笔直的杆部分24的尺寸为与孔16和17进行紧配合或所希望的过盈配合。在该直的杆部分24后面的是锁定杆部分25，该锁定杆部分25有多个周向延伸的环形锁定槽26。该锁定部分25包括环形过渡部分28，该过渡部分使得锁定杆部分25与直杆部分24光滑连接。
牵引杆部分41包括一个直的环形槽脊(land)42，在该环形槽脊42后面有多个环形牵引槽44。具有较小的根部直径Dd的断开轴颈槽位于锁定部分25和牵引部分41的环形槽脊42之间，并确定了该销钉杆15上的最弱的部分(见图4)。环形槽脊42是由于在滚压该断开轴颈槽40时使金属移动形成。包括槽脊42和牵引槽44的牵引部分41具有与锁定部分25的锁定槽26的脊部直径Du相比减小的脊直径Dp，该锁定槽26的脊部直径Du与直杆部分24的直径相同。如图4和4A所示。不过，应当知道，在包括与开孔16和17紧配合或稍微过盈配合的用途中，锁定槽26的脊部71的直径Du小于该直杆部分24的直径。牵引槽44使得安装工具48能够卡住，该安装工具48能够固定该紧固件10。该工具48通常的结构如本领域技术人员公知，因此，为了简明而只表示了该工具的一部分。简单地说，该工具48有前端组件45，该前端组件45有多个周向间隔开的爪50，用于卡住该牵引杆部分41上的牵引槽44。爪50位于管状夹头组件52中，该管状夹头组件52可滑动地支承于压砧壳体54内，该压砧壳体54的一端终止于具有挤压腔57的挤压压砧部分56。爪50通常由爪从动组件46沿一锥形轨道53弹性轴向向前压向径向闭合位置，该爪从动组件46被部分显示。如图所示，所形成的挤压腔57与套环14组合，将以减小的负载来增强挤压作用。
下面参考图4-6。套环14是带有凸缘类型的，包括一个带有一柱形杆61和一通孔65的放大直径的凸缘59。该套环杆61为一大致均匀的柱形结构，具有大致相同的壁厚t，并有一个直的杆部分69，该直杆部分69的外端终止于一个径向向外扩口的杆部分67，该扩口杆部分67的厚度大致为t，它有后面将介绍的延迟(hold-off)作用。在本发明的一种形式中，该扩口杆部分67以相对于轴线Xa在内径处为角度Ad和在外径处为较小的角度Ad’的形式扩口。此外，在直杆部分69区域内的通孔65为直孔部分49，具有大致相同的直径ID，该直孔部分49终止于一个穿过凸缘59延伸的扩大埋头孔部分55。角度Ad和Ad’的大小选择为使得该扩口杆部分67的外端距离所对(confronting)的锁定槽26的脊部71具有合适的间隙或间距，并与挤压腔57的弓形端头68的外侧引入端形成的合适点接触，以便能使该扩口杆部分67具有合适的挤压强度，从而适当地使得强行压入(snub)或开始压入锁定槽26被延迟。见典型值表。
带有凸缘的套环14用于布置在销钉杆15上，且在将工件18、20拉在一起时，该套环61的套环杆61与所对的锁定槽26径向对齐。见图1和2。同时，凸缘59与工件20的外侧表面73配合。埋头孔部分55有助于将该套环14装配到销钉杆15上。这在该套环的直孔部分49与锁定槽的脊部71紧间隙配合时尤其有利，该紧间隙配合的目的将在后面介绍。
应当知道，工件18和20的组合厚度t1确定了紧固件10的标称夹紧厚度。不过，该紧固件10能够用于一个预定夹紧范围，该夹紧范围随最小总厚度小于t1到最大总厚度大于t1的工件而变化。
在驱动工具48时，通过爪50与牵引槽44的夹紧和拉伸配合以及挤压砧台部分56与在套环杆61外端处的扩口杆部分67的压挤配合，从而在销钉12和套环14之间施加有相对轴向力。该套环的扩口杆部分67与挤压腔57的弓形端头68一起提供了预定大小的阻力或使得挤压入或强行压入锁定槽26延迟，从而能首先在预先选定的夹紧负载下将工件18和20拉在一起。该延迟量基本与例如如图7所示的普通挤压型紧固件相同，因此，用于封闭工件之间的间隙的初始延迟负载通常相同。当相对轴向力增大时，包括弓形端头68的挤压腔57轴向移动，以便径向压迫该扩口杆部分67，然后径向套在(overengage)在套环14的杆61上，因此，套环杆61被径向向内挤压入销钉12的锁定槽26内。通过完成该挤压和施加增大的相对轴向力或拉伸负载，销钉杆15将在断开轴颈槽40处被切断，如图2所示。随后，通过进一步驱动该工件48，套环顶推件58将轴向向前压，以便与挤压套环14的套环杆61的外端配合，并将它从挤压砧台部分56的挤压腔57中推出，从而完成该安装并同时除去该牵引部分41。见图3。
挤压腔57的结构有助于提供合适的延迟，同时能促进套环杆61的材料在挤压过程中均匀径向向内流动。因此，该挤压腔57有一个直径基本均匀且轴向直的挤压孔部分70，该挤压孔部分70终止于一弓形的外侧引入端头68，该弓形外侧引入端头68径向向外弯曲，以便最初与套环的扩口杆部分67的径向外侧端表面形成基本上呈圆周的线接触。见图4。该扩口杆部分67径向向外延伸，以便与弓形端头68的弯曲部分配合，从而有助于提供最小的引入距离dd和同时促使形成合适的延迟量。在本发明的一种形式中，该扩口杆部分67的接触线在该弓形端头68上这样的点处，即该点确定了一个相对较小的角度Ac。见图4。该接触角Ac定义成在弓形端头68的接触点处的、和该端头68的腔体弧线相切的线与平行于该套环杆61的直杆部分69并平行于该轴向直挤压孔部分70的线之间的夹角。因此，该线也平行于紧固件10的中心轴Xa。如前所述，接触角Ac和套环扩口角Ad和Ad’选择为有助于提供合适的延迟。同时，在进行完全挤压的情况下，从该接触点到产生充分挤压的直孔部分70的表面之间的径向距离Cc选择为提供合适且足够高的延迟，以便防止由于开始时被挤压入锁定槽26中而引起的、该扩口杆部分67的过早压入。合适的延迟导致工件18、20被拉在一起，从而在开始挤压之前除去工件之间的间隙和以合适的夹紧力来将它们夹在一起。因此，从套环扩口部分67的内表面外端到锁定槽26的脊71的径向距离Bc选择为能促使形成延迟，同时还能在合适的相对轴向负载下能够进行最初的挤压或压入。见典型值表。不过这时，将在相对较低的轴向负载下形成完全挤压。
因此，套环扩口杆部分67的扩口角度Ad稍微大于普通的套环扩口杆部分的扩口角度。这样将提供足够的径向间隙距离Bc和挤压强度，以便考虑到套环孔65和销钉脊71之间的最小间隙Rc和套环壁的最小厚度t而使最初的挤压或压入合适延迟。这完全与专利’852中的紧固件不同，在专利’852的紧固件中，套环的间隙大于Rc，且具有大得多的壁厚，并且没有套环扩口杆部分。同时，在扩口杆部分67的径向外表面处的角度Ad’选择为提供与弓形端头68接触的合适点，以便有助于提供合适的延迟量。
砧台腔57有直挤压孔部分70，该直挤压孔部分70有基本均匀的最小挤压直径Da。在本发明中，挤压腔57的直孔部分70有足够的轴向长度，以便套在套环杆61上并在该套环杆61的挤压长度的很大部分之上。这样，套环杆61的、在挤压腔57后面的径向向内挤压部分的弹回最小。同时，套环材料在挤压过程中的轴向向前挤出将有利于保持最终的夹紧负载，该最终的夹紧负载通过该挤压而增大。前端组件45和挤压腔57的总体结构都基本与现有的、用于安装前述专利’852中所述类型的紧固件的工具相同。
应当知道，通过减小均匀直径的直套环孔部分49和锁定槽26的脊71之间的间隙Rc，能够使挤压该套环杆61所需的相对轴向负载减至最小。
在本发明中，该径向间隙Rc大幅度减小至在图7中所示类型的普通锁定螺栓的径向间隙的大约一半。这时，即使考虑到该直套环孔部分49和锁定槽71之间减至最小的间隙Rc和该直套环杆部分69的最小壁厚t，由套环扩口部分67与弓形端头68组合而提供的延迟也能明显更大。不过，因为通过使内径ID减至最小而提供了较紧的径向间隙，对于所需的厚度t，外径Dc能够减小，从而提供合适的体积(volume)。见图5。因此，内径ID和外径Dc选择为使套环杆61具有合适的壁厚，从而导致套环材料具有用于挤压所需的体积和导致锁定槽进行合适量的填充(后面将介绍)，同时使挤压负载适当减小，见典型值表。
最好如图4A所示，锁定槽26的根部62结构较宽，并有近似流线形的根部形状。在本发明的一种形式中，该形状为前述专利’852中所述普通类型，也是在商业上使用的该紧固件的基本类型。不过，应当知道，在本发明的其它形式中，锁定槽的根部和肩部稍微进行变化，其目的后面将介绍。通过环形肩部60分离的根部62可以认为由在根部62的底部的根部部分72确定，该根部部分72在其一端处与前缘过渡或齿腹部分(flank portion)64相连，在其相对端处与后缘过渡或齿腹部分66相连。该过渡部分64和66通过圆角连接与该根部部分72相交。为了成为近似流线形形状，该根部72大致为椭圆形形状。不过，应当知道，因为套环14的材料并不是完全挤压成与该根部部分72压紧配合，因此，也可以采用不是椭圆形的轮廓。不过，在与挤压的套环材料相配合的区域的流线形部分很重要，以便在挤压负载降低时利于挤压材料的流动。
除了上述之外，锁定槽26还由以下参数确定：
1.P     为连续锁定槽26之间的节距；
2.h     为根部62深度(或螺纹销钉的螺纹深度)
3.Dr    为作用有拉伸负载的根部62的有效根部直径(或螺纹销钉的螺纹的有效根部直径)
4.Du    为销钉肩部60的脊71的脊直径(或由螺纹销钉的脊所确定的直径)
在本发明的一种形式中，后缘过渡或齿腹部分66有着相对于垂直于销钉12的轴线Xa的平面为陡峭的角度At，而前缘过渡或齿腹部分64则有着较大的角度Al。前缘过渡部分64的角度Al有利于套环14的材料在挤压时的流动，而后缘部分66的较陡峭的角度At则提供了支承作用，以便容纳挤压的套环材料。该支承作用有助于将套环在挤压过程中的挤出或伸长转变成工件18和20上的夹紧负载，同时有助于抵挡安装好的紧固件10上的拉伸负载。见典型值表。
为了有利于套环14的材料在挤压过程中的流动，在肩部60的脊71和前缘过渡部分64之间提供有一弓形过渡部分63。另外，在肩部60的脊71和后缘过渡部分66之间提供有半径为R1的倒圆。该弓形部分63和半径为R1的倒圆有利于减小由挤压腔57施加到套环14上来挤压所需的径向压力，从而有利于减小便该挤压腔57轴向运动以便在挤压过程中径向套在该套环14上而所需的相对轴向负载。该(挤压腔)的形状与用于前述专利’852中的紧固件的相同。
对于本发明的紧固件结构，各根部62的深度h选择成能使销钉12的锁定槽26的深度h与脊71的主体直径Du之间成合适的最小比例。这样，槽的深度h的一个重要准则是它足够深，从而在挤压后当该根部部分72还是与该挤压的套环材料成局部间隙关系时能够容纳和保持该套环14的材料。在本发明的一种形式中，槽的合适深度h为在大约0.03×Du至大约0.033×Du之间。通过这样的槽，对于具有给定脊直径Du的销钉，根部或较小直径Dr将最大。见典型值表。这样将使得给定材料的销钉12获得所能达到的几乎最大的拉伸强度，因为销钉12的拉伸失效将在根部直径Dr处产生，当该根部直径最大时仅仅稍微小于脊直径Du。该最大根部直径Dr处的宽度增大还将提供合适的疲劳寿命。同时，在根部部分72较宽和成近似流线形或椭圆形的根部62将形成较低的应力集中，这更有利于疲劳寿命。
套环14的体积小于当挤压入锁定槽26时充满该根部62所需的体积。因此，该结构也基本与上述专利’852的紧固件不同。其中，该挤压套环14并不塞满或完全充满该根部62，在一个实施例中，根部62的填充百分率不大于深度h的大约95％，优选是填充的范围为大约70％至90％。当填充百分率大大低于70％时不能提供合适的较高预负载，而当填充百分率大大超过90时将导致过高的安装负载，这需要有更大、更强的断开轴颈槽40，以防止过早失效，和/或需要一个更大、更重的安装工具。通过较宽的槽结构，优选是至少填充到节圆直径处。该节圆直径可以定义成在滚压锁定槽26之前所进行滚压的销钉半成品的直径。
