專利名稱：攻絲輔助固定元件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固定器和自攻絲固定器，該固定器使用模鍛或者滾壓成型方法來形成內(nèi)部螺紋。更加具體地說，本發(fā)明涉及一種借助與自攻絲固定器相接合來形成固定器組件的固定元件和方法，該自攻絲固定器減少了起動攻絲過程所需要的端負荷，并且有助于合適地對準自攻絲固定器。
背景技術(shù)：
自攻絲固定器如自攻絲螺釘或者螺栓分成兩個粗分類。第一個是，它們在工件進入端設(shè)置有切削刃。第二個并且也是最常用的那種，它們?nèi)绱嗽O(shè)計，以致通過模鍛操作把均勻負荷支承內(nèi)螺紋形成到?jīng)]有螺紋的固定器或者導(dǎo)向孔中。第一種固定器具有許多優(yōu)點，其中最重要的一個優(yōu)點是，它們?nèi)啃纬尚∑?，這些小片從主體上切割下來，它們被驅(qū)動到該主體中。其結(jié)果是，自攻絲固定器借助使導(dǎo)向孔內(nèi)的螺紋曲線(pattern)進行變形來形成螺紋，這種固定器變成最流行的設(shè)計。這種固定器可以從各種各樣的來源中得到并且與三小葉片或者三凸起的螺紋形成坯件(blank)設(shè)計相連地、以商標名為TAPTITE來進行市場交易。
圖1-2示出了現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)三凸起固定器。所有螺紋由于螺紋的小葉片而具有特征間距和直徑，沿徑向偏離軸的偏離量繞著圓周進行改變。通常地，標準螺紋直徑和間距設(shè)置成中葉片型固定器，但是這些葉片趨于具有稍稍比標準螺紋直徑大的直徑。當固定器被驅(qū)動到合適尺寸大小的引導(dǎo)孔中以形成一致的內(nèi)螺紋形狀時，這使得這些葉片肯定形成相應(yīng)的內(nèi)螺紋。
當固定器旋轉(zhuǎn)時，這些葉片接合引導(dǎo)孔(未示出)的內(nèi)壁并且開始排出引導(dǎo)孔內(nèi)的材料。在典型的自攻絲固定器中，具有螺紋的固定器設(shè)置有穩(wěn)定區(qū)域和螺紋形成區(qū)域，該穩(wěn)定區(qū)域在固定器軸的端部具有穩(wěn)定螺紋，而螺紋形成區(qū)域沿著鄰近穩(wěn)定區(qū)域的固定器的軸具有相應(yīng)的形成螺紋的螺紋。圖1-2所示的穩(wěn)定區(qū)域常常具有減小的直徑，從而使它以相對垂直的方式安裝在初始未攻絲孔中。螺紋形成區(qū)域常常具有傾斜的或者錐形的形狀，該形狀的直徑在穩(wěn)定區(qū)域和固定器的全直徑主體之間線性增大。
現(xiàn)有技術(shù)中公知的結(jié)構(gòu)常常設(shè)置有螺紋穩(wěn)定區(qū)域和螺紋形成區(qū)域，其中在圓的外部高于全直徑主體。在一個例子中，螺紋形成區(qū)域的圓的外部從鄰近穩(wěn)定區(qū)域的最高圓外部向著限定出全直徑主體的下部圓外部逐漸變小。在另一個常常優(yōu)選的實施例中，螺紋形成區(qū)域在圓的外部沿著它的整個軸向長度可以限定出接近不變的外形高度，以致在主體上過渡到特征低的圓外部。與每一個例子相結(jié)合，在穩(wěn)定部分的高的圓外部和主體橫截面處的高的圓外部之間具有不同。
當自攻絲固定器被驅(qū)動到?jīng)]有攻絲的引導(dǎo)孔中時，形成螺紋的螺紋開始時遇到孔的側(cè)壁。這些螺紋常常具有增大的外徑和更高的圓外部。這樣，這些小葉片可以逐漸地把增大的螺紋形成壓力施加到引導(dǎo)孔中，直到每個所形成的內(nèi)螺紋與第一全直徑螺紋接觸為止。第一全直徑螺紋常常具有主體的其它部分的圓形外部。它在引導(dǎo)孔中把最后形成的每個螺紋設(shè)置成理想的形狀。
自攻絲螺紋固定器在一些應(yīng)用中常常是優(yōu)選的，在這些應(yīng)用中，可以使用金屬螺釘，該金屬螺釘硬于配合元件如坯件或者螺母的材料，通過該配合元件形成螺釘?shù)臒o螺紋的孔。通常地，在孔內(nèi)合適地形成內(nèi)螺紋需要來自固定器的下置小葉片的許多鍛模吹風。這個過程實質(zhì)上在沒有攻絲的引導(dǎo)孔或者固定器的柔軟金屬中形成了與自攻絲固定器的螺紋相一致的形狀。需要足夠數(shù)量的形成螺紋來完全這個過程。根據(jù)自攻絲固定器驅(qū)動到其中的金屬的性質(zhì)和硬度，常常需要相對較高的驅(qū)動扭矩，尤其在具有較大厚度的金屬中更是如此。這常常導(dǎo)致，剝傷對驅(qū)動扭矩的比率相對較小。需要較高的驅(qū)動扭矩不僅產(chǎn)生了驅(qū)動性的一些問題，而且較小的驅(qū)動扭矩對剝傷扭矩的比率在裝配線中限制了自動驅(qū)動器的使用。
