TW202218817A - 扭矩吸收面 - Google Patents

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Abstract

一平台上之複數個凸起表面吸收接觸該表面同時相對於該平台旋轉之一緊固件之扭矩。與螺栓應力之相關聯增加相比，顯著不成比例之扭矩增加由擰緊該緊固件時增加之感覺扭矩觀察到。當電動工具用於向緊固件施加扭矩時，一機械管聯結器之凸耳上使用凸起表面以提高緊固件之抗損壞性。

Description

扭矩吸收面
本發明係關於接合旋轉緊固件元件之表面構件。
領域中越來越多地使用電動工具(尤其衝擊扳手)允許將相對較大扭矩施加至緊固件，而技工僅需很少體力勞動。此因數匯合可能導致螺栓過度扭轉之機率增加，在一些情況中，技工用高輸出衝擊扳手過度扭轉螺栓而導致損壞。因此，若可採取提高一螺栓在使用電動工具時之抗損壞能力之措施，則被認為係有利的。
本發明組合地涉及一種與一緊固件元件接觸之平台，該緊固件元件可圍繞橫向於該平台定向之一軸線旋轉。在一實例性實施例中，該平台包括一基底表面。複數個凸起表面橫向於該基底表面突出以接觸該緊固件元件。各凸起表面包括一平頂。各凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。
舉例而言，該緊固件元件可包括一螺紋螺母或一螺紋螺栓之一頭部。
在一特定實例性設計中，各平頂在該基底表面上方具有0.060英寸之一高度，且在實踐設計中，各平頂在該基底表面上方可具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度。進一步舉例而言，各平頂具有0.010平方英寸之一最小表面積，且在實踐設計中，各平頂可具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之一表面積。在某些實例中，各平頂具有自0.020平方英寸至0.075平方英寸之範圍內之一最小表面積。
在一實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。進一步舉例而言，該等凸起表面之至少一者可具有一圓形橫截面形狀。在一實踐實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比該基底表面處小之一周長。
在一實例性實施例中，該緊固件元件比該複數個凸起表面軟。在一特定實例中，該緊固件元件可包括鋼且該複數個凸起表面可包括延性鑄鐵。
本發明進一步涵蓋一種用於依端對端關係結合管元件之聯結器。在一特定實例性實施例中，該聯結器包括具有對置安置之第一端及第二端之一第一區段及具有對置安置之第一端及第二端之一第二區段。一第一緊固件將該第一區段之該第一端附接至該第二區段之該第一端。一第二緊固件將該第一區段之該第二端附接至該第二區段之該第二端使得該等區段環繞用於接納該等管元件之一中心空間。第一連接構件及第二連接構件分別定位於該第一區段及該第二區段之各者之該第一端及該第二端之各者處。在一實例性實施例中，各連接構件包括橫向於該等緊固件之一者定向之一基底表面。複數個凸起表面橫向於該基底表面突出且可與該等緊固件之該一者接合。各凸起表面包括一平頂。各凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。舉例而言，該等緊固件可包括可與該等凸起表面之一者接合之一螺紋螺母及/或具有可與該等凸起表面之一者接合之一頭部之一螺紋螺栓。
在一特定實例性設計中，各平頂在該基底表面上方具有0.060英寸之一高度，且在實踐設計中，各平頂在該基底表面上方可具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度。進一步舉例而言，各平頂具有0.010平方英寸之一最小表面積，且在實踐設計中，各平頂可具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之一表面積。在某些實例中，各平頂具有自0.020平方英寸至0.075平方英寸之範圍內之一最小表面積。
在一實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。進一步舉例而言，該等凸起表面之至少一者可具有一圓形橫截面形狀。在一實踐實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比該基底表面處小之一周長。
在一實例性實施例中，該緊固件比該複數個凸起表面軟。在一特定實例中，該緊固件可包括鋼且該複數個凸起表面可包括延性鑄鐵。在一實例性實施例中，該複數個凸起表面可與該聯結器一體地澆鑄。
本發明進一步包含一種可安裝於一管元件上之凸緣。在一實例性實施例中，該凸緣包括具有經調適以與一配合凸緣介接之一接觸面及與該接觸面對置配置之一暴露面之一環。舉例而言，該暴露面包括一基底表面及橫向於該基底表面突出之複數個凸起表面。各凸起表面包括一平頂，且各凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。在一實踐實例中，該複數個凸起表面圍繞該整個暴露面延伸。