在一个实施例中，套环杆61待挤压的部分选择为挤压前的体积大于在挤压包层内部局部填充槽26所需的体积。该挤压包层可以由砧台部分56的挤压腔57的直部分70的最小直径Da确定，而柱形区域由销钉12的锁定槽26的相对部分确定(见图1-4)。这样，挤压包层的容体可以认为是在节圆直径或在滚压锁定槽26之前的销钉半成品的直径与挤压腔57的直部分70之间的体积。不过，在挤压过程中，套环杆61的材料的一部分在沿轴向挤出和伸长时移动，这增加了工件18、20上的最终夹紧负载的大小，同时，这还使得锁定槽26并不完全填充。因此，在挤压过程中，套环杆61的材料并不完全与锁定槽根部62的根部部分72啮合和完全压靠在该根部部分72上，因此，该套环杆61能够以大幅度减小的相对轴向负载来进行挤压。这与专利’852和’096的紧固件不同，在该紧固件中，过量体积的百分率大得多，且套环材料完全与锁定槽的根部啮合和完全压靠在该根部上。另一方面，对于图7和7A中的普通紧固件，套环114的挤压前体积大于挤压包层的体积，该套环材料并不压靠该根部。
优选是，与套环14的硬度相比销钉12足够硬，以防止由于压紧挤压负载而被压碎或过度拉伸屈服或使得局部收缩成颈状。因此，在本发明的一种形式中，对于5级类型的紧固件，例如销钉12可以由AISI 103B钢或AISI 1541钢或其它类似材料制成，以便使该相同等级有大约Rc24至大约Rc35的硬度和至少大约120KSI的极限拉伸强度。套环14可以由经过热处理的AISI 1010碳钢制成，以便使得硬度在大约Rb65至大约Rb85之间，极限拉伸强度至少为大约60KSI。这样，销钉12有足够的硬度，以便既可以承受所希望的较高拉伸预负载和在套环14上的挤压负载，同时又不会产生较大的屈服。此外，套环14可以涂覆有普通润滑剂例如水溶性聚乙烯蜡或鲸蜡醇。该套环14还可以镀锌，这有助于使挤压负载保持在所需的较低水平，同时还使挤压腔57的磨损最小。
这样，套环14的杆61有足够的壁厚t和体积，以便保证足够的套环材料将在伸长时轴向移动。同时，优选是该挤压后的套环有足够的壁厚和足够的强度，这样，当接头上的拉伸负载达到设计拉伸负载时，在挤压过程中形成的销钉肩部60和套环肩部将保持成基本完全啮合。这样，套环杆61的所需壁厚t将增大该紧固件的较大直径，同时减小该紧固件的较小直径。见典型值表。
应当知道，本发明的挤压型紧固件主要设计成用于采用了如图7所示的普通挤压型紧固件的用途中。在图7的说明中，整体或部分与图1-4的实施例类似的部件以相同的参考标号加100表示，如果没有说明则就是具有基本相同的结构。
参考图7，紧固件110包括销钉件112和管状套环114，并有中心轴线Xa’。销钉件112有细长的杆115，该细长杆115穿过分别在待连接在一起的工件118、120中的开口116和117延伸。在该杆115的一端的凸起头部122与工件118的后侧表面123配合。杆115具有光滑的柱形杆部分124，该光滑柱形杆部分124位于对齐的孔116和117内。具有多个环形锁定槽126的锁定杆部分125邻近该直杆部分124。一环形过渡部分128使得锁定杆部分125与直杆部分124相连。
牵引杆部分141包括一个直的环形槽脊142，随后有多个环形牵引槽144。直径为Db’的断开轴颈槽140位于锁定部分125和牵引部分141的环形槽脊142之间。与锁定槽126的脊部直径Du’相比，包括槽脊142和牵引槽144的牵引部分141具有稍微减小的脊直径Dp’，该锁定槽126的脊部直径Du’近似与该直杆部分124的直径相同。牵引槽144用于由工具148卡住，该工具148可以是与前述工具48类似的普通结构。不过，因为安装该紧固件110需要更高的挤压负载，工具148将比工具48更大和更重。因此，挤压砧台部分156的直腔部分170的直径Da’小于挤压孔部分70的直径Da。
套环114具有通孔165，并包括一柱形杆161，该柱形杆161的一端终止于一放大的支承凸缘159。该套环杆161有一直杆部分169，该直杆部分169为大致均匀的柱形结构，并有大致均匀的壁厚t’。该杆部分169在其外端终止于一外侧杆部分167，该外侧杆部分167的外表面成弓形径向向内延伸，并逐渐变细至减小的壁厚t”。这样，弓形杆部分167在其外表面上的锥度角将为角度Ad’，该角度Ad’与杆部分67的角度Ad相比为负值。还有，因为孔部分149的径向内表面没有锥度，这时角度AD’将为零，因此在图中未示出。此外，通孔165具有一直孔部分149，该直孔部分149具有大致均匀的直径ID’，并穿过直杆部分169和外侧弓形杆部分167延伸。该直孔部分149在其内端终止于一个在凸缘159处的放大埋头孔部分155。
其中，通过爪150与牵引槽144配合以及挤压腔157的基本直锥形的外侧引入端头168与套环杆161的外杆部分167的、成弓形并径向向内延伸的表面之间的配合，用于安装的相对轴向力作用在销钉112和套环114之间。与紧固件10的扩口杆部分67的最小引入距离dd相比，该套环杆部分167的径向外部弓形表面和挤压腔157的锥形端头168一起形成一个伸长的引入距离dd’。不过，阻力或者使开始挤压或压入锁定槽中延迟的预定量受到更大的间隙距离Rc’和更大的内径ID’以及外径Dc’的影响，该外径Dc’基本与套环杆部分69的外径Dc相同。不过，该延迟量基本与具有更小间隙距离Rc和更小内径ID的紧固件10的延迟量相同。套环杆161的壁厚t’小于套环杆61的壁厚t。见典型值表。
因此，应当知道，挤压该套环杆161所需的相对轴向负载大得多，这部分是因为内径ID’更大以及在具有均匀直径的直孔部分149和锁定槽126的脊171之间的间隙Rc’更大。因此，在典型的普通1.59cm(5/8英寸)的锁定螺栓类型的紧固件110中(如图7所示)，套环孔165的直孔部分149和锁定槽脊171之间的径向间隙Rc’在各侧的半径间之差为大约0.053cm(0.021英寸)，或者总的直径间之差为大约0.106cm(0.042英寸)。在本发明的紧固件10中，径向间隙Rc明显减小，半径间之差为大约0.028cm(0.011英寸)，或者总的直径间之差为大约0.056cm(0.022英寸)。考虑到较大的间隙Rc’以及提供用于所希望的挤压和锁定槽填充所必须体积的套环材料而需要的内径ID’和厚度t’，套环杆161的挤压所需的相对轴向力大大高于套环杆61的相对轴向力，尽管厚度t’小于t。此外，为了挤压该更薄壁的套环杆161以便足够填充该锁定槽126，挤压腔157的砧台喉部的直径Da’小于挤压腔57的直径Da。这需要更高的相对轴向力或挤压负载，以便合适挤压该套环杆161。此外，锁定槽126的结构、根部162的宽度以及在挤压时将啮合的脊171的数目也是导致更高挤压负载的因素。见典型值表。
最好如图7A所示，锁定槽126大致为变形的正弦波外形。其中，通过环形肩部160分离开的根部162可以认为由具有大致均匀的半径R4并在该根部162的底部的弓形根部部分172确定，该弓形根部部分172与大致为直的前缘过渡部分164和后缘过渡部分166相连。该根部半径R4大于脊171的半径R5。不过，肩部160的宽度大致与根部162沿节圆直径的宽度相同，且节距P’大大小于紧固件10的销钉12的节距P。此外，根部部分172处的半径R4也大大小于紧固件10的根部部分72的半径，该紧固件10的根部部分72大大宽于根部部分172。这意味着对于给定长度的套环杆61、161，与该脊171和因此而在挤压时与套环杆161啮合的脊部面积相比，套环杆61将有着少得多的脊71和更小的脊部面积。同时，还认为该根部部分72的更大宽度将有利于套环杆61的材料更好地移动和前后挤出流动，从而有助于获得合适的夹紧负载大小。与紧固件110相比，这还将减小该紧固件10所需的挤压负载大小。
所采用的槽深度h’与脊直径Du’的典型比例h’/Du’×102为大约3.6％。而且，锁定槽126并不完全填充，通常填充到该槽深度h’的大约40％至60％之间。这与具有比例h/Du×102为大约3.2％的锁定槽26的销钉12不同，在该销钉12中，锁定槽26填充到槽深度的大约70％至90％之间。不过，应当知道，具有不同深度和外形的其它形式的较宽锁定槽也可以采用不同的填充百分率。
这时，与相同等级或强度的紧固件110相比，紧固件10的挤压负载减小大约25％至大约40％。因此，这时，由紧固件10而获得的、在工件18、20上的最终夹紧负载为挤压负载的大约160％，而紧固件110的最终夹紧负载为挤压负载的大约130％。这能够使得销钉12的断开轴颈槽40的直径Db减至销钉112的直径Db’的大约80％。这也有利于使牵引部分41的直径Dp和尺寸总体减小至牵引部分141的直径Dp’和尺寸的80％。这将导致使断开轴颈槽40断开所需的最终安装负载大大小于使断开轴颈槽140断开所需的负载。这也将使得销钉12的牵引部分41的重量与销钉112的牵引部分141的重量相比减少大约40％，同时通过节省材料了降低了相关成本。
由于安装工具48的尺寸能够减小，从而导致其重量与工具148的重量相比相应减小大约40％。
销钉112也设置为与套环114的硬度相比足够硬，以防止由于压紧挤压负载而被压碎或过度拉伸屈服或使得局部收缩成颈状。因此，在一种形式的普通紧固件110中，对于5级类型的紧固件，例如销钉112可以由AISI 103B钢或AISI 1541钢或其它类似材料制成，以便使该相同等级有大约Rc24至大约Rc35的硬度和至少大约120KSI的极限拉伸强度。套环114可以由经过热处理的AISI 1010碳钢制成，以便使得硬度在大约Rb60至大约Rb75之间，硬度范围比套环14的低。此外，套环114可以涂覆有普通润滑剂例如水溶性聚乙烯蜡或鲸蜡醇。该套环114还可以镀锌。
本发明的紧固件与上述普通的挤压型紧固件以及其它挤压型紧固件完全不同。因此，对于本发明的紧固件，壁厚t尽管大于壁厚t’，但是该壁厚t已经选择为最小同时还有所需体积的材料，以便提供上述槽的填充和挤出的合适百分率。因此，该壁厚t小于专利’852的紧固件的壁厚。在套环孔65的直径ID和柱形杆61之间的间隙Rc以及锁定槽26的肩部60的脊71的直径Du都减至最小。通过选择壁厚t和使间隙Rc减至最小，套环14的外径Dc和内径ID也将减小，从而导致所需的挤压负载的大小减少或减至最小。通过这样选择壁厚t以防止锁定槽26的过度填充，间隙Rc能减至最小，从而使该砧台挤压腔57的轴向移动所需的相对轴向力的大小减至最小，该砧台挤压腔57的轴向移动将使其套在套环14的杆61上并将该套环14的杆61径向向内压，以便进行挤压。导致挤压负载减小的另一因素在于利用更宽的锁定槽26，该更宽锁定槽26具有增大的节距，同时脊71的宽度大大小于槽的宽度，因此，套环材料的啮合量以及啮合的脊的数目都基本减至最小，这有利于套环材料在挤压过程中径向向内流动。例如，在本发明的一种形式中，对于同样长度的套环杆部分61和161，与紧固件110的销钉112的啮合脊171的数目相比，紧固件10的销钉12的啮合脊71的数目从12减小至7。因此，据估计，沿脊的弓形部分与齿腹相交处的线测量时，对于锁定槽26，脊的宽度Wc与槽的宽度Wg的比例为大约26％，而对于锁定槽126，脊的宽度Wc’与槽的宽度Wg’的比例为对于40％。这样，可以知道，即使脊的宽度Wc和Wc’相同，对于给定长度的挤压套环杆，锁定槽26的脊的啮合量将大大小于锁定槽126的啮合量。因此，可以认为脊宽度与槽宽度的合适比例为小于大约30％，优选是小于25％。
对于具有前述5级紧固件的相对剪切强度的铁材料销钉12和套环14，下表中的尺寸关系将能够令人满意，还随后表示了与图7的普通5级紧固件对比时销钉112和套环114的相应性能值；线性尺寸单位为厘米(英寸)，角度尺寸单位为度，力值例如负载、拉力等单位为磅。
                              典型值表