公知的是，各自固定器的驅(qū)動扭矩由于存在潤滑劑、材料硬度(固定器驅(qū)動到該材料中)的微小改變、孔尺寸大小的微小改變、固定器直徑的微小改變及刀刃的鈍度、或者來自處理如電鍍的奇形或者損壞(具體地說是引導(dǎo)螺紋)而明顯改變。類似地，包括配合螺紋的剝傷扭矩和固定器本身的失效扭矩在內(nèi)的失效扭矩從一個固定器到下一個固定器明顯不同。動力驅(qū)動器的離合器或者相關(guān)的機構(gòu)每次都不依賴于以精確的相同扭矩來脫開。如果驅(qū)動器設(shè)置成剛好大于正常的驅(qū)動扭矩，這些變化中的任何一個引起驅(qū)動扭矩增大，傳統(tǒng)的攻絲固定器不能完全被驅(qū)動，并且導(dǎo)致松散的裝配。如果驅(qū)動器離合器如此調(diào)整，以致產(chǎn)生了更大的驅(qū)動扭矩，以克服這些困難，那么傳統(tǒng)的攻絲固定器被過度驅(qū)動，從而導(dǎo)致剝傷螺紋或者破裂固定器，螺紋的剝傷和固定器的破裂中的任何一種將導(dǎo)致費用增加并且延遲了裝配線，同時需要進行修理或者更換。
還公知的是，在許多情況下，自攻絲工作的效率和使用是有問題的，尤其是由于，在每次工作的開始時，一定得借助傳統(tǒng)使用的動力驅(qū)動工具來施加相當大的壓力或者端負荷，從而使自攻絲螺釘合適地開始把它自己纏繞到限定出無螺紋的孔的圓柱形表面附近的材料中。這些力使得合適對準比較困難。當孔在原始時或者之后相對于從動的自攻絲固定器成一角度，從而固定器不能與孔的軸線完美對準時，這些困難可以遇到。其結(jié)果是，固定器永久地歪斜并且不能合適地落座。這可以是這樣的情況固定器的引導(dǎo)螺紋初始時稍稍奇形或者之后變成扭曲。
例如在孔軸線水平延伸并且自攻絲固定器與軸線相比從相對較高的位置驅(qū)動到相對較低的位置上時，這些問題是敏銳的。在許多情況下，在合適接合時設(shè)計成在孔內(nèi)形成螺紋的自攻絲固定器的螺紋被破壞或者扭曲。如果最后的裝配完全形成，那么它可以明顯削弱保持特征，因為固定器本身的下側(cè)被損壞，因此而被削弱。此外，整個固定器組件可以被削弱并且處于危險中。而且，豎起的或者歪斜的固定器頭部可以使具有孔的結(jié)構(gòu)件的表面粗糙化，因此它不能保持涂料，或者因此這種元件的厚度可以減少，因此，整個組件可以變得較弱。歪斜的螺釘頭部外觀也是不理想的。經(jīng)常地，在這種情況下，新的固定器一定得被驅(qū)動到孔中，所形成的新孔或者該部分一定得全部被刮擦。
為了努力和克服這些缺點并且使該過程進行得更加快速，因此較高的圓外部(它聚中了由固定器下部小葉片所產(chǎn)生的吹風力)常常得到使用。在主全直徑螺紋內(nèi)使用較高的圓外部減少了一定得施加來形成螺紋的扭矩量。但是，小扭矩付出了很大的代價，因為一旦它被形成，那么它導(dǎo)致小直徑的材料保持與內(nèi)螺紋相接觸。因此，這些固定器不能保持與多圓固定器一樣多的負荷。這增大了在這種固定器系統(tǒng)中產(chǎn)生失效的機會。這種失效總體上由軸向拉出來產(chǎn)生，或者在使用更厚的螺母件時，產(chǎn)生破裂。此外，由于面積改變半徑的平方，因此使用更大的圓形截面外部可以導(dǎo)致橫截面面積明顯減小，這降低了螺釘?shù)氖O限。因此，自攻絲螺釘?shù)湫偷厥褂脠A形尺寸的外部，該圓形尺寸是在螺紋形成效率的最佳值和阻止失效的最佳值之間的折衷值。
自攻絲固定器的另一個缺點是，為了接合引導(dǎo)孔和開始形成螺紋，因此它們需要在初始時稍稍拉出從而不能合適地對準。例如，如果螺紋形成固定器不能與正常的螺紋螺栓和螺母的結(jié)合體一樣開始于直線，那么這些螺紋不能合適地形成并且可以產(chǎn)生另外的問題，固定器被過分移動并且重新插入，因為橫過螺紋或者額外的螺紋切口將導(dǎo)致相同的結(jié)果。沒有對準地開始并且隨后直起來是螺紋形成固定器的本身性質(zhì)。為了實現(xiàn)這個，常常需要不良地施加較大的額外力矩來驅(qū)動固定器。在沒有螺紋孔的一些鑄件中，這導(dǎo)致鑄件本身的破裂。
直到今天，人們付出更多的努力來改進自攻絲固定器如螺釘或者螺栓的幾何結(jié)構(gòu)，從而努力克服上述的問題，但是它們?nèi)匀涣粝旅黠@的問題。由于在安裝時絕大多數(shù)的自攻絲固定器設(shè)計成把均勻負荷支承內(nèi)螺紋形成到?jīng)]有攻絲的螺母件或者其它類似孔中，因此對沒攻絲的孔的結(jié)構(gòu)和幾何形狀沒有給出相同的關(guān)注來解決這些問題。對沒有螺紋的螺母或者配合型固定器的多數(shù)改進針對具有特殊結(jié)構(gòu)的螺母進行，而特殊結(jié)構(gòu)有助于對準將與自攻絲固定器相配合的螺釘或者螺栓。針對無螺紋的螺母型固定器的公知解決方案總體上涉及大量的、復(fù)雜的幾何形狀，這些形狀從沒有攻絲的側(cè)壁向內(nèi)伸出，并且所需要的驅(qū)動扭矩沒有減少，并且笨重且制造費用高。
提出了許多解決方案，這些方案涉及固定元件設(shè)計成借助與自攻絲螺釘相接合來形成固定器組件。一種這樣的結(jié)構(gòu)提供了無螺紋的孔，該孔具有變化的直徑和向內(nèi)伸出的肋，該肋具有至少一個中斷。但是，該肋基本上繞著360度的圓周進行延伸。這種結(jié)構(gòu)在形成肋時相當復(fù)雜且費用高，并且還需要自攻絲固定器來除去或者形成通過肋本身的內(nèi)螺紋。