在一特定實例性設計中，各平頂在該基底表面上方具有0.060英寸之一高度，且在實踐設計中，各平頂在該基底表面上方可具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度。進一步舉例而言，各平頂具有0.010平方英寸之一最小表面積，且在實踐設計中，各平頂可具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之一表面積。在某些實例中，各平頂具有自0.020平方英寸至0.075平方英寸之範圍內之一最小表面積。
在一實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。進一步舉例而言，該等凸起表面之至少一者可具有一圓形橫截面形狀。在一實踐實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比該基底表面處小之一周長。
在一實例性實施例中，該緊固件元件比該複數個凸起表面軟。在一特定實例中，該緊固件元件可包括鋼且該複數個凸起表面可包括延性鑄鐵。在一實例性實施例中，該複數個凸起表面可與該凸緣一體地澆鑄。
本發明進一步涵蓋一種用於結合管元件之凸緣聯結器。在一實例性實施例中，該凸緣聯結器包括：一第一環，其具有對置安置之一第一接觸面及一第一暴露面；及一第二環，其具有對置安置之一第二接觸面及一第二暴露面。該第二接觸面與該第一接觸面介接。複數個緊固件延伸穿過該第一環及該第二環。該等緊固件之各者包括接合該等環之一者之該等暴露面之至少一者之至少一個可旋轉構件。在一實例性實施例中，該至少一暴露面包括一基底表面。複數個凸起表面橫向於該基底表面突出。各凸起表面包括一平頂。各凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。
在一實例性實施例中，該複數個凸起表面圍繞該整個暴露面延伸。進一步舉例而言，該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀或一圓形橫截面形狀。在一實例性實施例中，該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比該基底表面處小之一周長。舉例而言，該可旋轉構件可包括可與該等凸起表面之至少一者接合之一螺紋螺母及/或具有可與該等凸起表面之一者接合之一頭部之一螺紋螺栓。
在一實例性實施例中，該可旋轉構件比該複數個凸起表面軟。在一特定實例性實施例中，該緊固件可包括鋼且該複數個凸起表面可包括延性鑄鐵。在一特定實例性實施例中，該複數個凸起表面與該至少一個暴露面一體地澆鑄。
相關申請案之交叉參考 本申請案基於2020年11月11日申請之美國臨時申請案第63/112,194號且主張其優先權權利，該案以引用方式併入本文中。
本發明之一個態樣係針對一組合平台及緊固件元件。一實例性組合10在圖1中展示且包括與一緊固件元件14 (在此實例中，一螺紋螺栓18之一螺紋螺母16)接觸之一平台12。緊固件元件14亦可包括螺栓18之頭部(圖中未展示)。如圖2中隔離展示，一實例性平台包括一基底表面20。基底表面20橫向與緊固件元件可圍繞其旋轉之一軸線22定向。複數個凸起表面24橫向於基底表面20突出。凸起表面24包括各自平頂26。各凸起表面24藉由定位於凸起表面之間的一各自通道28與至少一個相鄰凸起表面分離。此實例中之凸起表面24具有多邊形橫截面形狀，但其他形狀亦為可行的，如圖1A中所展示，其中一平台12之一實踐實例性組合11具有含有具有圓形橫截面形狀之平頂26之凸起表面24。如圖2中所展示，凸起表面24可為錐形，使得各凸起表面在平頂26處具有比基底表面20處小之一周長30。約3°之一錐度角有利於在由一鑄造程序製造平台時提供拔模斜度。
如圖1及圖1A中所展示，凸起表面24接觸緊固件元件14。在此實例中，螺母16在其圍繞軸線22相對於平台12旋轉時強制承靠平頂26以將螺母擰緊至固定螺栓18上。眾所周知，螺栓18中之拉伸應力在螺母16擰緊時增大，且轉動螺母所需之扭矩在螺母擰緊時亦增大。然而，據觀察，當旋轉螺母16強制接觸凸起表面24時，與否則將在無凸起表面之情況下發生之螺栓應力增大相比，轉動螺母所需之扭矩依更大之一速率增大。此所觀察現象實際上係有利的，因為其可用於保護螺栓免受歸因於過度扭轉之損壞。
圖3繪示用於依端對端關係結合管元件(圖中未展示)之一聯結器31上之組合10之一實踐實施方案。在此實例中，聯結器31包括：一第一區段32，其具有對置安置之各自第一端34及第二端36；及一第二區段38，其具有對置安置之各自第一端40及第二端42。一第一緊固件44將第一區段32之第一端34附接至第二區段38之第一端40。一第二緊固件46將第一區段32之第二端36附接至第二區段38之第二端42使得區段32及38環繞用於接納管元件之一中心空間48。在此實例中，緊固件44及46包括配合螺母16及螺栓18。