    本发明的5级紧固件10-销钉12、套环14     普通的5级紧固件110-销钉112、套环114
  标称直径  1.27(1/2inch)  1.59(5/8inch)  1.91(3/4inch)  1.27(1/2inch)  1.59(5/8inch)  1.91(3/4inch)
Figure A0081132100401
因此，可以看见，对于标称直径为1.27cm(1/2英寸)至1.91cm(3/4英寸)的紧固件，对于销钉112，牵引槽的脊直径Dp’与销钉脊直径Du’的比例为大约96％，对于销钉12，牵引槽的脊直径Dp与销钉脊直径Du的比例为大约76％至82％。同时，断开轴颈槽直径Db’与销钉脊直径Du’的比例为大约58％至大约64％，而断开轴颈槽直径Db与销钉脊直径Du的比例为大约44％至大约54％。与普通销钉112的牵引部分141相比，销钉12的牵引部分41的结果明显小。可以认为槽结构的直径Dp为直径Du的大约70％至大约80％之间，直径Db为直径Du的大约40％至大约50％之间。
上述值是作为实例，对于紧固件10可以稍微进行变化；例如，定义为2Rc/Du的间隙值百分率可以从大约1.0％至大约4.0％内变化。对于销钉12的标称直径在1.27cm(1/2英寸)至1.91cm(3/4英寸)内变化的紧固件10，典型间隙比例为大约2.5％至大约3.8％。而且，该性能值是典型平均值，也可以变化成其它形式进行介绍。应当知道，尽管前述表的设定值是针对标称直径从1.27cm(1/2英寸)至1.91cm(3/4英寸)内变化的紧固件，但是这里所述的原理也可以延伸到标称直径至少在大约0.635cm(1/4英寸)至大约3.175cm(1-1/4英寸)内变化的紧固件。
应当知道，在对于1.59cm(5/8英寸)的紧固件10和110通过相应挤压砧台部分56和156在空气中(in air)对套环14和114进行充分挤压而进行的对比实验中，套环14在大约6500磅的轴向负载下充分挤压，而套环114在大约9700磅的负载下充分挤压。套环14的挤压负载与套环114相比减小了大约三分之一，这与充分压入销钉12和112的锁定槽26和126中时的挤压负载的对比减小百分率基本相同，即该挤压负载为13000磅对19000磅。由此可见，与普通紧固件110相比，包括锁定槽结构、套环几何尺寸和挤压砧台结构的一组所述因素都有利于总体减小紧固件1的挤压负载。不过，应当知道，通过改变图8A和9A中的锁定槽26a和26b的锁定槽结构，能够进一步减小挤压负载。
可以认为工件18、20的最终夹紧负载相对于挤压所需的相当轴向负载大小大幅度增加是由于套环材料在其被挤压时的挤出和伸长而引起的。因此，对于本发明的紧固件10，能够保证在固定接头上有合适的较高保持预负载。
在本发明的一种变化形式中，螺旋锁定槽如图所示，并可以有图1-6的实施例中所示相同的外形。因此，图8的实施例能够能够采用图1-6的较宽槽26，且该槽26同时成螺旋形，这样，在一个槽的最深点处的径向相对的点并不是同样深；这样，有效直径Dr以及面积将稍微增大，从而甚至导致进一步提高拉伸和疲劳(强度)。同时，所填充的锁定槽的有效数目将不受工件的总厚度或夹持力的影响，而在环形锁定槽的情况下将受到影响。此外，图8的实施例用于象前述专利’755所示的螺纹紧固件那样安装，同时利用螺旋锁定槽的延伸部分作为牵引槽，以便与拉拔工具的螺纹套筒或螺母螺纹啮合。
图8的所述实施例采用了一种变化形式的销钉，该销钉具有组合的螺旋形牵引和锁定槽，如图8A所示。因此，在对图8和8A的实施例的说明中，与图1-4A的实施例中的部件类似的部件以相同的参考标号并加上字母后缀“a”表示，如果没有说明则认为部件基本相同。
如图所示，图8A实施例的锁定槽变化成能进一步减小挤压负载，且其外形还有利于由安装工具的螺纹套筒或螺母部件夹紧，并且在锁定槽和套筒或螺母部件上所使用的螺纹形式具有更高强度。具有图8A的锁定槽的销钉适于使用套环14和挤压砧台部分，例如挤压砧台部分56。
销钉12a具有锁定槽26a，该锁定槽26a也起到牵引槽的作用，该锁定槽26a确定为连续均匀的螺旋形螺纹形式，并且没有插入的断开轴颈槽。最好如图8A所示，锁定槽26a的根部62a结构较宽，并有大致光滑形状的根部。通过环形肩部60a分离的根部62a可以认为由在根部62a的底部的根部部分72a确定，该根部部分72a在其一端处与前缘过渡部分64a相连，在其相对端处与后缘过渡或齿腹部分66a相连。为了提供光滑轮廓，该根部部分72a大致成弓形形状。实际上，该弓形轮廓在其一端处包括一圆角部分，该圆角部分与后缘过渡部分66a紧密相连，该弓形轮廓在其另一端通过一逐渐倾斜的相切表面与前缘过渡部分64a相连。可以看见，该前缘过渡部分64a为大致弓形的轮廓，并以相对较大或平的角度Ala延伸，因而可以认为是脊71a的一部分。
除了上述之外，锁定槽26a还由以下参数确定：
1.Pa为连续锁定槽26a之间的节距；
2.ha为根部62a的螺纹深度；
3.Dra为螺纹根部62a的有效根部直径；
4.Dua为销钉肩部60a的螺纹脊71a的脊直径。
在本发明的一种形式中，后缘过渡部分66a有着相对于垂直于销钉12a的轴线的平面的、陡峭的角度Ata，该角度Ata为20°，而前缘过渡部分64则有着大得多的角度Ala，该角度Ala为70°。
不过，槽26a在靠近后缘过渡部分66a的点hp处要深得多，因此，该槽的深度ha比槽26的深度h大大约30％。同时，槽26a的节距Pa比槽26的节距P大大约40％，比槽126的节距P’大大约133％。这甚至导致在挤压时，在单位长度上与套环杆例如杆61啮合的脊71a更少，从而导致挤压负载减小。此外，槽深度最大的点hp位于后缘过渡部分66a附近并在距离脊71a大约1/3节距Pa处。这使得沿啮合线L具有增大的剪切面面积，以便抗安装牵引负载，还有利于使牵引套筒或螺母202的螺纹212具有更大的剪切面积和强度。啮合线L在深度为深度ha的大约80％的点处，该点的深度近似等于槽26的深度h。因为节距Pa和槽宽Wga增大，能够使深度ha增加，同时还能大致光滑地与前缘和后缘过渡部分64a、66a相连。同时，根部72a的相邻部分通过一个相对较大的角度Ata’与后缘过渡部分相连，对于1.59cm(5/8英寸)标称直径的紧固件，该角度Ata’为大约70°。不过，可以看见，通过锁定槽26和26b的根部72和72b的类似位置部分的比较，角度Ata’相对较陡。这提供了足量的锁定槽材料，以便抵抗在不希望的低轴向负载情况下的变形，因此，在挤压开始时保持足够的间隙，以避免套环杆61a在充分挤压后挤出时与螺母或牵引套筒202啮合。
应当知道，前缘过渡部分64a和后缘过渡部分66a分别通过小半径Rl和Rt的倒圆与根部部分72a相连，因此，根部部分的相邻部分稍微轴向和径向偏移。可以认为，通过在套环材料挤压到脊71a上时提供用于套环材料的空间，将有助于减小挤压负载。因此，在一种结构中，半径Rl大约位于距离脊71a为18％深度ha的位置处，半径Rt大约位于47％深度ha的位置处。同时，对于锁定槽26a，脊的宽度Wca与槽的宽度Wga的比例为大约20％。因此，考虑到前缘过渡部分64a的角度Ala较大，脊的宽度Wca和槽的宽度Wga在半径点Rl处量取。可以认为，这表示了挤压时最初啮合的有效区域。前缘过渡部分64a的角度Ala和半径Rl的偏移有助于在挤压时套环14a的材料的流动，同时，后缘部分66a的较陡峭的角度Ata则提供了支承作用，以便容纳挤压的套环材料，其作用如前所述。
而且，如前面对锁定槽26的肩部60所述，弓形形状的脊71a和肩部60a将有助于套环例如套环14的材料在挤压过程中的流动。
应当知道，因为锁定槽26a的节距Pa大于锁定槽26的节距P，因此需要稍微长一些的套环杆例如杆24，以便保证足够数目的销钉肩部60a进行啮合，从而提供和保持合适的夹紧力和最终拉伸负载。在向销钉12a施加相对轴向力以便安装时，安装工具的螺母部件的配合螺纹将通过与后缘过渡部分66a的啮合而基本啮合和施加拉伸负载。槽26a的所述结构提供了较大和径向较深的啮合表面，因此，对于给定大小的轴向负载所需啮合的螺纹数更少，从而能减小销钉12a的杆15a的长度和牵引工具的相应螺母或套筒部件的尺寸。因为不需要使断开轴颈槽断开，因此在充分挤压时就基本完成了最终的安装，这也很有利。同时，在挤压时根部62a的填充深度大约为60％至80％，这通常小于根部如根部62的填充深度，即70％至90％。不过，应当知道，这里的填充百分率是相对于最大槽深度ha测量的，该最大槽深度ha的测量点hp偏离根部72a的中心。
下表列出了销钉12a的典型尺寸，该销钉12a用于相应的套环如套环14以及挤压砧台，该挤压砧台有挤压部分例如挤压砧台部分56。该尺寸是1.59cm(5/8英寸)标称直径的5级紧固件的典型平均性能值。
Figure A0081132100451
应当知道，尽管前述表的设定值是针对标称直径为1.91cm(3/4英寸)的紧固件，但是这里所述的原理也可以延伸到标称直径至少在大约0.635cm(1/4英寸)至大约3.175cm(1-1/4英寸)内变化的紧固件。
图9A中表示了图8A的螺旋形锁定槽26a的结构的另一变化形式，它适用于具有内部驱动装置的销钉。因此，在对图9A的实施例的说明中，与图1-4A和图8A的实施例中的部件类似的部件以相同的参考标号并加上字母后缀“b”表示，如果没有说明则认为部件基本相同。应当知道，根部的深度选择为最小，以便构成具有足够强度的内部驱动装置螺纹。
最好如图9A所示，锁定槽26b的根部62b有着较宽和相对更浅的结构，且该根部62b具有大致流线形结构。通过环形肩部60b分离的根部62b可以认为由在根部62b的底部的根部部分72b确定，该根部部分72b在其一端处与前缘过渡或齿腹部分64b相连，在其相对端处与后缘过渡或齿腹部分66b相连。为了成大致流线形，该根部部分72b大致成弓形形状。
除了上述之外，锁定槽26b还由以下参数确定：
1.Pb为连续锁定槽26b之间的节距；
2.hb为根部62b的螺纹深度；
3.Drb为螺纹根部62b的有效根部直径；
4.Dub为销钉肩部60b的螺纹脊71b的脊直径。
在本发明的一种形式中，后缘过渡部分66b和前缘过渡部分64b有着相对于垂直于销钉12b的轴线的平面的、同样陡峭的角度Atb和Alb，该角度Atb和Alb为20°。该前缘和后缘过渡部分在脊71b处通过一个相对较大的半径R6相连。
槽26b的节距Pb基本与槽26a的节距Pa相同，因此也比槽26的节距P大大约40％和比槽126的节距P’大133％。这导致在挤压时，在单位长度上与套环杆例如杆61啮合的脊71b更少，从而导致挤压负载减小。因为节距Pb增大和根部部分72b通常均匀，因此，深度hb能够较浅，同时还大致光滑地与前缘和后缘过渡部分64b、66b圆角连接。
应当知道，前缘过渡部分64b和后缘过渡部分66b各自通过减小的半径R7与根部部分72b相连，因此，根部部分的相邻部分稍微轴向和径向偏移。通过当套环材料在脊71b上挤压时提供用于该套环材料的空间，这有助于减小挤压负载。因此，在一种结构中，半径R7位于大约距离脊71b为60％深度hb的位置处。同时，对于锁定槽26b，脊的有效宽度Wcb与槽的有效宽度Wgb的比例为大约16％，这小于紧固件10和10a的相应比例。这有助于进一步减小挤压负载的大小。前缘和后缘过渡部分64b和66b的角度Alb和Atb较陡和半径R7的偏移有助于在挤压时套环14b的材料的流动，同时，还提供了支承作用，以便容纳挤压的套环材料，如前所述。
脊71b的较大半径R6也有助于套环例如套环14的材料在挤压过程中的流动。
应当知道，因为锁定槽26b的节距Pb大于锁定槽26的节距P，因此需要稍微长一些的套环杆例如杆24，以便保证足够数目的销钉肩部60b进行啮合，从而提供和保持合适的夹紧力。