另一種公知的與螺紋件一起使用的自攻絲固定器裝置使用了整體上為螺旋形的肋，該肋由側(cè)壁的材料形成，該肋從側(cè)壁向內(nèi)伸出。該肋螺旋形地進行傾斜，因此它的傾斜角度通常等于螺紋件上的螺紋的傾斜角度。該肋一定橫越一部分無螺紋的孔的整個圓周。這種設(shè)計很復(fù)雜并且制造費用較高，并且也需要螺紋形成固定器來接合和切割向內(nèi)伸出的螺旋形件的螺紋。這常常導(dǎo)致提高開始攻絲過程所需要的端負荷或者力并且使固定裝置破裂。
從上面提出的現(xiàn)有技術(shù)的公知結(jié)構(gòu)的缺點可以清楚地知道，需要改進與自攻絲固定器一起使用的無螺紋固定元件來克服這些缺點并且提供額外的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種借助與自攻絲固定器相接合來形成固定器組件的固定元件和方法，它包括實體，它具有無螺紋的、內(nèi)部基本上是圓柱形的表面，該表面限定出具有軸線的孔，并且延伸通過所有或者部分的實體；及至少一個凹槽，優(yōu)選地，該凹槽基本上為橢圓形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)從孔的一部分的頂部或者引導(dǎo)部分向內(nèi)延伸孔。根據(jù)本的一些方面，凹槽繞著圓柱形內(nèi)表面的圓周從大約1度到大于360度地進行延伸，在一些優(yōu)選實施例中，從大約15度到大約360度。無螺紋的孔的凹槽的螺旋角或者間距特別地借助標準尺寸大小的自攻絲固定器來定尺寸從而進行接合。更加具體地說，無螺紋的孔的凹槽采用較窄的劃線類線的形狀，它具有平坦的、凹槽、圓形或者成角度的底部或者更寬的凹槽，該更寬的凹槽大約等于或者大于自攻絲固定器的螺紋之間的距離。
某實施例的另一方面提供了若干凹槽，這些凹槽的總延伸量小于無螺紋的孔的整個360度的圓周。與所使用的凹槽的類型和數(shù)目無關(guān)，所有凹槽只在很小的深度中延伸到螺紋孔的內(nèi)表面中，并且在大多數(shù)的情況下，明顯小于自攻絲固定器所形成的螺紋的深度。
設(shè)置在無螺紋的孔的內(nèi)表面上的凹槽在初始時也可以起著自攻絲固定器的導(dǎo)向器和對準裝置的作用。在裝配時，當自攻絲固定器通過凹槽并且在孔內(nèi)沒有凹槽形成螺紋的情況下接合該部分的無螺紋的孔時，起動攻絲過程所需要的端負荷或者力明顯減少了。其結(jié)果是，自攻絲固定器的驅(qū)動扭矩和失效扭矩之間的差值明顯得到改變，因此導(dǎo)致失效更少，且明顯減少了危險，同時有助于監(jiān)視合適的對準。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種借助與上述自攻絲固定器相接合來形成固定器組件的新的、改進的固定元件，它有助于對準固定器和/或減少起動在元件中形成螺紋所需要的端負荷。


結(jié)合附圖，各種實施例的下面詳細描述使得本發(fā)明的這些和其它方面和目的更好理解，其中圖1是已經(jīng)討論過的現(xiàn)有技術(shù)的自攻絲固定器的側(cè)視圖；圖2是已經(jīng)討論過的圖1的固定器的前端視圖；圖3是本發(fā)明的一個實施例的透視圖；圖4是沿著圖3的線4-4所截取的橫剖視圖；圖4A是沿著圖3的線4A-4A所截取的橫剖視圖；
圖5是本發(fā)明的另一個實施例的透視圖；圖6是沿著圖5的線6-6所截取的橫剖視圖；圖6A是圖6的一部分的分解圖；圖7是本發(fā)明另一個替換實施例的透視圖；圖7A是圖7的一部分的分解圖；圖8是本發(fā)明的替換實施例的橫剖視圖；圖9A是與自攻絲固定器相結(jié)合的、本發(fā)明的實施例的局部橫剖視圖；圖9B是圖9A的一部分的分解視圖；圖9C是與自攻絲固定器相結(jié)合的、本發(fā)明實施例的局部橫剖視圖；圖9D是圖9B所示的那個的替換實施例的分解視圖；圖10是用來測量本發(fā)明各個實施例的端負荷和驅(qū)動扭矩值的實驗裝置；圖11是本發(fā)明的另一個替換實施例的橫剖視圖；圖11A是圖11的一部分的分解視圖；圖12是本發(fā)明的另一個替換實施例的局部橫剖視圖；圖13是本發(fā)明的另一個替換實施例的橫剖視圖；圖13A是圖13的一部分的分解視圖；圖14是本發(fā)明的另一個替換實施例的橫剖視圖；圖15是本發(fā)明的另一個替換實施例的橫剖視圖；圖15A是圖15所示的那個的替換實施例的幾何形狀的分解視圖；圖15B是圖15所示的那個的另一個替換實施例的幾何形狀的分解視圖；圖16A是本發(fā)明的替換實施例的局部透視圖；圖16B是本發(fā)明的另一個替換實施例的局部透視圖；圖16C是本發(fā)明的另一個替換實施例的局部透視圖。
具體實施例方式