第一連接構件50及第二連接構件52分別定位於第一區段32及第二區段38之各者之第一端及第二端(34、36、40、42)之各者處。在此實例中，各連接構件50、52包括橫向於通過連接構件之各自緊固件(44或46)定向之上述基底表面20。凸起表面24橫向於各基底表面20突出且可與緊固件44及46接合。如上文相對於組合10所描述，各凸起表面24包括一平頂26，且各凸起表面藉由定位於凸起表面之間的一通道28與凸起表面之至少一相鄰者分離。與上文所描述及圖1中所展示之組合10一致，此實例中之凸起表面24具有多邊形橫截面形狀且係錐形使得各凸起表面在其平頂26處具有比在其基底表面20處小之一周長30。在此實例中，當緊固件44及46擰緊時，螺母16接合凸起構件24之平頂26且抵靠其旋轉，然而，在其他實例性實施例中，螺栓18之頭部可接合平頂且抵靠其旋轉。儘管組合10經描繪為與聯結器31一起使用，但在此實施方案中，具有平頂26 (其具有圓形橫截面形狀)之圖1A之組合11亦為可行的。
在一聯結器31之一實踐實例中，當與大小為½”之一標準ASME B18.2.2重型六角螺母(由ASTM A563碳鋼製成)一起使用時，針對在基底表面20上方具有0.060英寸之一高度及0.010平方英寸之一最小表面積之平頂26，觀察到與螺栓應力之相關聯增加相比，扭矩顯著不成比例地增加。針對一有效設計，期望平頂面積一般在緊固件大小增大時隨著螺母及/或螺栓之承受面積增大而增大。針對此設計，當一手動扳手用於擰緊聯結器緊固件時，藉由增加之感覺扭矩直接觀察到扭矩不成比例增加之現象。在意在引起螺栓失效之一測試中，當使用一衝擊扳手時，觀察到在採用根據本發明之凸起特徵之聯結器與不具有組合10之聯結器進行測試時，螺栓失效之時間增加兩倍。
期望根據本發明之組合10及11之有效設計可用具有在基底表面20上方具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度之平頂26來達成，其中期望0.060英寸之高度係有利的。實踐設計亦可具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之表面積，且期望自0.020平方英寸至0.075平方英寸之範圍內之表面積係有利的。期望使用諸如根據本發明之10及11之組合來達成直徑(以及類似及等效度量大小)在自0.25英寸至1英寸之範圍內之螺栓之有效保護。
在實例性聯結器31中，緊固件元件14 (螺母16)由碳鋼形成且具有比複數個凸起表面24 (其等與聯結器一體地澆鑄且由延性鑄鐵形成)低之一表面硬度。在實驗聯結器中已觀察到，隨著增大扭矩施加至螺母16，平頂26具有一犧牲性質，且被螺母16磨損，且螺栓應力在平頂已被顯著磨損之後顯著增加。
圖4展示另一實踐實施例，其中組合平台12及緊固件元件用於一凸緣聯結器56之一凸緣54上。在此實例中，凸緣聯結器56包括採用以下形式之凸緣54：一第一環58，其具有對置安置之一第一接觸面60及一第一暴露面62；及一第二環64，其具有對置安置之一第二接觸面66及一第二暴露面68。第二接觸面66與該第一接觸面60介接。通常，一密封件70捕捉於接觸面60與66之間以確保一流體密封結合。
複數個緊固件72延伸穿過第一環58及第二環64。各緊固件72包括接合環58、66之一者之暴露面62、68之至少一者之至少一個可旋轉構件。在一實踐實例中，可旋轉構件可包括一螺紋螺母74或具有一頭部78之一螺紋螺栓76且可接合暴露面62及68兩者。
凸緣54之暴露面包括一基底表面20及橫向於基底表面20突出之複數個凸起表面24，如上文針對平台12及聯結器31所描述。凸起表面24包括各自平頂26。各凸起表面24藉由定位於凸起表面之間的一各自通道28與至少一個相鄰凸起表面分離。此實例中之凸起表面24具有多邊形橫截面形狀，但其他形狀(諸如圖1A之圓形形狀)亦為可行的。此外，若凸起表面24係錐形使得各凸起表面在平頂26處具有比在基底表面20處小之一周長30，則係有利的。凸起表面24可具有相同於或類似於如上文所描述之高度及面積尺寸之高度及面積尺寸。凸起表面亦可包括延性鑄鐵且可與凸緣54一體地澆鑄。如上文所進一步描述，緊固件可比複數個凸起表面軟且可由鋼形成。期望螺栓應力受限，直至平頂歸因於其犧牲性質顯著磨損。
在圖4中所展示之實例中，凸緣聯結器56可包括環58及64分別附接至其之第一短管80及第二短管82。短管80及82可焊接至切割或製造成一所要長度之各自管元件(圖中未展示)，或環58及64可藉由(例如)焊接直接附接至管料。
在凸緣聯結器56中，在組裝聯結器56時，可旋轉元件(螺紋螺母74及/或螺栓頭78)接合平頂26且相對於且強制抵靠平頂26旋轉。與在擰緊時螺栓76內之拉伸應力增加相比，期望螺栓76將經歷擰緊螺母74或螺栓頭78所需之扭矩不成比例增加之現象。期望此效應保護螺栓76免受歸因於凸緣聯結器56之過度扭轉之損壞。