其中，在挤压时根部62b的填充深度为深度hb的大约50％至70％。应当知道，根部62b的深度hb明显小于销钉12a的组合锁定和牵引槽26a的根部62a的深度ha(图8A)和销钉12的槽26的根部62的深度h(图4A)，该销钉12a的组合锁定和牵引槽26a形成为螺旋形，并用作组合的锁定和牵引槽。如图9和9B所示，深度hb选择为便于形成具有足够用于内部驱动装置的强度的内部螺旋形牵引槽。
下面参考图9和9B，销钉12b有在杆15b端头处的孔75。该孔75有多个螺旋形牵引槽77。该螺旋形牵引槽77有脊78，该脊78比根部79宽。这提供了用于与螺纹心轴的配合螺纹啮合的、相对更大的剪切面积。该螺纹心轴可以为比销钉12b更高强度的铁材料，因此所需的、横过啮合螺纹的剪切面积比内部牵引螺纹(pull thread)77的更小。在本发明的一种形式中，脊78的宽度比根部79的宽度大大约50％。
还可以看见，槽26b的深度Hb有助于使内部牵引螺纹77的脊79与外部槽26b的根部部分72b之间的径向壁厚t5最大。这再使得杆15b的螺纹孔75区域具有足以承受套环例如套环14上的挤压负载的抗压强度。
上述特征有利于减小挤压负载的大小，这有利于采用通过牵引螺纹77的内部驱动装置。
还应当知道，孔75的牵引螺纹77的螺旋形螺纹的形式与锁定槽26b的螺旋形的形式相反。这样，在安装过程中，当销钉12b开始在工件开口中旋转时，左手螺旋形螺纹形式的牵引螺纹77将使得销钉12b逆时针方向旋转，这将使得销钉12b拧紧到套环的有限螺纹中，该套环例如将进行介绍的套环14b、e或f。这样，在开始配合时，将不会有使销钉12b从套环中松开的趋势。因此，应当知道，当有由螺纹孔75提供的内部驱动装置时，锁定槽26b也可以为环形，而不是螺旋形，但是由于所述原因，但是有基本相同的轮廓和根部深度。这时，具有柔性凸起90的套环14c(后面将介绍)可以用于首先进行预安装。
下表列出了销钉12b的典型尺寸，该销钉12a用于相应的套环如套环14以及挤压砧台，该挤压砧台有挤压部分例如挤压砧台部分56。不过，该尺寸是1.59cm(5/8英寸)标称直径的5级紧固件的典型平均性能值。
这样，考虑到本发明的不同形式，可以认为，对于标称直径从1.27cm(1/2英寸)至1.91cm(3/4英寸)变化的紧固件销钉，优选是销钉脊的有效宽度与销钉槽的有效宽度的比例在大约0.150至大约0.30。对于具有更大和更小标称直径的紧固件销钉，所述比例可以稍微更小或更大，因此，这里所述的原理可以延伸到具有较宽范围的标称直径的紧固件。
如上所述，本发明所述的紧固系统的性能相对于图7和7A中的现有普通紧固件明显提高。尽管这已经在前述对比数据表中显示，但是该明显提高还在图12A-12D的曲线图中进一步表示。各曲线图表示了实线形式的挤压负载以及点划线形式的结果夹紧负载与时间的关系。所有曲线图都是对于1.59cm(5/8英寸)的同样尺寸的、相当于5级的紧固件，其中图12A的曲线图是图1-4A、5和6中的紧固件的曲线图，图12B的曲线图是图8和8A中的紧固件的曲线图，图12C的曲线图是图9、9A中的紧固件的曲线图，而图12D的曲线图是图7和7A中的普通紧固件的曲线图。可以看见，曲线图中的性能值可能与在表中所述的典型平均性能值有一些变化。
在图12A中可以看见，对于紧固件10，通过大约13400磅的挤压负载可以使工件上的夹紧负载达到20000至23000磅。图12B显示，对于紧固件10a，通过大约11000磅的挤压负载就可以获得2200磅的夹紧负载。图12C显示，对于带有锁定槽26b的紧固件，通过大约10500磅的挤压负载就可以获得2400磅的夹紧负载。不过，图12D显示，对于作为比较的普通紧固件110，通过大约18500磅的挤压负载就可以获得2100磅的夹紧负载。在图12A和12D中显示，随后进一步升高挤压负载和夹紧负载将导致超过超过销钉断开所需的负载大小，即对于图12D中的紧因件110为大约27000磅，而相比较的是，对于图12A的紧固件10为大约18000磅。
重要的是，图12A-12C的性能曲线图显示，挤压负载曲线的斜率明显比如图12D中所示的普通紧固件110的斜率低。实际上，在图12B和12C的曲线图中，锁定槽26a和26b的挤压负载曲线甚至具有更低的斜率，并基本为平的，这是由于具有更宽的节距Pa和Pb以及比例Wca/Wga和Wcb/Wgb。在图12A-12C的挤压曲线中，与图12D的普通紧固件的挤压曲线相比，该较小的区域显示挤压所需的总能量明显减小。
考虑到根据本发明制成并且具有尺寸和/或长度减小的牵引部分和/或销钉尾部的紧固件，希望能提供当在安装准备中首先预安装到工件上时将销钉和套环保持在一起的装置。因此，该套环可以有柔性预安装凸起，大致如美国专利No.4813834所述，该专利授予Smith，公开日为1989年3月21日。在套环中的该结构如图10所示。在对图10的套环的说明中，与图1-6所示的套环14中挤压砧台部分56的部件类似的部件以相同的参考标号并加上字母后缀“c”表示，如果没有说明则认为部件基本相同。
下面参考图10，套环14c包括一个扩大直径的凸缘59c，并有一柱形杆61c和一通孔65c。该套环杆61c为大致均匀的柱形结构，有着大致均匀的壁厚，且该套环杆61c有一直杆部分69c，该直杆部分69c在其外端终止于一径向向外的扩口杆部分67c，该扩口杆部分67c提供了前述延迟作用。通孔65c有一个直径大致均匀的直孔部分49c，该直孔部分49c在靠近凸缘59c处终止于一个扩大的埋头孔部分55c。该有凸缘的套环14c用于布置在销钉杆上，同时该凸缘59c与工件的外表面配合。
安装凸起90位于埋头孔部分55c内，并有着有限的周向长度。该安装凸起90如前述专利’834所述，为柔性结构，这样，它能够由塑料材料例如聚氨酯制成。凸起90径向向内伸出的距离足以位于锁定槽例如槽26内。这样，一旦位于一个锁定槽内，该套环14c将保持在相应的销钉上。凸起90位于埋头孔部分55c内，且该凸起在与凸缘59c对齐的点处。因为在安装过程中并不挤压凸缘59c，因此，该凸起90的位置并不影响套环杆61c的材料在挤压时对锁定槽的填充。凸起90为大致三角形结构，并以减小的宽度径向向内伸出。这有利于套环14c在销钉上的运动和有利于凸起90在锁定槽脊上面的间隙运动(indexing)。当然应当知道，该凸起90也可以位于套环14c的相对端。该凸起90对于环形锁定槽例如图4A中的槽26尤其有用；不过，当该凸起90位于靠近凸缘59d处时，具有凸起90的套环14c也可以用于螺旋形锁定槽例如图图9A的螺旋形锁定槽26b，该螺旋形锁定槽26b用于具有销钉12b的内部驱动装置型紧固件。
对于图8、8A、9和9A的螺旋形锁定槽，所用的预安装或装配(fit-up)型的有限螺纹例如如美国专利No.4867625所述，该专利授予Dixon，公开日为1989年9月19日。其中，该预安装螺纹通过对套环的一端进行墩锻以形成一个径向向内延伸的有限螺纹而形成。在该结构中，具有该有限螺纹的套环能够通过作用在螺旋锁定槽上的螺纹作用而预安装在销钉上。还有，该有限螺纹可以在该套环的任一端形成。
在局部视图图11中所示的套环中表示了该结构。在对图11的套环的说明中，与图1-6和10所示的套环14和14c中的部件类似的部件以相同的参考标号并加上字母后缀“d”表示，如果没有说明则认为部件基本相同。
下面参考图11，套环14d包括一个扩大直径的凸缘59d，并有一柱形杆61d和一通孔65d。该套环杆61d为大致均匀的柱形结构，有着大致均匀的壁厚，且该套环杆61d有一直杆部分69d，该直杆部分69d在其外端终止于一径向向外的扩口杆部分例如杆部分67，该扩口杆部分提供了前述延迟作用。通孔65d有一个直径大致均匀的直孔部分49d，该直孔部分49d在靠近凸缘59d处终止于一个扩大的埋头孔部分55d。
该有凸缘的套环14d用于布置在销钉杆例如销钉杆15a上，同时该凸缘59d与工件的外表面配合。具有有限周向长度的套筒内螺纹90d形成于靠近埋头孔部分55d处。该有限的预安装螺纹90d如前述专利’625所述，是在直孔部分49d与埋头孔部分55d的接合处成一体形成的金属结构。该有限螺纹90d径向向内伸出的距离足以与螺旋形锁定槽例如槽26a、26b螺纹啮合。这样，一旦位于一个锁定槽内，该套环14d将保持在相应的销钉上，这与弹性安装凸起90类似。该有限螺纹90d的位置将很少或并不影响套环的材料在挤压时对锁定槽的填充。当然应当知道，该有限螺纹90d也可以位于套环14d的相对端和基本与扩口部分例如67对齐。
该有限螺纹90d可以具有预定的长度，这样，除了能将套环14d和相应销钉保持成与工件预安装的状态，还能获得一定大小的工件初始夹紧力。不过，根据前述专利’625，套环内螺纹90d选择为具有这样的有限周向长度和剪切强度，即通过安装工具例如工具48，该套环14d能够进到其最终的合适夹紧位置和朝着销钉挤压。因此，该套环内螺纹90d选择成这样，根据相对轴向力并在开始将套环强行压入或挤压到销钉的锁定槽中之前的某一水平上，该内螺纹90d将被剪切或变形，这样，该套环14d能够以与没有该有限内螺纹90d的套环基本相同的方式自由在该销钉上轴向运动和响应安装负载。这时，工件能够以与前述挤压型紧固件同样有效的方式最终夹紧在一起。在套环14d的一种形式中，可以认为该有限套环螺纹90d延伸不超过一个节距，即360°。具有位于凸缘59d附近的有限螺纹90d的套环14d对于螺旋形锁定槽例如图9A的槽26b尤其有利，该槽26b用于具有销钉12b的内部驱动装置型紧固件。
也可以采用一种变化形式的预安装或安装类型的有限螺纹，该变化形式的有限螺纹成金属凸起的形式并有大致如图10所示的尺寸。还有，该预安装螺纹凸起通过对套环的一端进行墩锻以形成凸起形式的、径向向内延伸的有限螺纹而形成。在该结构中，具有该有限螺纹凸起的套环能够通过在该螺旋锁定槽上的螺纹作用而预安装到销钉上。该有限螺纹凸起能够形成于该套环的任一端。
在如图11A和11B所示的套环部分中表示了该结构。图11A表示了形成于套环的后部或凸缘端的螺纹凸起，而图11B表示了在套环前部的螺纹凸起。在对图11A和11B的套环的说明中，与图1-6和10所示的套环14和14c中的部件类似的部件以相同的参考标号并加上字母后缀“d”(对于图11A的实施例)和字母后缀“f”(对于图11B的实施例)表示，如果没有说明则认为部件基本相同。
下面参考图11A、11B，套环14e、f包括一个扩大直径的凸缘例如59，即59e，并有一柱形杆61e、f和一通孔65e、f。该套环杆61e、f为大致均匀的柱形结构，有着大致均匀的壁厚，且该套环杆61e、f有一直杆部分69e、f，该直杆部分69e、f在其外端终止于一径向向外的扩口杆部分例如杆部分67，即杆部分67f，该扩口杆部分提供了前述延迟作用。通孔65e、f有一个直径大致均匀的直孔部分49e、f，该直孔部分49e、f在靠近凸缘例如凸缘59，即59e处终止于一个扩大的埋头孔部分例如55，即55e。
该有凸缘的套环14e、f用于布置在销钉杆例如销钉杆15a上，同时该凸缘例如59，即59e与工件的外表面配合。该有限的预安装螺纹凸起90e、f是在该孔部分49e、f中成一体形成的金属结构，其中凸起90e形成于直孔部分49e与埋头孔部分55e的接合处，如图11A所示，或者螺纹凸起90f形成于扩口杆部分67f与直孔49f的接合处，如图11B所示。该螺纹凸起90e、f径向向内伸出的距离足以与螺旋形锁定槽例如槽26b、c螺纹啮合。这样，一旦位于一个锁定槽内，该套环14e、f将保持在相应的销钉上，这与弹性安装凸起90类似。该有限螺纹凸起90e、f具有这样的有限周向长度和剪切强度，即通过安装工具例如工具48，在开始将套环强行压入或挤压到销钉的锁定槽中之前的某一负载水平上时，该套环14e、f能够进到其最终的合适夹紧位置和朝着销钉挤压。因此，该有限螺纹凸起90e、f将被剪切或变形，这样，该套环14e、f能够以与没有该有限螺纹凸起90e、f的套环基本相同的方式自由在该销钉上轴向运动和响应安装负载。这时，工件能够以与前述挤压型紧固件同样有效的方式最终夹紧在一起。