參照附圖，尤其參照圖3-4A和9A-D，它們示出了總體上用10來表示的、本發(fā)明的固定元件的一個實施例。在這個特殊實施例中，本發(fā)明的固定元件呈具有導(dǎo)向器14的焊接螺母12的形狀。應(yīng)該知道，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和原理通常不局限于焊接螺母、具有導(dǎo)向器的固定器或者螺母，這個實施例只是本發(fā)明的示例，借助在螺母攻絲過程中與自攻絲固定器或者絲錐相接合，該示例可以與固定器或者鑄件中的所有無螺紋孔的方式一起進行使用，而這些固定器或者鑄件具有形成于其中的內(nèi)螺紋。借助與所有自攻絲固定器如螺釘、螺栓、雙頭螺栓和具有各種各樣的不同結(jié)構(gòu)的類似物相接合，本發(fā)明的固定元件也可以形成固定器組件。固定元件和自攻絲固定器的附圖和描述是示例性的，而不是限制性的。
圖3所示的固定元件10具有導(dǎo)向器14，該導(dǎo)向器從它的頂部15向上延伸。導(dǎo)向器14的特征在于區(qū)域16內(nèi)的角度引導(dǎo)部分，該區(qū)域16設(shè)置成繞著它的內(nèi)圓周。元件10的非引導(dǎo)端18在區(qū)域20內(nèi)也具有成角度的或者圓形的引導(dǎo)部分，孔22設(shè)置在區(qū)域16和20內(nèi)的相應(yīng)引導(dǎo)部分之間，該孔22延伸通過元件10的整個主體24。例如在鑄件的盲孔的情況下，該孔不會延伸通過整個主體?？?2的內(nèi)表面26是非螺紋的。除了鄰近導(dǎo)向器14的區(qū)域16中的引導(dǎo)部分的圓周的小部分之外，孔22的直徑是連續(xù)的并且沒有中斷。
為了有利于自攻絲固定器進入到元件10的孔22中并且減少開始攻絲過程所需要的端負載，因此在區(qū)域16的引導(dǎo)部分附近的孔22中設(shè)置了一個或者多個凹槽28。在圖3-4A所示的實施例中，元件10使用了一個凹槽28，該凹槽在小于孔22的整個圓周上進行延伸。對于普通的右旋螺紋的固定器而言，凹槽28沿著軸向逐漸變小，其中最薄的部分鄰近引導(dǎo)端30，最厚的部分鄰近凹槽28的后端32。優(yōu)選地，端部30和32終止于螺旋面上。同樣地，底邊緣34優(yōu)選地具有螺旋角或者間距，該間距優(yōu)選地等于固定器上的螺紋間距，該元件用來與該固定器一起使用。邊緣34可以是平坦的或者成角度的，如圖9B和9D所示一樣。該邊緣也可以具有螺旋角或者間距，但是該間距不等于固定器上的螺紋間距，該元件與該固定器一起使用。在這些情況下，可以得到類似的有利結(jié)果即減少了端負荷，但是，對準自攻絲固定器的優(yōu)點常常沒有那么高。
凹槽深度從形成在孔22中的螺紋最后深度的一小部分改變到最大深度，該最大深度等于螺紋深度或者固定器的最大和最小直徑之間的差值。優(yōu)選地，凹槽28的深度大于0但是小于形成在孔22中的最后螺紋的深度，在最優(yōu)選的情況下基本上小于形成在孔22中的最后螺紋的深度。與它的深度無關(guān)，總體凹槽的一個或者多個尺寸總是小于最后形成的螺紋。盡管不是必需的，但孔中的凹槽的深度優(yōu)選為沿著它的長度基本不變。已發(fā)現(xiàn)，即使這樣小的凹槽也能明顯減少起動元件中的自攻絲固定器所需要的端負荷。還發(fā)現(xiàn)，即使對于稍稍奇形或者損壞的、位于自攻絲固定器上的引導(dǎo)螺紋(而這種奇形或者損壞的引導(dǎo)螺紋損害了對準)而言，這些凹槽也允許較小的端負荷，并且進一步給固定器進行導(dǎo)向以進行起動，因此在元件內(nèi)完成了直線對準。
凹槽28的后端32可以終止，從而產(chǎn)生了如圖3和4A所示的凹槽36。在一個替換方式中，凹槽在后端32從凹槽的整個深度返回到非螺紋孔的直徑逐漸變小。凹槽繞著所述的元件沿著圓周方向延伸一個大約至少1度到大于360度的距離，最優(yōu)選的是，大約15度到剛好小于360度。凹槽的底部38優(yōu)選為所示出的平坦形，但是也可以設(shè)置成成角度的、錐形的或者圓形的結(jié)構(gòu)(如圖6A、11A和12所示)。此外，優(yōu)選的是，凹槽28的引導(dǎo)端30開始于區(qū)域16中的引導(dǎo)部分。在某個替換實施例中，引導(dǎo)端30開始于區(qū)域16中的引導(dǎo)部分附近或者開始于沒有該區(qū)域的引導(dǎo)部分的孔。凹槽在后端32的最寬部分的軸向長度可以向上延伸一個距離，在一些實施例中，該距離等于自攻絲固定器的相應(yīng)牙頂之間的距離或者更大。這些凹槽借助各種公知方法如冷成形或者切割或者陷型模形成在孔22中。
現(xiàn)在，尤其參照圖9A-D來討論圖3-4A所示的固定元件10的實施例的用途。元件10示成與總體上用40來表示的自攻絲螺栓相結(jié)合。這種三小葉片形的自攻絲螺栓是公知的，并且在商業(yè)上從各種來源來得到，它的商標名為TAPTITE。固定器40具有圓形的直徑外觀，三個凸起中的每一個具有從固定器的中心開始測量的、增大的半徑，這個與圖1-2所示的設(shè)計相類似。
