TW201600754A - 包含外螺紋螺栓及內螺紋螺帽之用於避免匹配的螺紋在組裝期間發生螺紋錯扣的緊固件系統 - Google Patents

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Abstract

一種螺紋緊固件系統，包含一螺栓及一螺帽總成，其中螺栓具有螺紋導入點，其螺距及螺旋角的大小係比螺栓之本體/軸桿的螺距及螺旋角的大小更大。

Description

包含外螺紋螺栓及內螺紋螺帽之用於避免匹配的螺紋在組裝期間發生螺紋錯扣的緊固件系統
本申請案在此聲明擁有於西元2015年5月1日所申請的美國第61/987,138號臨時申請案之優先權權益，且該美國臨時申請案係以引用方式被併入本案中。
本發明係關於一種包含外螺紋螺栓及內螺紋螺帽之用於避免匹配的螺紋在組裝期間發生螺紋錯扣的緊固件系統。
參考第1圖，一般公認需要一插入屬於標準比例之預攻螺紋之螺帽2內之屬標準比例的螺栓螺紋1，往往造成一種情況，即螺栓螺紋10,10a之螺峰與螺帽螺紋之根部作最初的接觸。螺帽及螺栓螺紋之逆轉可能隨後造成螺紋3,3a彼此咬住且進一步限制匹配螺紋達成螺帽固定器(nut anchor)及螺栓之相對軸向移動的作用。如熟於本技術者所熟知，此作用被稱為「螺紋錯扣」。
如熟於本技術者所周知，螺紋錯扣在螺栓螺紋4及螺帽螺紋5之軸心於組裝之最初點角度未對準時變成更易發生。軸心4及5只需少量錯準即會造成此種不利的組裝情況。
許多嘗試被引入到螺栓導入螺紋及/或螺帽進入螺紋，以克服此種不利的組裝情況。抗螺紋錯扣裝置之例在容曼氏(Jungman)等提出名稱為「緊固件總成」之美國專利第7,334,975號、賈庫塞斯基(Jakuszeski)氏等提出名稱為「U-螺栓總成」之美國專利第7,438,512號、及在固德溫(Goodwin)氏等提出名稱為「抗螺紋錯扣緊固件」之美國專利第5,836,731號中有說明，每一個之內容在此援用做為參考。
目前使用之系統之一例可參看第2圖。先前技術之系統依賴螺栓導入點幾何結構14之改變，其目標著重在促使螺栓之導入螺紋在螺帽螺紋根部直徑上滑動且協助匹配螺紋形成螺紋螺距之螺合及減少螺紋錯扣。上述之先前技術認為導入螺紋14之圓形(或半徑)橫截面可能無法達到此目標，且期望圓形橫截面或當截面靠近螺栓進入端時尺寸減小之特別型式的額外之一般圓柱端(dog point)會達到螺帽及螺栓螺紋抵抗螺紋錯扣之需求。
在此等例子之每一個中，螺栓導入螺紋之軸向螺距12被維持在與螺帽及螺栓螺紋之標準螺距相同的數值。沒有延伸點特徵且在螺帽及螺栓軸心具最初少量錯準時，仍保持有如第1圖所概略說明的最初組裝情 況出現之可能性，且由於恆定螺距12之影響，螺紋錯扣仍然會發生。
本發明係關於一種緊固件系統，其目的係避免在組裝點的螺栓與預攻(pre-tapped)螺帽的螺紋錯扣，且尤其係關於在組裝點達到抗螺紋錯扣的創新性螺栓導入點。更具體上，本發明係針對螺絲或螺栓導入螺紋之開發，其目的在引起在一總成中螺帽及螺栓螺紋之軸向對準，以消除螺栓螺紋10及10a之螺峰與螺帽螺紋11之根部直徑作干涉接觸的可能性。又，在最初組裝時，導入點之新穎設計容許螺栓螺紋1與螺帽螺紋2之間的加速相對軸向移動且避免螺栓及螺帽螺紋之螺紋錯扣(塞住)。
10‧‧‧螺栓螺紋峰部
11‧‧‧螺帽螺紋根部
12‧‧‧軸向螺距
20‧‧‧頭部
21‧‧‧軸桿部(或本體部)
22‧‧‧導入點
25‧‧‧螺紋
26‧‧‧核心
27‧‧‧螺紋高度
30‧‧‧螺栓螺紋外徑
31‧‧‧外徑
36‧‧‧螺帽根部直徑
38‧‧‧導入螺紋之螺紋螺旋角
39‧‧‧導入點螺紋螺距
本發明之構成及方法以及其他目的及其優點將參照下列說明及附圖而更了解，附圖中：第1圖係前述說明發生的情況及可導致螺紋錯扣之不利組裝情況的概示圖；第2圖係前述說明用於克服螺紋錯扣之一先前技術方法的概示圖；第3圖係依照本發明之說明用實施例之螺栓的概圖；第4圖係說明依照本發明之說明用實施例之可變螺距導入螺紋在螺栓及螺帽螺紋之軸向對齊的發展中具有的效果。
本文必須被認為係本發明之說明用實施例之原理之一例且並不用來將本發明侷限於在此說明及顯示之此等實施例。系統及原理能容許和在此詳細說明者不同形式的實施例。