位于凸缘端的螺纹凸起90e对于螺旋形锁定槽26b尤其有利，该螺旋形锁定槽26b用于具有销钉12b的内部驱动装置型紧固件。不过，具有在杆外侧端的金属凸起90f的套环14f对于图4A的螺旋形锁定和牵引槽26尤其有利。
如前所述，挤压腔的结构有助于提供合适的延迟，同时促进套环杆例如杆61的材料在挤压过程中均匀地径向向内流动。挤压砧台和挤压腔的一种变化形式尤其有利于这样形式的紧固件，即将通过外部螺旋形锁定和牵引槽(如图8和8A所示)进行安装的紧固件或通过内部牵引槽(如图9和9B所示)进行安装的紧固件，该通过内部牵引槽进行安装的紧固件有如图9A所示的锁定槽。该变化的挤压砧台和挤压腔如图13和13A所示。在对图13、13A中所示的挤压砧台的说明中，与图1、2和4的实施例中的挤压砧台47的部件类似的部件以相同的参考标号并加上后缀“g”来表示，如果没有说明则认为有基本相同的结构。因此，挤压砧台47g有挤压砧台部分56g，该挤压砧台部分56g有挤压腔57g，该挤压腔57g在其内侧端有基本均匀直径的直卸荷孔部分92。在该挤压腔57g的外侧端的引入部分68g径向向内伸向较短的直挤压孔部分70g。该引入部分68g通常为弓形，并与该相对较短的轴向直挤压部分70g相连，该轴向直挤压部分70确定了最小挤压直径Dag。外部引入端68g以与砧台47的弓形引入端68相同的方式径向向外弯曲，以便首先提供与套环扩口杆部分例如套环14的部分67的径向外侧端表面相接触的、基本周向的接触线。见图13。因此，该弓形引入端68g以与引入端68相同的方式对套环扩口杆部分67进行操作，该套环扩口杆部分67径向向外延伸，以便与弓形端68g的曲面配合，从而有助于提供最小的引入距离，例如图4中的距离dd，同时，能够促使形成合适的延迟量。套环扩口杆部分例如67的接触线位于该弓形端68g上的、也确定了相对较小角度的点的位置处，该较小角度例如图4中的角度Ac。
该砧台腔57g有笔直的卸荷腔部分92，该卸荷腔部分92具有基本均匀的直径Dag’，该直径Dag稍微大约直径Dag。在本发明中，具有足以叠置于套环杆61上的轴向长度的挤压腔57g的直孔部分92与套环杆61的、弹回的径向向内挤压部分成间隙关系，且并不与其配合。挤压部分70g的挤压直径Dag与砧台47的挤压部分70的直径Da相同。因此，最大量的挤压通过相对较短、轴向直的挤压部分70g来进行，在一种形式中，用于安装1.59cm(5/8英寸)紧固件的该挤压部分70g的长度为0.254cm(0.100英寸)。同时，用于1.59cm(5/8英寸)紧固件的该直径Dag为2.385cm(0.939英寸)，而卸荷直径Dag’为大约2.474cm(0.974英寸)。
不过，该较短的直挤压部分70g通过一锥形的连接卸荷部分94与直孔部分92相连，该锥形的连接卸荷部分相对于挤压腔57g’的中心轴以大约5°的很小角度Ag轴向向内和径向向外延伸。该锥形连接部分94的很小角度使得挤压后弹回并靠近该直挤压部分70g的套环材料逐渐分布在一个相对较大的区域中。因此，可以认为，该较小的倾斜角和更大的负载分布区域将阻止形成较大体积的套环材料在挤压部分70g的内端附近弹回的情况，从而有利于将该挤压砧台部分56g从挤压套环上取下和将在挤压后弹回的套环材料压平，而不会形成剥片或除去该套环的涂层。此外，该挤压砧台47g能够以较小的挤压负载进行挤压操作。
应当知道，由于低挤压负载，砧台47g对于具有套环例如套环14和销钉的紧固件尤其有利，该销钉具有图8A中的、用于销钉12a的锁定槽26a，该锁定槽26a也起到用于外部驱动装置的牵引槽的作用，或者该销钉具有图9A中的、用于销钉12b的锁定槽26b，该销钉12b有内部驱动装置。该挤压砧台47g有螺纹杆部分96，以便于其安装和从砧台壳体例如54上取下。同时，该外表面74可以是不规则形状，以便有助于该安装和取下。
图14、15、16和16A-16D表示了工具200(局部显示)，该工具200具有砧台47g，用于固定具有销钉12a的紧固件，该销钉12a具有用于外部驱动装置的组合锁定和牵引槽26a，而图17和18表示了工具300(局部显示)，该工具300具有砧台47g，用于固定具有销钉12b的紧固件，该销钉12b具有锁定槽26b和用于内部驱动装置的螺旋形牵引槽77。在图14、15、16和16A-16D中所示的实施例中和在图17和18的实施例中，与前述部件类似的部件以相同的参考标号表示，如果没有说明则认为基本相同。这两个所述实施例的安装工具的结构和操作可以与前述专利’755所述的类似，因此，为了简便，省略了对它们的详细说明。
参考图14、15、16和16A-16D，图中显示了用于安装紧固件10a的工具200，该紧固件10a包括销钉12a和套环14a。该销钉12a包括一扩大的头部22a和一销钉杆15a，该销钉杆15a用于装入分别在工件18a和20a中的对齐开口16a和17a中，如图14和15所示，或者该销钉杆15a装入分别在工件18a’和20a’中的对齐开口16a’和17a’中，如图16和16A-16D所示。套环14a与套环14相同。
工具200包括一旋转螺母或螺纹套筒部件202，该螺母或螺纹套筒部件202具有内卡紧螺纹204，该内卡紧螺纹204的尺寸将能与螺旋形锁定和牵引槽26a螺纹啮合。工具200包括一环形砧台件47g，该砧台件47g具有装有螺母部件202的挤压腔57g。该砧台件47g通过螺纹部分96与外部砧台壳体208相连，同时该砧台件47g适于相对于该螺母部件202和检测杆206轴向运动，这将在后面介绍。
图14表示在开始安装之前工具200相对于紧固件10a的情况。图15表示在螺母部件202已经螺纹拧入到锁定槽26a上的预定位置和工具200已经驱动之后的工具200，该工具200的驱动使得砧台47g相对于螺母部件202轴向向前运动，以便在销钉12a和套环14a之间施加一个相对轴向力，从而使砧台挤压腔57g轴向运动成径向套在套环杆61g上，从而将套环材料径向挤压到销钉12a的锁定和牵引槽26a中。挤压步骤完成后，砧台47g和螺母部件202之间的相对轴向力反向，从而将挤压后的套环杆61g从该挤压腔57g中推出。这时再使螺母部件202反向旋转，以便将它从相配合的牵引槽26a上取下，从而完成安装。
应当知道，紧固件10a的低挤压负载使得螺旋形锁定槽与螺母部件202的卡紧螺纹204螺纹啮合的数目最少。这使得销钉杆15a的长度最小。螺纹204的、与锁定槽的后缘齿腹66a相配合的配合齿腹210具有角度Ataa，该角度Ataa与锁定槽齿腹66a(见图16B)的角度Ata基本相同。不过，螺纹204的齿腹210比锁定槽齿腹66a径向更长，并经过该齿腹66a径向向内延伸，以便基本在与图8A的平面线L对齐的点处与锁定槽根部72a啮合。因此，如图16A和16B所示，螺纹204的齿腹210开始时并不完全啮合而靠压在锁定槽齿腹66a上。不过，当挤压过程中相对轴向力增大时，根部72a将沿平面线L变形，直到螺纹204的齿腹210与锁定槽齿腹66a啮合。这提供了在螺母部件202的端头和套环杆61a的外端之间的附加间隙。这样，在最大卡紧状态下，在工件例如工件18a、20a为最大总厚度时，由于套环杆61a的挤压而引起的向后挤出物啮合成靠压螺母部件202的情况能够避免。这有助于避免由于逆着螺母部件202的力而使螺母部件202的螺纹204与锁定槽齿腹66a紧锁住，该逆着螺母部件202的力可能由该啮合引起。因此，当开始啮合时，在平面线L处，螺纹204的齿腹210距离锁定槽齿腹66a的轴向距离fd选择为大于挤压套环杆61a的向后挤出的量。在一种1.59cm(5/8英寸)标称直径的紧固件中，距离fd选择为大约0.025cm(0.010英寸)。
这可以如图16和16A-16D中所示。图16表示了工件18a’和20a’为最大总厚度tlaa时的状态。其中，在挤压之前，螺母部件202与套环杆61a的扩口端67a啮合。从图16A和16B可以看见，在该挤压前的状态中，牵引螺纹204的脊212大致在与平面线L对齐的点处与根部72a啮合。该啮合充分有利于使螺母部件202首先自由螺纹拧入到螺旋形锁定槽26a上。因此，当螺母部件202这样与套筒杆61a的扩口端67a配合时，检测杆206检测到充分螺纹啮合，然后开始挤压作用。这将导致在螺母部件202和挤压砧台部件47g之间施加增大的相对轴向力，从而将该套环杆61a挤压入锁定槽26a中。这时，牵引螺纹204的根部72的啮合材料将变形，直到该牵引螺纹齿腹210运动成与锁定槽齿腹66a啮合。这将使螺母部件202的端头运动并与套环杆61a的端头脱开足够距离，这样，尽管套环杆61a的材料由于在挤压过程中前后挤出而向后运动，在螺母部件202和挤压套环杆61a的相对端之间还是有间距。在最好如图16C和16D所示，在图16C中，虚线214表示套环杆61a的端头在挤压前的位置，而实线表示它在挤压后由于挤出而移动之后的位置，这时还遗留有间隙cd。间隙cd的大小可以随标称直径工差而变化。这时，在完成操作时，螺母部件202的齿腹210并没有被迫夹紧而靠压锁定槽26a的齿腹66a，该螺母部件202能够很容易地从该螺旋形锁定槽26a上拧下。因此，可以知道，根部72a的最深点hp的轴向偏移位置有利于该牵引螺纹204以脊212大致与平面线L对齐的方式在根部72a中合适定位。因此，应当知道，牵引螺纹的脊可以与根部进行有点类似的啮合，该根部例如图4A中的螺旋形锁定槽26的根部72。不过，因为根部72的均匀形式和相对于齿腹66的深度相对较浅，该结构易受尺寸工差变化、磨损等的影响，因此，除了由于保持精密工差而使得制造所需成本较高外，有时还会失效。还有，对于现有的结构，为了避免在最大夹紧状态下的锁定，螺母部件的端头将位于挤压腔内的、距离挤压砧台的端头更大距离处，以避免该螺母部件的端头与套环杆端头啮合。不过，这需要使销钉件的长度更长，这样，在最大夹紧状态下，可以有更多的牵引槽与螺母部件啮合。在本发明中，在螺母部件202的端头和挤压砧台47g的端头之间的间距nd可以减至最小，因为锁定槽26a有独特的结构，该锁定槽提供足够的工差，以便调节螺母部件202与套环杆61a的啮合(见图16A)。
参考图17和18，图中表示了一种用于安装包括销钉12b和套环14b的紧固件10b的工具300。该销钉12b包括一个放大的头部22b和销钉杆15b，该销钉杆15b用于装入分别在工件18b和20b中的对齐开口内。该套环14b与套环14相同。
图17和18中的工具300包括一旋转螺纹心轴部件302，该旋转螺纹心轴部件302有外螺纹304，该外螺纹的尺寸为能够与内部螺旋形牵引槽77螺纹啮合。该工具300包括一和环形砧台件47g，该砧台件47g有装有该心轴部件302的挤压腔57g。该砧台件47g通过螺纹部分96与一外部砧台壳体208，同时该砧台件47g适于相对于该心轴部件302和探测杆306轴向运动，这将在后面介绍。
图17表示在开始安装之前工具300相对于紧固件10b的情况。图18表示在心轴部件302已经螺纹拧入到牵引槽77中的预定位置和工具300已经驱动之后的工具300，该工具300的驱动使得砧台47g相对于心轴部件302轴向向前运动，以便在销钉12b和套环14b之间施加一个相对轴向力，从而使砧台挤压腔57g轴向运动成径向套在套环杆61g上，从而将套环材料径向挤压到销钉12b的锁定和牵引槽26b中。挤压步骤完成后，砧台47g和心轴部件302之间的相对轴向力反向，从而将挤压后的套环杆61g从该挤压腔57g中推出。这时再使心轴部件302反向旋转，以便将它从相配合的内部牵引槽77上取下，从而完成安装。