10:組合 11:組合 12:平台 14:緊固件元件 16:螺紋螺母 18:螺紋螺栓 20:基底表面 22:軸線 24:凸起表面 26:平頂 28:通道 30:周長 31:聯結器 32:第一區段 34:第一端 36:第二端 38:第二區段 40:第一端 42:第二端 44:第一緊固件 46:第二緊固件 48:中心空間 50:第一連接構件 52:第二連接構件 54:凸緣 56:凸緣聯結器 58:第一環 60:第一接觸面 62:第一暴露面 64:第二環 66:第二接觸面 68:第二暴露面 70:密封件 72:緊固件 74:螺紋螺母 76:螺紋螺栓 78:頭部 80:第一短管 82:第二短管
圖1係根據本發明之一實例性組合平台及緊固件元件之一等角視圖；
圖1A係根據本發明之另一實例性組合平台及緊固件元件之一等角視圖；
圖2係圖1中所展示之實例性平台元件之一組件之一等角視圖；
圖3係根據本發明之使用一組合平台及緊固件元件之一實例性機械管聯結器之一等角視圖；及
圖4係根據本發明之使用一組合平台及緊固件元件之一實例性凸緣聯結器之一等角視圖。
10:組合
12:平台
14:緊固件元件
16:螺紋螺母
18:螺紋螺栓
20:基底表面
22:軸線
24:凸起表面
26:平頂
28:通道

Claims (48)

  1. 一種一平台與一緊固件元件接觸之組合，該緊固件元件可圍繞橫向於該平台定向之一軸線旋轉，該平台包括： 一基底表面； 複數個凸起表面，其等橫向於該基底表面突出以接觸該緊固件元件，各該凸起表面包括一平頂，各該凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。
  2. 如請求項1之組合，其中該緊固件元件包括一螺紋螺母。
  3. 如請求項1之組合，其中該緊固件元件包括一螺紋螺栓之一頭部。
  4. 如請求項1之組合，其中各該平頂在該基底表面上方具有0.060英寸之一高度。
  5. 如請求項1之組合，其中各該平頂在該基底表面上方具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度。
  6. 如請求項1之組合，其中各該平頂具有0.010平方英寸之一最小表面積。
  7. 如請求項1之組合，其中各該平頂具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之一表面積。
  8. 如請求項1之組合，其中各該平頂具有自0.020平方英寸至0.075平方英寸之範圍內之一最小表面積。
  9. 如請求項1之組合，其中該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。
  10. 如請求項1之組合，其中該等凸起表面之至少一者具有一圓形橫截面形狀。
  11. 如請求項1之組合，其中該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比在該基底表面處小之一周長。
  12. 如請求項1之組合，其中該緊固件元件比該複數個凸起表面軟。
  13. 如請求項1之組合，其中該緊固件元件包括鋼。
  14. 如請求項1之組合，其中該複數個凸起表面包括延性鑄鐵。
  15. 一種用於以端對端關係結合管元件之聯結器，該聯結器包括： 一第一區段，其具有對置安置之第一端及第二端； 一第二區段，其具有對置安置之第一端及第二端； 一第一緊固件，其將該第一區段之該第一端附接至該第二區段之該第一端； 一第二緊固件，其將該第一區段之該第二端附接至該第二區段之該第二端使得該等區段環繞用於接納該等管元件之一中心空間； 第一連接構件及第二連接構件，其等分別定位於該第一區段及該第二區段之各者之該等第一端及該等第二端之各者處，各該連接構件包括： 一基底表面，其橫向於該等緊固件之一者定向； 複數個凸起表面，其等橫向於該基底表面突出且可與該等緊固件之一者接合，各該凸起表面包括一平頂，各該凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。
  16. 如請求項15之聯結器，其中該等緊固件之至少一者包括可與該等凸起表面之一者接合之一螺紋螺母。
  17. 如請求項15之聯結器，其中該等緊固件之至少一者包括具有可與該等凸起表面之一者接合之一頭部之一螺紋螺栓。
  18. 如請求項15之聯結器，其中各該平頂在該基底表面上方具有0.060英寸之一高度。
  19. 如請求項15之聯結器，其中各該平頂在該基底表面上方具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度。
  20. 如請求項15之聯結器，其中各該平頂具有0.010平方英寸之一最小表面積。
  21. 如請求項15之聯結器，其中各該平頂具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之一表面積。