參照第1圖，顯示包括依本發明之螺栓及供螺栓總成之預攻螺紋之螺帽的緊固件系統之概圖。須注意的是，雖然本說明書係以螺栓來進行寫作，但是亦能為依照本發明之其他實施例使用之任何外螺紋緊固件。另須注意的是，說明書中之名詞「螺帽」可為關於依照本發明之其他實施例使用之任何內螺紋緊固件。因為如此，當被使用時之螺栓及螺帽之說明必須被視其僅為例子。
螺栓及螺帽被操作地組裝，且藉此使螺栓螺紋之螺峰10接觸螺帽螺紋根部11且造成潛在的螺紋干涉，在此等接觸區中，當從總成之螺栓頭端看時，螺栓係相對於螺帽沿順時針方向轉動(以箭號X表示)，且由於從被選定螺紋之螺距12及大徑(major diameter)30產生的螺栓及螺帽螺紋之螺紋螺旋角，螺栓欲相對於螺帽朝軸向往前移動。但是，由於螺帽螺紋及螺栓螺紋兩者之螺旋角係相同大小，螺栓螺紋之螺峰維持在與螺帽螺紋之根部作最初接觸的位置，且在接觸區造成增強的干涉，此增強的干涉會造成相對的螺栓及螺帽螺紋咬住或者塞住。
再參考第2圖，顯示一專屬(proprietary)的系統，其已經被開發用來克服此最初之不利的組裝情形。如圖示，此系統係關於上述已說明且援用作為參考的許多不同的專利。此系統圖示有一螺栓螺紋進入點螺距12，其與螺栓及螺帽之螺距為相同大小。但是，此一系統之明顯缺點為，若最初螺紋接觸為容許螺栓螺紋之螺峰10接觸螺帽螺紋根部11的話，則與前述類似的不利之組裝情況會發生，即螺栓及螺帽會變成螺紋錯扣。
參照第3圖，係顯示有依照本發明之說明用實施例之螺栓的概圖，其包括一頭部20、軸桿部(或本體部)21、及導入點(lead entry point)22。頭部20可為任何可藉緊固件驅動系統來對螺栓產生轉動的結構。軸桿部21可為圓形或可具有熟於此技術者之小葉狀橫截面積。
軸桿部21顯示具有形成在其上之螺紋25。螺紋25在圖中形成為繞一核心26之螺旋形，其包含對特定尺寸之螺栓為恆定大小的螺紋高度27。產生的螺旋形螺紋可為符合任何國際/國家標準規格或符合可與國際及/或國家標準規格不同的專屬螺固件之系統。軸桿部21上之螺紋在圖中具有一軸向螺距12及螺栓螺紋外徑30。螺栓螺紋25可延伸到螺栓軸桿部之長度或可延伸僅到其局部。
依照本發明之說明用實施例，螺栓之螺距12係與已由總成製造商選定預攻螺紋(pre-threaded)之螺帽的螺距相同。
螺栓導入螺紋(bolt lead entry thread)係為通常與螺帽齒根直徑36相等的外徑31。螺紋直徑31通常在本發明之說明用實施例中係為平行。為了實用目的，一般認為導入螺紋31之外接圓被減少到螺帽之內徑以下，使得螺栓導入螺紋22可進入螺帽螺紋2而不需存在有設計的干涉。
導入點螺紋具有一螺距39大約等於依照本發明之說明用實施例之螺栓的本體螺紋之螺紋軸向螺距12的1.562倍。更通常為，導入點螺紋之螺距39可在約1.40至1.60乘以本體螺紋軸向螺距12的範圍內。
參照第4圖，可看出螺栓的導入螺紋22並不與螺帽之螺紋輪廓2作螺合。其等確實與螺帽螺紋的根部直徑36接觸且由於其等較高的螺距39及隨後與螺帽螺旋角28相關之螺旋角38，而使相對於螺帽螺紋的螺栓之軸向移動成比所有螺紋均為相同螺距的情況更加速。
當加速之向前移動發生時，會產生螺帽與螺栓之軸心之軸向對齊，使得主本體螺紋25靠近且接觸螺帽螺紋內腔2，而能消除先前技術設計的系統所曾遭遇的螺紋錯扣之高度潛在性。
導入螺紋之螺栓角的幾何構造及本體螺紋與導入螺紋相關的方式，用來確保導入螺紋之螺紋螺旋角38係大於本體螺紋之螺紋螺旋角28。在第4圖中可看出，若螺栓以不和螺帽螺紋之軸心對齊成直線的角度插入且導入角螺紋峰部接觸螺帽螺紋之根部的話，螺栓螺 紋導入部之螺旋角越高時，螺栓螺紋將以比通常螺旋角匹配時達到的速度更快的速度向前加速，此作用會將相關螺紋部的軸心拉成對齊。
進一步可看出，提高導入螺紋相對於螺帽螺紋向前移動的作用，會消除螺栓螺紋之螺峰與螺帽螺紋根部產生干涉的潛在性且消除已參照第1圖說明的方式之螺紋錯扣之潛在性。
在此等情況下，主要本體之螺紋能以可接受及指定的方式達成最初螺紋接觸且會消除一直以來都令人擔心的螺紋錯扣。