还有，如专利’755中所述，工具200和300设置为当检测到与螺母202啮合的牵引槽26a的数目或与心轴部件302啮合的牵引槽77的数目最少时，将提供减小的负载，以便间隙(gap)拉动工件18a、20a和18a’、20a’。螺母202或心轴部件302与牵引槽26a、77之间螺纹啮合的量通过驱动探测杆206或空心探测杆306而确定，该探测杆206或空心探测杆306用于与销钉杆15a、15b的外侧端配合。因此，与销钉杆15a、15b配合的探测杆206、306的轴向位移量提供了螺纹啮合量的显示。
因此，工具200、300能够构成这样，挤压操作或拉到一起将不会进行，直到该系统确信螺母202或心轴部件302已经螺纹拧入到槽26a、77中足够距离，以便足够抵抗由于挤压或工件的预拉操作而施加的轴向负载。
工具200、300还构成这样，如果在预定时间内还没有开始拉该工件和/或进行挤压，螺母202或心轴部件302将从牵引槽26a、77上脱开，从而不会向紧固件10a、10b施加相对轴向拉力。见专利’755。
应当知道，工件200设置为具有间隙拉动特征时，牵引槽26a和螺母部件202的卡紧螺纹204的相对结构保证相配合的螺纹204的齿腹210与锁定槽齿腹66间隔开，从而根据在工件之间的间隙拉动的轴向负载而基本保持轴向距离fd。
因此，本发明提供了一种紧固系统，该紧固系统包括紧固件，该紧固件相对于普通挤压型紧固件具有合适的牵引特征和疲劳特征，同时能在大大减小的负载下安装，从而能采用重量轻得多的安装工具。同时，该结构还在紧固接头中提供了合适且较高的保持预负载。此外，应当知道，尽管本发明的紧固件实施例是根据某些特定尺寸即特定标称直径而确定，但是，该原理也可以很容易地延伸到较宽范围的标称直径的紧固件。
尽管显然本发明所述的优选实施例设计为能很好地实现上述目的，但是应当知道，在不脱离本发明的合适范围或意图的情况下，可以很容易地对本发明进行改变、变化和改进。

Claims (37)

1.一种紧固系统，其中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，所述紧固件包括：
一个销钉件，该销钉件有伸长的销钉杆，该销钉杆用于布置在工件中的对齐开口内，且该销钉杆的一端终止于一个放大的头部，该头部用于与在工件一侧的表面配合，该销钉杆的另一端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分用于经过工件相对侧的相对表面延伸，所述有槽的部分包括一锁定部分，该锁定部分有多个锁定槽，该锁定槽由周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部确定，该销钉肩部终止于销钉脊，所述销钉槽很宽，其有效宽度Wg相对于脊的有效宽度Wc的比例Wc/Wg不大于大约0.30，所述销钉槽有一伸长的根部，该根部具有大致光滑的轮廓；一个管形套环，该管形套环有一个大致直的杆，用于被挤压到所述锁定槽中，因此，该工件被紧固在一起，从而确定了紧固接头，所述套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述安装工具有一砧台件，该砧台件有挤压腔，该挤压腔有一个有效喉部挤压部分，该有效喉部挤压部分用于套在所述套环的所述直杆上，从而将所述套环的直杆径向向内挤压到所述锁定槽中，
所述套环的所述直杆有预定体积的材料，该材料的预定体积通常比由所述有效喉部挤压部分和所述锁定槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环杆挤压到该锁定槽中，所述套环杆的材料在挤压过程中并不与所述根部充分啮合，因此，在挤压后并不完全充满所述锁定槽，所述套环杆有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的所述销钉脊啮合的所述套环肩部，
所述套环杆有一通孔，在挤压之前，该通孔的孔直径相对于所述销钉脊的脊直径能提供一个最小的间隙，因此，能使用于挤压的相对轴向力最小。
2.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：所述最小间隙提供了一个径向间隙Rc，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约1.0至大约4.0之间。
3.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化。
4.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：所述销钉件由极限拉伸强度至少为大约120KSI的铁材料制成，所述套环由极限拉伸强度至少为大约60KSI的铁材料制成。
5.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化，
所述销钉件由极限拉伸强度至少为大约120KSI的铁材料制成，所述套环由极限拉伸强度至少为大约60KSI的铁材料制成。
6.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：所述套环杆、所述锁定槽和所述挤压腔提供了作用在工件上的最终夹紧负载，该最终夹紧负载为挤压负载的大约160％。
7.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：所述最小间隙提供了一个径向间隙Rc，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约1.0至大约4.0之间，且所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化。
8.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：对于所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述最小间隙提供了一个径向间隙Rc，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约2.5至大约3.8之间，
所述销钉件由极限拉伸强度至少为大约120KSI的铁材料制成，所述套环由极限拉伸强度至少为大约60KSI的铁材料制成。
9.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：所述销钉杆的所述有槽部分在所述相对端终止于一牵引部分，该牵引部分通过一断开轴颈槽与所述锁定部分相连，所述断开轴颈槽确定了所述有槽部分的最弱的部分，用于在大于挤压负载的相对轴向力作用下断裂，
所述牵引部分有多个牵引槽，该牵引槽由牵引脊和牵引槽确定，适于被所述安装工具的夹头的齿卡住，
对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述销钉件，所述牵引脊的直径为所述锁定槽脊直径的大约70％至大约80％之间。
10.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：所述套环杆有一直杆部分，该直杆部分在其外端终止于一径向向外的扩口杆部分，所述扩口杆部分为大致均匀的壁厚，且该壁厚与所述直杆部分的壁厚基本相同，所述扩口杆部分的径向内侧和外侧表面成锥形，且所述内侧表面相对于所述销钉件的轴线的锥度角大于所述外侧表面。
11.根据权利要求10所述的紧固系统，其中：所述径向内侧表面的锥度角为大约15°，所述外侧表面的锥度角为大约5°。
12.根据权利要求1所述的紧固系统，其中：对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的脊有效宽度Wc与销钉槽有效宽度Wg的比例Wc/Wg为大约0.150至大约0.30之间。
13.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，所述紧固件包括：
一个销钉件，该销钉件由铁材料制成，并有一伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，另一端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括一锁定部分，该锁定部分有多个周向延伸的锁定槽，该锁定槽由销钉槽和相应的销钉肩部确定，该销钉肩部终止于销钉脊，所述销钉槽的有效宽度远远大于所述脊的有效宽度；一个管形套环，该管形套环由铁材料制成，并被挤压到所述销钉槽中，因此，该工件被紧固在一起，从而确定了紧固接头，
所述套环通过一个挤压砧台而被挤压到所述销钉槽中，该挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，
所述套环有预定体积的材料，该材料的预定体积比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，
所述安装工具有一挤压砧台件，该挤压砧台件有一挤压腔，用于套在所述套环的所述直杆上，以便将所述套环杆挤压到所述锁定槽内，
所述挤压腔的外端为径向向外延伸的弓形轮廓，以便起初与所述套环杆配合，
所述挤压腔有相对较短长度的轴向直的部分，该部分与所述径向外端相连，并确定了所述挤压腔的最小直径，以便充分挤压所述套环杆，
所述挤压腔有锥形的卸荷部分，该卸荷部分从所述直部分向后延伸，并且以相对于所述挤压腔的中心轴线成一相对较小角度的形式径向向外成锥形，因此，由于形成了所述套环杆材料通过所述直部分和所述锥形卸荷部分进行挤压再弹回之后的啮合分布，有利于挤压后将所述挤压砧台从所述套环杆上取下。
14.根据权利要求13所述的紧固系统，其中：所述锥形卸荷部分相对于所述挤压腔的轴线的锥度角为大约5°。
15.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环有大致直的杆部分，用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，所述紧固件包括：
一个伸长的销钉杆，该销钉杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部，该销钉肩部终止于销钉脊，所述销钉槽很宽，其径向深度由关系式(h/Du)×102确定，其中h为所述径向深度，Du是由所述销钉脊确定的直径，所述深度h相对于所述肩部直径Du来进行选择，从而形成的所述关系式的结果为不超过大约4，所述销钉槽远远宽于所述销钉肩部，所述销钉槽具有光滑的根部轮廓，所述销钉槽用于使管形套环挤压到其中，因此，该工件固定在一起，从而确定了紧固接头，所述销钉件的材料和极限剪切强度值与套环不同，所述销钉件的剪切强度与所述套环的剪切强度的比例为在挤压时基本能避免所述销钉件被压碎，
所述套环杆有一通孔，在挤压之前，该通孔的孔直径相对于所述销钉脊的脊直径能提供一个最小的间隙，因此，能使用于挤压的相对轴向力最小，所述最小间隙提供了一个径向间隙Rc，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约1.0至大约4.0之间，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化，所述销钉件由极限拉伸强度至少为大约120KSI的铁材料制成，所述套环由极限拉伸强度至少为大约60KSI的铁材料制成，