特別參照圖9A，兩個這樣的凸起42和44各自可以看見。固定器40在柄的端部處設(shè)置有穩(wěn)定部分46。固定器40在這個部分的直徑小于位于柄48的剩余部分上的直徑。穩(wěn)定部分46的減小的直徑使得它可以以相對垂直的方式安裝在未攻絲的導(dǎo)向孔中，而沒有使它的外徑接觸元件10。固定器40也沿著它的基本上整個長度設(shè)置有連續(xù)的螺紋54，該螺紋54開始于軸的端部并且事實上延伸到柄48的整個長度上。沿著固定器柄48移離穩(wěn)定部分46并且移向頭部52，設(shè)置螺紋形成部分50。螺紋形成部分50具有這樣直徑的錐形，該直徑在穩(wěn)定部分46和全直徑主體51之間增大。該螺紋具有用A來表示的、連續(xù)的螺旋角或者間距角。
當固定器40被驅(qū)動時，它沿著軸向運動通過導(dǎo)向器14并且部分地進入到孔22中。連續(xù)地軸向運動到孔22中，直到固定器的直徑在螺紋形成部分50足夠增大直到一部分螺紋54到達凹槽28的底邊緣34為止。如前面所示一樣，凹槽28的底邊緣34優(yōu)選地具有與固定器40相同的螺旋角或者間距。其結(jié)果是，一旦旋轉(zhuǎn)固定器40的螺紋54接觸邊緣34，那么邊緣34合適地起著導(dǎo)向器的作用，從而使固定器合適地對準合適的螺旋通道，以在元件10中形成配合螺紋。當固定器40與凹槽相接合地、連續(xù)地使螺紋54進行旋轉(zhuǎn)時，一個凸起如凸起42將到達凹槽28的后端32。在這個位置上，固定器40借助使孔22和凹槽28進行變形來開始形成螺紋。
如后面將詳細討論的一樣，已發(fā)現(xiàn)，凹槽28在后端32設(shè)置有凹槽或者錐形，從而確保當它開始在孔內(nèi)形成螺紋時使固定器40合適地對準。還發(fā)現(xiàn)，這種凹槽也明顯地減少了通過固定器形成螺紋所需要的端負荷力，因為固定器40的螺紋54的第一切口形成了凹槽或者錐形側(cè)壁33，例如，如圖4A所示，該側(cè)壁與在現(xiàn)有技術(shù)中具有完全平坦表面的側(cè)壁相反。這已被證明具有更多的優(yōu)點，引導(dǎo)螺紋甚至只是稍稍的畸形或者損壞。一旦這些螺紋借助固定器40開始形成在元件10，那么凹槽28由完全形成的配合螺紋56來取代，如圖9C所示一樣。減少所需要的端負荷扭矩被證明是如此的明顯，以致自攻絲固定器常常被手轉(zhuǎn)到元件的這樣位置上在該位置上，固定器合適地對準并且充分地接合元件以防止脫開。還發(fā)現(xiàn)，如在本發(fā)明的各個實施例中所描述那樣，使用一個或者多個凹槽對引導(dǎo)螺紋的性能沒有負面影響，而這些引導(dǎo)螺紋借助自攻絲固定器而最后形成固定元件上。
在圖5和6中，它們示出了總體上用10a來表示的固定元件的變形，該固定元件總體上與圖3-4A所示的相類似，其中把后綴a加入到標號以表示相同的零件。在這個實施例中，凹槽28a與前面所描述的幾何結(jié)構(gòu)和形狀稍稍不同。在這個實施例中，凹槽28a如前面所描述的那樣又延伸到相同的圓周范圍和深度中。盡管不是必需的，但是優(yōu)選的是，它具有與用來形成螺紋的自攻絲固定器上的螺紋相同的螺旋角或者間距。但是，凹槽28a沿著螺旋線進行延伸，并且優(yōu)選地沿著它的整個圓周長度具有基本上不變的寬度。這樣，這個實施例的凹槽28a不會產(chǎn)生凹槽形橫截面，該橫截面沿著凹槽28a的整個長度上從區(qū)域16a的引導(dǎo)部分的頂部或者孔22a延伸到底邊緣34a中。而，凹槽28a沿著孔的一部分圓周形成了槽，當引導(dǎo)端30a和后端32a之間的螺旋通道通過時，該孔漸增地移離區(qū)域16a中的引導(dǎo)部分。凹槽28a的寬度或者軸向長度優(yōu)選地大于0并且小于最后形成的螺紋的寬度或者軸向長度。
如圖6A所示，凹槽28a的底部38a優(yōu)選地示出并且也可以成角度成接近最后的配合螺紋的形狀，該形狀在圖中用虛線來示出，并且用56a來表示，它形成在孔22a內(nèi)。在一個替換方式中，底部也可以圓形或者平坦的(參見圖4A和12)。類似地，后端32a可以終止于與凹槽28a的剩余部分相同的深度上，或者可以逐漸變小返回到孔22a的表面中。在參照圖5和6所示出和描述的所有實施例中，元件10a在使用時具有與參照圖3-4A和9A-D所示實施例在前面進行描述的相同功能，并且可以得到相同的有利結(jié)果。
在圖7和7A中，示出了總體上用10b來表示的固定裝置的另一個變形，該固定裝置總體上與圖3-4A和9A-D所示的相同，其中把后綴b加入到標號中以表示相同的零件。在這個實施例中，凹槽28b在位于引導(dǎo)端30b和后端32b之間的長度上沒有基本上不變的深度。而，凹槽28b的底部38b設(shè)置有兩個分離部分，錐形部分58從引導(dǎo)端30b進行延伸并且延伸一個不變的深度。部分60從錐形部分58延伸到后端32b。部分58和部分60之間的過渡部分用圖7A中的線X-X來表示。
