專利名稱：緊固件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種緊固件。
大家都知道可使用螺紋緊固件去穩(wěn)固地將組件彼此組合在一起。大家也都知道可通過安置一個震動阻止墊圈在緊固件與組件之間來防止緊固件的分離。一般是將彈簧墊圈置入且夾在螺帽與組件的表面之間。
另一形式的緊固件由香港DISC LOCK Company提出，載于美國專利5,626,449號，這種型式的緊固件是將一個墊片放入螺帽與組件之間，并且在螺帽與墊片的相對表面上設(shè)置凸輪表面，這個凸輪表面在墊圈與螺帽間相對轉(zhuǎn)動時可以有效的促使軸向移動。通過安置有比螺帽螺紋的螺旋角更大角度的凸輪表面，來避免螺帽無意中松脫。
載于美國專利號5,203,656的配置是通過一個位于墊圈的較低側(cè)與螺帽間的中間構(gòu)件以利用一對凸輪表面。這被視為一種三件式的安排。然而，載于美國專利編號5,203,656的配置中的缺點就是要使用中央導(dǎo)桿來維持螺帽上的中間組件。該導(dǎo)桿的鍛造不僅生產(chǎn)昂貴，而且需要仔細(xì)地控制公差以確保提供必要的轉(zhuǎn)動與軸向間隙。
美國專利編號5,688,091是由McKinly所得出的一種近似美國專利編號5,626,449的緊固件形式，其使用一個籠(cage)用來將墊圈維持在呈喇叭狀開口的螺帽之下。然而，在這種配置下凸輪安置在螺帽與墊圈之間。墊圈與籠之間的面是平的，以用來在墊圈與螺帽間安置一對凸輪表面。在墊圈與籠之間的相鄰平坦表面在緊定時墊圈可以轉(zhuǎn)動。因此，可以發(fā)現(xiàn)這種配置在主要應(yīng)用時會因為震動而發(fā)生轉(zhuǎn)動造成組件松脫。
本發(fā)明的目的是排除或減輕上述的缺點。
一般而言，本發(fā)明的緊固件具有一個有一末端面的本體以及通過朝向末端面的平坦面而以可轉(zhuǎn)動方式穩(wěn)固于本體上的籠。籠的邊壁向主體較低的部分延伸并超越，其允許轉(zhuǎn)動但禁止軸向分離。插入籠與主體之間的墊圈具有一對直接相對的面而分別貼合在主體與籠的相對面。各對相向面的相對面設(shè)有互補的凸輪表面，使得介于緊固件組件間的相對轉(zhuǎn)動會造成組件軸向位移。
本發(fā)明的實施例僅參照附圖來舉例描述，其中

圖1是緊固件立體圖；圖2是安裝于一對組件間的緊固件剖面圖；圖3是圖1中所示緊固件的局部放大圖；圖4是圖3沿線Ⅳ-Ⅳ上的視圖；圖5是緊固件的另一實施例中組件的分解視圖；圖6是類似圖5的第三實施例視圖；圖7是緊固件更進(jìn)一步的實施例剖面圖；圖8是圖7中所示緊固件的局部放大分解視圖；圖9是緊固件更進(jìn)一步的剖視圖；圖10是類似圖9實施例的另一緊固件的表面配置；圖11是具有可受剪力的螺桿的緊固件實施例；圖12是用來安裝與拆卸圖1中緊固件的工具的立體圖；圖13是圖1與緊固件的工具較低端的展開圖；圖14是顯示圖7的緊固件在震動測試時的相對性能曲線；圖15是圖2的緊固件利用雙頭螺栓的剖面圖；圖16是類似圖15的另一個使用雙頭螺栓的實施例視圖。
參照圖1和2，緊固件概括地標(biāo)示為10，其包括一個具有一釘頭14的螺栓12。螺栓12包括一個刻有螺紋的螺桿16，其上旋有一個螺帽配件18。
螺帽配件包括一個具有平滑面22的主體20和一個內(nèi)孔；典型地，平滑面22作為六角形的邊，而內(nèi)孔24具有一個對應(yīng)螺桿16的螺紋。
主體22的較下端是一個呈喇叭形展開以產(chǎn)生一個大體上平滑末端面28的側(cè)緣26。側(cè)緣26較上方的表面29與平面22以徑向內(nèi)圓角31相交，其高度隨不同面而在高與低二者之間變化。
一個籠30置于靠近末端面28并且具有一個底壁32。底壁32有一個向內(nèi)的面33與末端面28留有間隙。一個中央孔35用來容納螺栓12。周圍的邊壁34朝軸向延伸并越過呈喇叭形展開的側(cè)緣26?；\30經(jīng)過熱處理以提供底壁34相當(dāng)?shù)挠捕纫约斑叡?4較大的延展性兩種不同范圍的物理特性，邊壁34的最上端局部延徑向形變而貼在側(cè)緣26較上方的斜面上，并限制介于籠32與主體20之間的相對軸向運動。利用邊壁的延性而在標(biāo)示為35的六個相等間隔處產(chǎn)生局部形變以提供籠32與本體20間周圍的頂接與徑向的固定。