所述紧固件提供一最终夹紧负载，该最终夹紧负载为所述挤压负载的大约160％。
16.根据权利要求15所述的紧固系统，其中：所述套环杆有一直杆部分，该直杆部分在其外端终止于一径向向外的扩口杆部分，所述扩口杆部分为大致均匀的壁厚，且该壁厚与所述直杆部分的壁厚基本相同，所述扩口杆部分的径向内侧和外侧表面成锥形，且所述内侧表面相对于所述销钉件的轴线的锥度角大于所述外侧表面，
所述径向内侧表面的锥度角为大约15°，所述外侧表面的锥度角为大约5°。
17.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，该方法包括：
形成一个销钉件，该销钉件有一个伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部，该销钉肩部终止于销钉脊，使所述销钉槽形成为很宽，且其径向深度由关系式(h/Du)×102确定，其中h为所述径向深度，Du是由所述销钉脊确定的直径，所述深度h相对于所述脊直径Du进行选择，从而形成的所述关系式的结果为不超过大约4，使所述销钉形成为槽具有较宽且光滑的根部轮廓，形成一个管形套环，并将所述管形套环挤压到所述销钉槽中，因此，该工件固定在一起，从而确定了紧固接头，
所述套环通过挤压砧台而被挤压到所述销钉槽中，该挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，
所述套环选择为有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的所述销钉肩部啮合的所述套环肩部，从而具有组合的最终剪切强度。
18.根据权利要求17所述的紧固系统，其中：所述销钉槽很宽，其有效宽度Wg相对于脊的有效宽度Wc的比例Wc/Wg不大于大约0.30，
在挤压过程中，所述预定体积的所述套环杆材料并不与所述根部充分啮合，因此，在挤压后并不完全充满所述锁定槽，所述套环杆有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的销钉脊啮合的所述套环肩部，
所述套环杆有一通孔，该套环的孔径相对于所述销钉脊的脊直径能够在挤压之前提供一最小间隙，从而能使挤压的相对轴向力减至最小。
19.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，该方法包括：
形成一个销钉件，该销钉件有一个伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部，该销钉肩部终止于销钉脊，使所述销钉槽形成为很宽，且其径向深度由关系式(h/Du)×102确定，其中h为所述径向深度，Du是由所述销钉脊确定的直径，所述深度h相对于所述脊直径Du进行选择，从而形成的所述关系式的结果为不超过大约4，使所述销钉形成为槽具有较宽且光滑的根部轮廓，
形成一个管形套环，该管形套环有大致直的杆，将所述管形套环的所述直杆挤压入所述销钉槽，因此将工件固定在一起，从而确定了紧固接头，所述挤压套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述套环杆通过挤压砧台而被挤压到所述销钉槽中，该挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，
所述套环选择为有预定体积的材料，该材料的预定体积比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，使所述套环杆形成为有一通孔，该通孔提供了一个最小径向间隙Rc，该最小径向间隙Rc相对于所述销钉脊的所述脊直径的比2Rc/Du×102在大约1.0至大约4.0之间。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：对于所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述最小间隙提供了一个径向间隙Rc，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约2.5至大约3.8之间，
所述销钉件由极限拉伸强度至少为大约120KSI的铁材料制成，所述套环由极限拉伸强度至少为大约60KSI的铁材料制成。
21.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，该方法包括：
形成一个销钉件，该销钉件有一个伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部，该销钉肩部终止于销钉脊，使所述销钉槽形成为很宽，且其径向深度由关系式(h/Du)×102确定，其中h为所述径向深度，Du是由所述销钉脊确定的直径，所述深度h相对于所述脊直径Du进行选择，从而形成的所述关系式的结果为U不超过大约4，
形成一个管形套环，该管形套环有大致直的杆，将所述管形套环的所述直杆挤压入所述销钉槽，因此将工件固定在一起，从而确定了紧固接头，所述挤压套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述套环杆通过挤压砧台而被挤压到所述销钉槽中，该挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，
所述套环选择为有预定体积的材料，该材料的预定体积比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，所述挤压腔的外端有一径向向外延伸的弓形轮廓，用于起初与所述套环杆配合，
所述挤压腔有相对较短长度的轴向直的部分，该部分与所述径向外端相连，并确定了所述挤压腔的最小直径，以便充分挤压所述套环杆，
所述挤压腔有锥形的卸荷部分，该卸荷部分从所述直部分向后延伸，并且以相对于所述挤压腔的中心轴线成一相对较小角度的形式径向向外成锥形，因此，由于形成了所述套环杆材料通过所述直部分和所述锥形卸荷部分进行挤压再弹回之后的啮合分布，有利于挤压后将所述挤压砧台从所述套环杆上取下。
22.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，该方法包括：
形成一个销钉件，该销钉件有一个伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部，该销钉肩部终止于销钉脊，使所述销钉槽形成为很宽，且其径向深度由关系式(h/Du)×102确定，其中h为所述径向深度，Du是由所述销钉脊确定的直径，所述深度h选择为相对于所述脊直径Du而形成的所述关系式为不超过大约4，形成一个管形套环，将所述管形套环挤压入所述销钉槽中，因此将工件固定在一起，从而确定了紧固接头，所述挤压套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述套环通过挤压砧台而被挤压到所述销钉槽中，该挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，
所述套环选择为有预定体积的材料，该材料的预定体积比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，
所述销钉件和所述套环由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P  1.27(1/2) 1.26(0.497) 0.040(0.016) 2.017(0.794) 1.306(0.514) 1.913(0.753) 1.181(0.465) 0.193(0.076) 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.052(0.0205) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.476(0.581) 0.231(0.091) 1.91(3/4) 1.9(0.747) 0.061(0.024) 3.015(1.187) 1.958(0.771) 2.858(1.125) 1.775(0.699) 0.246(0.097)
23.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过安装工具而在该销钉和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，该方法包括：
形成一个销钉件，该销钉件有一个伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部，该销钉肩部终止于销钉脊，使所述销钉槽形成为很宽，且其径向深度由关系式(h/Du)×102确定，其中h为所述径向深度，Du是由所述销钉肩部确定的直径，所述深度h选择为相对于所述脊直径Du而形成的所述关系式为不超过大约4，使所述销钉槽形成为具有光滑且较宽的根部轮廓，该根部轮廓通常由一连续曲线确定，
形成一个管形套环，该管形套环有大致直的杆，将所述管形套环的所述套环杆挤压入所述销钉槽，因此将工件固定在一起，从而确定了紧固接头，所述挤压套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述套环杆通过挤压砧台而被挤压到所述销钉槽中，该挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，
所述套环选择为有预定体积的材料，该材料的预定体积比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，所述套环杆选择为有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的所述销钉肩部啮合的所述套环肩部，从而具有组合的极限剪切强度，
所述销钉槽很宽，其有效宽度Wg相对于脊的有效宽度Wc的比例Wc/Wg不大于大约0.30，所述销钉槽具有伸长的根部，该根部有大致光滑的轮廓，
所述套环的所述直杆部分有预定体积的材料，该材料的预定体积通常比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，在挤压过程中，所述套环杆材料并不与所述根部充分啮合，因此，在挤压后并不完全充满所述锁定槽，所述套环杆有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的销钉脊啮合的所述套环肩部，
所述套环杆选择为有一通孔，在挤压之前，该通孔的孔直径相对于所述销钉脊的脊直径能提供一个最小的间隙，因此，能使用于挤压的相对轴向力最小，
所述最小间隙选择为能提供了一个径向间隙Rc，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约1.0至大约4.0之间，
对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目选择为在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化，
形成由极限拉伸强度至少为大约120KSI的铁材料制成的所述销钉件以及由极限拉伸强度至少为大约60KSI的铁材料制成的所述套环。
24.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个两件式紧固件，用于将多个工件固定在一起，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个套环，该套环用于根据通过带有挤压砧台的安装工具而在该销钉件和套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到销钉件上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，所述紧固件包括：