在所示出的例子中，盡管這個部分與錐形部分的相對位置可以顛倒，但是錐形部分58是自攻絲固定器所遇到的第一部分。同樣地，沿著凹槽28b的任何地方實際上產(chǎn)生了位于相應(yīng)兩個部分58和60之間的分開線，或者不變的部分58可以全部去掉，并且凹槽的深度沿著它的整個長度可以逐漸變小或者不變。在某些優(yōu)選實施例中，深度不變的部分60開始于最大深度，并且在該部分的端部向著孔22b的表面26b逐漸變小。這個實施例可以使用這里所描述的其它實施例的結(jié)構(gòu)零件。圖7-7A所示的實施例的用途、性能和特性與在前面參照圖3-6和9A-D所示的實施例所描述的這些相同或者基本相同。
圖8示出了固定元件10c的另一個變型，該固定元件10c總體上與圖3-4A和9A-D所示的那些相同，其中把后綴c加入到標號中以表示相同的零件。在這個特殊實施例中，在孔22c的圓周上可以設(shè)置多個凹槽，盡管在這個實施例中示出了兩個凹槽，但是應(yīng)該知道，也可以設(shè)置兩個以上的凹槽。在最優(yōu)選的實施例中，凹槽28c沒有重疊。凹槽28c優(yōu)選地繞著孔22c的圓周等距離地隔開。借助在這個實施例中使用多個凹槽，自攻絲固定器的螺紋設(shè)置有多個繞著孔22c的圓周進行接合和對準的位置。還優(yōu)選的是，當使用多個凹槽時，所有凹槽的總圓周不超過360度。凹槽28c的結(jié)構(gòu)和形狀可以采用前面所描述的任何形狀。同樣地，形成在元件10c中的凹槽28c可以采用這里所描述的任何結(jié)構(gòu)的形狀，并且可以產(chǎn)生與前面所描述的那些相同的結(jié)果和優(yōu)點。
在圖11和11A中，整體上用10d來表示固定元件的變形，該固定元件總體上與圖3-4A所示的那些相同，其中把后綴d加到標號中以表示相同的零件。在這個實施例中，凹槽28d具有稍稍不同的形狀和幾何結(jié)構(gòu)，但是其它的與前面所描述的這些結(jié)構(gòu)相同。在這個實施例中，凹槽28d是成角度的槽，該槽延伸超過360度的元件10d的圓周。盡管凹槽28d示成開始于區(qū)域16d的引導(dǎo)部分，但是它也可以開始于孔22d的內(nèi)表面26d。
與其它前面所描述的實施例一樣，凹槽的形狀和長度可以改變較大，因為自攻絲固定器將形成或者改進和取代凹槽以與螺紋外形相配合。其結(jié)果是，如圖11、11A和12所示一樣，凹槽28d的形狀或者外形可以從正常的60度成角度螺紋外形改變成圓形或者實際上改變成任何其它形狀。72所示的虛線是邊界區(qū)域，當自攻絲完成時，全成形螺紋將占住這些區(qū)域。
在圖13-13A中，整體上用10e來表示固定元件的變形，該固定元件總體上與圖3-4A所示的那些相同，其中把后綴e加入到標號中表示相同的零件。在這個實施例中，凹槽28e具有稍稍不同的形狀和幾何結(jié)構(gòu)，但是其它部分與前面所描述的這些結(jié)構(gòu)相同。在這個實施例中，一個或者多個凹槽28e設(shè)置有整體上矩形凹槽型的結(jié)構(gòu)。側(cè)壁74優(yōu)選地以大約90度(或者大于或者小于90度)的角度從區(qū)域16e的引導(dǎo)部分和/或孔22e的內(nèi)表面26e進行延伸。凹槽28e的深度不大于并且優(yōu)選為小于最后形成的孔22e的螺紋深度。
底邊緣34e的角度可以與自攻絲固定器的螺旋角度相同或者不同。每個這樣的設(shè)計在對準自攻絲固定器時提供了至少一些優(yōu)點并且允許它通過減小的端負荷來開始攻絲。涉及這個實施例的使用、性能、特性和結(jié)構(gòu)的前面描述與前面所描述的這些實施例相同或者基本相同。
在圖14中，整體上用10f來表示固定元件的變形，該固定元件總體上與圖3-4A所示的那些相同，其中把后綴f加入到標號中以表示相同的零件。在這個實施例中，凹槽28f具有稍稍不同的形狀和幾何結(jié)構(gòu)，但是其它部分與前面所描述的這些結(jié)構(gòu)相同。在這個實施例中，凹槽28f沿著孔22f的一部分內(nèi)表面26f采用塑性變形或者刮擦表面。凹槽28f可以采用圓形或者角度構(gòu)造的形狀，或者在表面26f中具有若干不同角度、邊緣和/或孔穴。凹槽28f也延伸到區(qū)域16f中的引導(dǎo)部分中。凹槽28f的粗糙表面具有與自攻絲固定器所需要的對準和減少端負荷有關(guān)的類似優(yōu)點。圖14所示的實施例的使用、性能、特性和結(jié)構(gòu)與這里所描述的其它實施例的這些相同。
現(xiàn)在，參照圖15、15A-B和16A-C，示出了凹槽28的各種替換結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)被冷成形為固定裝置10。盡管這些實施例示出了這些凹槽開始于區(qū)域中的相應(yīng)引導(dǎo)部分，但是應(yīng)該知道，這些凹槽也可以開始于孔22的相應(yīng)的內(nèi)表面26。