  22. 如請求項15之聯結器，其中該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。
  23. 如請求項15之聯結器，其中該等凸起表面之至少一者具有一圓形橫截面形狀。
  24. 如請求項15之聯結器，其中該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比在該基底表面處小之一周長。
  25. 如請求項15之聯結器，其中該等緊固件之至少一者比該複數個凸起表面軟。
  26. 如請求項15之聯結器，其中該等緊固件之至少一者包括鋼。
  27. 如請求項15之聯結器，其中該複數個凸起表面包括延性鑄鐵。
  28. 如請求項15之聯結器，其中該複數個凸起表面與該聯結器一體地澆鑄。
  29. 一種可安裝於一管元件上之凸緣，該凸緣包括： 一環，其具有經調適以與一配合凸緣介接之一接觸面，及與該接觸面對置配置之一暴露面，該暴露面包括： 一基底表面； 複數個凸起表面，其等橫向於該基底表面突出，各該凸起表面包括一平頂，各該凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。
  30. 如請求項29之凸緣，其中該複數個凸起表面圍繞該整個暴露面延伸。
  31. 如請求項29之凸緣，其中該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。
  32. 如請求項29之凸緣，其中該等凸起表面之至少一者具有一圓形橫截面形狀。
  33. 如請求項29之凸緣，其中該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比在該基底表面處小之一周長。
  34. 如請求項29之凸緣，其中各該平頂在該基底表面上方具有0.060英寸之一高度。
  35. 如請求項29之凸緣，其中各該平頂在該基底表面上方具有自0.020英寸至0.1英寸之範圍內之一高度。
  36. 如請求項29之凸緣，其中各該平頂具有0.010平方英寸之一最小表面積。
  37. 如請求項29之凸緣，其中各該平頂具有自0.010平方英寸至0.1平方英寸之範圍內之一表面積。
  38. 一種用於結合管元件之凸緣聯結器，該凸緣聯結器包括： 一第一環，其具有對置安置之一第一接觸面及一第一暴露面； 一第二環，其具有對置安置之一第二接觸面及一第二暴露面，該第二接觸面與該第一接觸面介接； 複數個緊固件，其等延伸穿過該第一環及該第二環，該等緊固件之各者包括接合該等環之一者之該等暴露面之至少一者之至少一個可旋轉構件，該至少一個暴露面包括： 一基底表面； 複數個凸起表面，其等橫向於該基底表面突出，各該凸起表面包括一平頂，各該凸起表面藉由定位於該等凸起表面之間的一通道與該等凸起表面之至少一相鄰者分離。
  39. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該複數個凸起表面圍繞該整個暴露面延伸。
  40. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該等凸起表面之至少一者具有一多邊形橫截面形狀。
  41. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該等凸起表面之至少一者具有一圓形橫截面形狀。
  42. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該等凸起表面之至少一者係錐形，該至少一個凸起表面在該平頂處具有比在該基底表面處小之一周長。
  43. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該至少一個可旋轉構件包括可與該等凸起表面之至少一者接合之一螺紋螺母。
  44. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該至少一個可旋轉構件包括具有可與該等凸起表面之一者接合之一頭部之一螺紋螺栓。
  45. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該至少一個可旋轉構件比該複數個凸起表面軟。
  46. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該至少一個可旋轉構件包括鋼。
  47. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該複數個凸起表面包括延性鑄鐵。
  48. 如請求項38之凸緣聯結器，其中該複數個凸起表面與該至少一個暴露面一體地澆鑄。
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