所述销钉件有一个伸长的杆，该杆位于在工件中的对齐开口内，且该杆的一端终止于一个放大的头部，其相对端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分包括多个锁定槽，该锁定槽由周向延伸的销钉槽和相应的销钉肩部确定，该销钉肩部终止于销钉脊，所述销钉脊具有预定的脊直径，
所述销钉槽比所述销钉脊宽得多，并有一根部，该根部有着通常类似于流线型的轮廓，
所述套环大致成管形，并有大致直的杆，用于被挤压入所述销钉槽，因此将工件固定在一起，从而确定了紧固接头，所述挤压套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述挤压砧台有一个有效喉部挤压部分，用于套在所述套环杆上并将该套环杆挤压到所述锁定槽中，
所述套环的所述直杆有预定体积的材料，该材料的预定体积比由所述有效喉部挤压部分和所述销钉槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环被挤压到该销钉槽中，所述套环杆材料的体积选择为这样，在挤压过程中，该套环杆材料并不与所述根部啮合，因此，在挤压后并不完全充满所述锁定槽，所述套环挤压有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的销钉脊啮合的所述套环肩部，
所述套环杆有一内径，该内径相对于所述销钉脊的直径能提供一个最小的间隙，因此，能使用于挤压的相对轴向力最小，
所述脊的有效宽度Wc相对于所述锁定槽的有效宽度Wg为：该宽度Wc大大小于宽度Wg，因此，所述脊基本间隔开，
所述套环的所述直杆部分有一通孔，该通孔的孔径能提供所述最小的间隙，所述最小间隙提供了一个径向间隙Rc，对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，该径向间隙Rc相对于所述脊的脊直径的比2Rc/Du×102在大约3.0至大约4.0之间。
25.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述锁定槽为螺旋形形状。
26.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：对于标称直径从大约1.27cm(1/2英寸)到大约1.91cm(3/4英寸)之间变化的所述紧固件的所述销钉件，所述销钉脊的数目在每cm为2.8至大约5.5(每英寸7至大约14)之间变化。
27.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：锁定槽的有效脊宽度Wc与有效槽宽度Wg的比例为大约0.20至大约0.28之间。
28.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述销钉件的所述杆有一锁定部分，该锁定部分包括所述锁定槽，并终止于一牵引部分，该牵引部分有多个牵引槽，适于被安装工具的卡紧夹头卡紧，所述牵引部分通过一个断开轴颈槽与所述锁定部分相连，该断开轴颈槽用于在大于所述挤压负载的相对轴向力作用下断裂，
所述牵引槽的脊的直径为所述锁定槽的脊直径的大约70％至大约85％之间。
29.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述套环杆有一直杆部分，该直杆部分在其外端终止于一径向向外的扩口杆部分，所述扩口杆部分为大致均匀的壁厚，且该壁厚与所述直杆部分的壁厚基本相同，所述扩口杆部分的径向内侧和外侧表面成锥形，且所述内侧表面相对于所述销钉件的轴线的锥度角大于所述外侧表面。
30.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述径向内侧表面的锥度角为大约15°，所述外侧表面的锥度角为大约5°。
31.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述销钉件和所述套环由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P 1.27(1/2) 1.26(0.497) 0.040(0.016) 2.017(0.794) 1.306(0.514) 1.913(0.753) 1.181(0.465) 0.193(0.076) 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.052(0.0205) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.476(0.581) 0.231(0.091) 1.91(3/4) 1.9(0.747) 0.061(0.024) 3.015(1.187) 1.958(0.771) 2.858(1.125) 1.775(0.699) 0.246(0.097)
32.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述销钉件和所述套环的一个实例为由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.069(0.027) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.443(0.568) 0.330(0.130)
其中，比例Wc/Wg为大约0.204，并且每cm(英寸)的脊为大约3.15(8)个。
33.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述销钉件和所述套环的一个实例为由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.051(0.020) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.476(0.581) 0.330(0.130)
其中，比例Wc/Wg为大约0.162，并且每cm(英寸)的脊为大约3.15(8)个。
34.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述销钉件和所述套环的一个实例为由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.069(0.027) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.443(0.568) 0.330(0.130)
其中，比例Wc/Wg为大约0.204，并且每cm(英寸)的脊为大约3.15(8)个，所述锁定槽为螺旋形形状，可用于与安装工具的螺母部件螺纹卡紧，以便在所述销钉件和所述套环之间施加相对轴向力。
35.根据权利要求24所述的紧固系统，其中：所述销钉件和所述套环的一个实例为由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.051(0.020) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.476(0.581) 0.330(0.130)
其中，比例Wc/Wg为大约0.162，并且每cm(英寸)的脊为大约3.15(8)个，所述销钉件在所述杆的、与所述销钉头部相反的一端有一内孔，所述内孔有螺纹，可用于与安装工具的螺纹心轴部件螺纹配合，以便在所述销钉件和所述套环之间施加相对轴向力。
36.在一种紧固系统中，该紧固系统包括一个用于将多个工件固定在一起的两件式紧固件和一个用于安装该紧固件的安装工具，其中，该紧固系统包括一个销钉件和一个管状套环，所述套环有一大致直的套环杆，该套环杆用于根据通过安装工具而在所述销钉件和所述套环之间施加的相对轴向力或挤压负载而被挤压到所述销钉件上的锁定槽中，并根据预定大小的挤压负载而提供作用在工件上的合适大小的夹紧负载，所述销钉件有伸长的销钉杆，该销钉杆用于布置在工件中的对齐开口内，且该销钉杆的一端终止于一个放大的头部，该头部用于与在工件一侧的表面配合，该销钉杆的另一端终止于一个有槽的部分，该有槽的部分用于经过工件相对侧的相对表面延伸，所述有槽的部分包括一个锁定和牵引部分，该锁定和牵引部分有多个锁定和牵引槽，该锁定和牵引槽由螺旋形延伸的销钉槽和相应的销钉肩部确定，该销钉肩部终止于销钉脊，所述销钉脊以预定节距均匀间隔开，
所述销钉槽很宽，其有效宽度Wg相对于脊的有效宽度Wc的比例Wc/Wg不大于大约0.20，所述销钉槽有一伸长的根部，该根部具有大致光滑的轮廓；一个管形套环有一个大致直的杆，用于被挤压到所述锁定槽中，因此，该工件被紧固在一起，从而确定了紧固接头，所述套环在挤压后有与所述销钉槽和肩部互锁的套环槽和肩部，
所述安装工具用于在所述销钉件和所述套环之间施加一相对轴向力，以便获得挤压负载，该安装工具有一砧台件，该砧台件有挤压腔，该挤压腔有一个有效喉部挤压部分，该有效喉部挤压部分用于套在所述套环的所述直杆上，从而将所述套环的直杆径向向内挤压到所述锁定和牵引槽中，所述安装工具有一个螺纹牵引螺母部件，该螺纹牵引螺母部件用于在施加相对轴向力时与所述锁定和牵引槽螺纹啮合，所述套环杆有预定体积的材料，该材料的预定体积通常比由所述有效喉部挤压部分和所述锁定和牵引槽的相对部分所确定的可用体积更大，所述套环杆挤压到该锁定和牵引槽中，所述套环杆的材料在挤压过程中并不与所述根部充分啮合，因此，在挤压后并不完全充满所述锁定和牵引槽，所述套环杆有足够的长度，以便提供预定数目的、与相应数目的所述销钉脊啮合的所述套环肩部，
所述套环杆有一通孔，在挤压之前，该通孔的孔直径相对于所述销钉脊的脊直径能提供一个最小的间隙，因此，能使用于挤压的相对轴向力最小。
所述根部的最大深度点距离相邻脊和相邻后缘销钉肩部为大约所述节距的1/3，
所述相邻销钉肩部确定了后缘齿腹，该后缘齿腹相对于所述销钉件的轴线以预定角度大致线性延伸，
所述根部通过一个成角度的部分(angulated portion)与所述后缘齿腹相连，该成角度的部分确定了一个预选的剪切平面，该剪切平面位于轴向离开所述后缘齿腹的、有一定深度的位置处，
所述牵引螺母部件有螺纹，该螺纹有用于与所述销钉肩部的所述后缘齿腹啮合的螺母齿腹，所述螺母螺纹有预定长度的脊，以便在所述剪切平面开始与所述根部啮合，因此，所述螺母齿腹轴向离开所述后缘齿腹，所述剪切平面位于所述根部的最大深度的大约80％处，从而能防止所述螺母齿腹与所述后缘齿腹啮合，直到达到预定的轴向负载。
37.根据权利要求36所述的紧固系统，其中：所述销钉件和所述套环的一个实例为由铁材料构成，并通常有以下关系，单位为厘米(英寸)： 销钉脊直径 槽的深度 挤压前的套环O.D. 挤压前的套环I.D. 砧台喉部直径 销钉锁定槽根部直径 节距 标称直径 Du h Dc ID Da Dr P 1.59(5/8) 1.58(0.622) 0.051(0.027) 2.515(0.990) 1.633(0.643) 2.385(0.939) 1.443(0.568) 0.330(0.130)
其中，比例Wc/Wg为大约0.204，并且每cm(英寸)的脊为大约3.15(8)个。
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