如圖15A和15B所示一樣，具有基本上是平坦的底部38的凹槽的外形可以從基本上是正方形的結(jié)構(gòu)改變成具有更加平坦的、矩形結(jié)構(gòu)的那種。類似地，圖16A-C示出了具有成角度的底部38的凹槽28。這種結(jié)構(gòu)可以不同于具有用X來表示的上部角度，該角度小于、等于或者大于90度。用Y來表示的下部角可以進行類似改變。
例子下面例子用來解釋本發(fā)明的一些新特征和優(yōu)點。盡管這些例子示出了本領(lǐng)域普通技術(shù)人員如何在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行操縱，但是它們不能用來限制本發(fā)明的范圍。進行一系列的實驗來評價本發(fā)明固定元件的各種結(jié)構(gòu)的性能。
參照圖10，它示出了所使用的測試夾具，該測試夾具整體上用62來表示，它確定起動時所需要的負荷。被實驗的每個固定元件10被放置在螺母固定件64中，該固定件沿著兩個導(dǎo)軌66被可滑動地連接，從而允許與測力計68相接合。自攻絲固定器40放置在座中或者放置在驅(qū)動刀頭上，該刀頭整體上用69來表示，它安裝在扭矩槍70上。然后，起動扭矩槍7，并且使扭矩槍7運動來與固定元件相接合，從而在其內(nèi)形成配合螺紋。為每個固定元件測量所需要的端負荷。使自攻絲固定器對準在最后形成的、固定元件的螺紋中也得到了檢查。
在所有的實驗中，對沒有凹槽的、沒有螺紋的固定元件和具有各種凹槽的、本發(fā)明的固定元件進行實驗。總體上，在螺母沒有螺紋和沒有任何凹槽的情況下，螺栓只是自旋并且不會起動車螺紋，直到施加逐漸增大的負荷或者力為止。這就是在前面稱為端負荷。固定元件具有上述這些實施例中的一種類型的凹槽，當扭矩槍在實際沒有所需要的端負荷情況下進行起動時，該固定元件允許螺栓立即起動車螺紋。用在這些例子中的所有自攻絲固定器的對準同樣地一向直于驅(qū)動到?jīng)]有凹槽的螺母中的這些。
例子1在這個例子中，比較起動沒有螺紋的螺母(它具有中心孔但沒有任何凹槽)和本發(fā)明的具有一個凹槽和多個凹槽的螺母的攻絲過程所需要的力。這些凹槽的深度小于通過自攻絲固定器所最后形成的螺紋，并且具有與自攻絲固定器的螺紋相同的螺旋角或者間距。所使用的所有螺栓是M12TAPTITE三小葉片形螺栓。具有11.2mm的直徑孔的這些螺母沒有被攻絲。這些結(jié)果如下沒有凹槽 一個凹槽 雙凹槽力/Lbs. 力/Lbs. 力/Lbs.
14.5.5.514.5.5.516.5.5.519.0.5.513.0.5 平均.5Lbs.
18.5.510.0.810.0.218.0平均.5Lbs.
19.014.5平均15.5Lbs.
如這些結(jié)果中所示出的一樣，與沒有任何這樣凹槽的這些螺母相比，本發(fā)明的、具有一個或者多個凹槽的螺母連續(xù)地表明，起動攻絲過程所需要的力或者端負荷大大減少了。
例子2在這個實驗中，所使用的所有螺栓也是M12×1.75TAPTITE三小葉片螺栓。具有11.2mm的直徑孔的、所使用的所有螺母沒有攻絲。在下面所示出的螺母中形成各種各樣的凹槽，相對于沒有任何這種凹槽的螺母來進行測量。這些結(jié)果如下具有一些凹槽的螺母，其中這些凹槽在具有標準的M12TAPTITE螺栓的螺母中切割出來No.圓周長度 端負荷(Lbs.)190°0.5290°0.5*390°0.5490°1.0*590°0.5具有螺紋凹槽的螺母，其中螺紋凹槽在具有捕獲點螺栓的螺母中滾壓而成No.圓周長度 端負荷(Lbs.)1 180°0.52 180°0.5*3 180°0.54 180°1.0沒有凹槽的螺母No. 端負荷(Lbs.)1 13.02 5.0
39.5*412.059.5*具有機加工出的凹槽的螺母No.圓周長度 端負荷(Lbs.)1270° .52360° 1.0*3360° 0.54180° .5**所標出的螺栓具有弄平的引導(dǎo)螺紋這些結(jié)果表明，本發(fā)明的具有凹槽的所有螺母與凹槽的類型和圓周范圍無關(guān)，與沒有任何這種凹槽的螺母相比，本發(fā)明的所有螺母起動攻絲過程所需要的端負荷大大減小。對于具有弄平的引導(dǎo)螺紋的螺栓而言也同樣是正確的。
例子3進行第三個例子來試圖測量在沒有螺紋的螺母中所形成的一個凹槽型凹槽的效果，以比較這些凹槽在固定元件性能上的各種圓周長度的效果。所有這些凹槽的深度小于由自攻絲固定器所形成的最后螺紋。又使用了TAPTITE三小葉片螺栓。這些結(jié)果如下具有一個凹槽的螺母圓周長度 30° 60°90°120° 180° 270° 360°1 1 1.50.50.50.51 0.52 1.52 0.50.50.52.50.53 1 0.50.50.50.50.50.54 0.51 1 0.50.50.55 0.50.50.51 0.50.5
沒有凹槽的螺母No.