Claims (12)

  1. 一種系統，包括：一螺栓之軸桿，具有外螺紋，該外螺紋被形成與螺帽構件中預攻螺紋之內螺紋螺合，其中該軸桿之外螺紋與該螺帽構件中之內螺紋具有相同的螺距及相同的螺紋螺旋角；該螺栓上之一導入點，具有螺入點(threaded entry point)，其中螺入點具有大小比該本體/軸桿之螺距更大的進入點螺距，且其中該螺入點具有大小比該螺栓之本體/軸桿的螺紋螺旋角更大的進入點螺旋角，且其中，該導入點之外徑大約等於該螺帽構件之小螺紋徑(minor thread diameter)。
  2. 如請求項1之系統，其中該螺帽構件之內螺紋係符合任何國際已知之標準。
  3. 如請求項1之系統，其中該螺帽構件之內螺紋係符合專屬設計(proprietary design)。
  4. 如請求項1之系統，其中該進入點螺距大約等於該螺紋螺距之1.562倍。
  5. 如請求項1之系統，其中該進入點螺紋具有一比該螺栓螺紋之本體的螺距大1.4至1.6倍的螺紋螺距。
  6. 如請求項1之系統，其中螺紋沿著該導入點之螺紋根部直徑係等於或小於螺紋沿著螺紋軸桿部之螺紋根部直徑。
  7. 如請求項1之系統，其中該螺入點之外徑係小於該螺帽構件之小徑，以容許滑動配合存在而在此等直徑處無任何干涉型態產生。
  8. 如請求項7之系統，其中該螺帽構件之內螺紋係符合任何國際已知之標準。
  9. 如請求項7之系統，其中螺帽構件之內螺紋係符合專屬設計(proprietary design)。
  10. 如請求項7之系統，其中該進入點螺距大約等於該螺紋螺距之1.562倍。
  11. 如請求項7之系統，其中該進入點螺紋具有一比該螺栓螺紋之本體的螺距大1.4至1.6倍的螺紋螺距
  12. 如請求項7之系統，其中螺紋沿著該導入點之螺紋根部直徑係等於或小於螺紋沿著螺紋軸桿部之螺紋根部直徑。
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