1 13.52 9.53 6.5所有上面這些值是起動自攻絲螺栓所需要的力的磅，也稱為端負荷。在這個例子中，具有凹槽的螺母一向需要端負荷許多次，該端負荷小于沒有凹槽的這些螺母以起動自攻絲螺栓。這是正確的，而與凹槽的圓周長度無關(guān)。
盡管在所示出的實施例中清楚地解釋了本發(fā)明的原理，但是對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講顯而易見的是，在本發(fā)明的實踐中可以使用結(jié)構(gòu)、布置、比例、元件、材料和零件的許多變型，這些變型特別適合于具體環(huán)境和操縱要求，而沒有脫離這些原理。附加的權(quán)利要求用來覆蓋和包括落入本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)的一些和所有這些變型。
權(quán)利要求
1.一種借助與自攻絲固定器相接合來形成固定器組件的固定元件，它包括主體，它具有無螺紋的、基本上是圓柱形的孔，該孔軸向延伸通過它的一部分；及位于所述孔內(nèi)的凹槽，該凹槽的至少一個尺寸小于螺紋，該螺紋借助自攻絲固定器來形成，所述凹槽具有第一端，它設(shè)置在所述孔的一端的附近；及第二端，所述凹槽還限定出導(dǎo)向器，用于安裝所述自攻絲固定器的一部分螺紋，在所述螺紋的所述部分與所述導(dǎo)向器相接合時，該固定器減少了起動攻絲過程所需要的端負荷。
2.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽繞著所述孔沿著圓周方向延伸大約1度到小于360度。
3.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽沿著它的整個長度基本上具有相同的深度。
4.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的深度小于所述自攻絲固定器的螺紋深度。
5.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽具有基本上是平坦的側(cè)壁。
6.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽具有成角度的側(cè)壁。
7.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述孔完全延伸通過所述主體。
8.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽是螺旋形。
9.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽是螺旋形并且設(shè)置成與所述自攻絲固定器的螺紋基本相同的角度。
10.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽具有基本上圓形的側(cè)壁。
11.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，在所述自攻絲固定器與所述凹槽相接合時，所述導(dǎo)向器有助于所述自攻絲固定器合適地軸向?qū)仕隹住?br> 12.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽小于由自攻絲固定器所形成的螺紋并且至少是兩維的。
13.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的所有尺寸小于由自攻絲固定器所形成的螺紋。
14.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽繞著所述孔沿著圓周方向延伸大約5度到大約180度。
15.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽繞著所述孔沿著圓周方向延伸大于360度。
16.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述第二端設(shè)置在與所述第一端相同的所述孔端部的附近。
17.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的深度沿著它的整個長度基本上不相同。
18.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的寬度沿著它的整個長度基本上不相同。
19.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，凹槽的寬度從所述第一端處的最小值增大到所述第二端上的最大值。
20.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽至少在所述第一和第二端中的一個上逐漸變小。
21.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述主體在從所述孔向外延伸的區(qū)域中具有引導(dǎo)部分，所述凹槽的所述第一端設(shè)置在區(qū)域的所述引導(dǎo)部分內(nèi)。
22.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽還包括基本上是平坦的底邊緣。
23.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽還包括成角度的底邊緣。
24.如權(quán)利要求23所述的固定元件，其特征在于，所述邊緣具有基本上與所述自攻絲固定器的螺紋相同的角度。
25.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽的所述第一和第二端中的至少一個基本上垂直于所述孔。
26.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二端基本上垂直于所述孔。
27.如權(quán)利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凹槽使起動攻絲過程所需要的端負荷減少了至少50％。
28.一種借助與自攻絲固定器相接合來形成固定器組件的固定元件，它包括主體，它具有無螺紋的、基本上是圓柱形的孔，該孔軸向延伸通過它的一部分；及位于所述孔內(nèi)的第一凹槽，該凹槽的至少一個尺寸小于螺紋，該螺紋借助自攻絲固定器來形成，所述第一凹槽具有第一端，它設(shè)置在所述孔的一端的附近；及第二端，所述第一凹槽還限定出導(dǎo)向器，用于安裝所述自攻絲固定器的一部分螺紋，在所述螺紋的所述部分與所述導(dǎo)向器相接合時，該固定器減少了起動攻絲過程所需要的端負荷；及位于所述孔內(nèi)的第二凹槽，該第二凹槽的至少一個尺寸小于由自攻絲固定器所形成的螺紋。
29.如權(quán)利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽的尺寸不同。
30.如權(quán)利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽的尺寸相同，其中在接合時，所述第一和第二凹槽中的至少一個有助于所述自攻絲固定器在所述孔中合適地軸向?qū)省?br> 31.如權(quán)利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽繞著所述孔沿著圓周方向總共延伸小于360度。
32.如權(quán)利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽繞著所述孔的圓周延伸大于360度。
33.如權(quán)利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽相互平行。
34.如權(quán)利要求28所述的固定元件，其特征在于，所述第一和第二凹槽相互不平行。
35.一種借助把固定元件接合到自攻絲固定器中來形成固定器組件的方法，它包括提供固定元件，它具有主體，該主體具有無螺紋的孔，該孔沿著軸向延伸通過它的一部分；及凹槽，該凹槽的至少一個尺寸小于螺紋，該螺紋借助自攻絲固定器來形成，所述凹槽還限定出導(dǎo)向器，用于安裝自攻絲固定器的一部分螺紋；把一部分所述自攻絲固定器插入到所述孔中；把力施加到所述自攻絲固定器中；使自攻絲固定器的所述螺紋的一部分與所述凹槽相接合，因此減少了起動攻絲過程所需要的端負荷；及連續(xù)地把力施加到所述自攻絲固定器上直到在所述無螺紋的孔中形成螺紋為止。
全文摘要
公開了一種使用固定器(12)或者沖壓的固定元件(10)和方法，它借助與自攻絲固定器(40)相接合來形成固定組件。固定元件(10)包括形成在沒有螺紋的孔(22)的圓周的一部分內(nèi)的一個或者多個凹槽(28)，該孔(22)設(shè)置在固定元件內(nèi)。每個凹槽具有邊緣(34)，該邊緣具有與自攻絲固定器相同的螺旋角或者間距，它將接合該固定器以用作導(dǎo)向器，從而合適地把固定器對準在孔內(nèi)。借助明顯減少起動攻絲過程所需要的端負荷，凹槽還有助于在該元件內(nèi)形成配合螺紋。
文檔編號F16B37/00GK1682038SQ03821693
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
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