墊圈36置入籠32與主體20之間，其具有一對直接面對的表面38、40，其分別地朝向末端面28以及朝內(nèi)面33。最好能看圖3，成對相反的面28、38與33、40形成互補的凸輪表面，分別標(biāo)示為42、42’與44、44’。
參照圖2和3，凸輪表面42、42’各包含了一系列刻面46，其朝徑向平面傾斜并均勻地圍繞螺栓12的縱軸分布?？堂?6彼此平行以提供全平面的接觸?？堂?6是經(jīng)由大體上呈軸向延伸的棱邊48互相連結(jié)來產(chǎn)生彼此平行的成對反向鋸齒表面?？堂?6的斜度選擇大于螺紋24的螺旋角，使得當(dāng)主體相對于緊固件做轉(zhuǎn)動時，由平面作用所導(dǎo)致的軸向移動大于主體20相對于螺桿16的軸向移動。每一個位于凸輪表面42、42’的棱邊48的累加高度，通常是1.5倍的螺距以達(dá)到良好的鎖定。每一個棱邊48的高度由累加高度除以刻面的數(shù)目來決定。刻面的數(shù)目要選擇為主體平邊數(shù)的整數(shù)倍，而對于凸輪表面42，42’，可發(fā)現(xiàn)十二個刻面是符合要求的。棱邊48高度為1.5倍的螺距除以12。
凸輪表面44,44’包含類似凸輪表面42的刻面46的一連串平行的平刻面50，但是與刻面46的方向相反。刻面50的數(shù)目比刻面46多，但是與刻面50連結(jié)的棱邊52的累加高度與其相近。因此，每一棱邊52的高度要比棱邊48的小。所以凸輪表面42,42’是比較粗糙的；而凸輪表面44,44’是比較細(xì)致的，當(dāng)受到震動時凸輪表面44發(fā)揮作用而抑制籠32與墊圈36之間的相對轉(zhuǎn)動。這使得凸輪42能產(chǎn)生作用以防止螺帽18的松脫。
在一般的實施例中，粗糙與細(xì)致的凸輪的360度圓環(huán)上的總數(shù)各能由螺帽的扳頭面數(shù)所整除。因此，用在六角螺帽時，從直徑1/2英寸一直到1-1/2英寸，粗糙的凸輪圓環(huán)通常由12個凸輪組成，而細(xì)致的凸輪環(huán)則由18個凸輪所組成。
凸輪的徑向?qū)挾扔蓛?nèi)孔的內(nèi)緣量測，其范圍視螺栓直徑而定，由5毫米到8毫米。通過在籠32與主體20之間置入墊圈36且主體30置于墊圈36之上而將螺帽配件18預(yù)先組合。然后邊壁34朝徑向移動而覆蓋于呈喇叭狀開口側(cè)緣26的上方表面29。邊壁的延性有利于移動而使得較低的面能擋住硬化的支承表面。最好是邊壁朝徑向移動的位置數(shù)目近似于螺帽上的扳頭面數(shù)目，雖然可能因使用狀況而有所增減。在籠32和主體20之間所產(chǎn)生的有限軸向位移可使得籠32相對主體22做轉(zhuǎn)動。在螺帽凸緣處有較高的高度與額外緊箍強度可提供比標(biāo)準(zhǔn)螺帽多30％的強度。
要系緊圖2中所指的一對組件(A)與(B)時，螺栓12穿過兩組件間對齊的孔并且螺帽配件18旋在螺桿16上。當(dāng)籠32的較低面與組件(A)的較上方表面嚙合時，凸輪表面42、42’以及44、44’嚙合而使墊圈36、籠32與主體20共同轉(zhuǎn)動。棱邊48提供主體22、墊圈36與籠32之間扭力的傳輸，并且因為棱邊48的軸向配置，將不會產(chǎn)生相對的軸向分離。
螺帽配件20通過圖12、13所示的工具60來緊定至必要的扭力去夾住兩組件(A)與(B)。
參照圖12，工具60包括可連結(jié)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)動器的圓柱型的套筒62及內(nèi)部插槽64。這個插槽的內(nèi)面66對應(yīng)平面22以便能緊套在主體20上。
槽口66成形于套筒的底端，并且其尺寸可使套筒62的底端安置在籠30的邊壁34內(nèi)。槽口66的軸向壁68有凹槽70，其尺寸對應(yīng)局部變形35并且與其保持間隙。
如圖13所示，表面66的下端72對應(yīng)于圓角31的高度改變而在“高”、“低”之間交錯排列變換。圓角高度的差異要選擇大于凹槽70的軸向長度，以便當(dāng)“高”端72與高起的圓角31嚙合時，凹槽70不會與形變處35嚙合。
在這個部分，如圖13所示，主體20可以相對于籠30自由地轉(zhuǎn)動而將螺帽緊定。
如果在使用中螺栓12由于軸向負(fù)荷于其上而延伸，在籠32與主體22之間的相對轉(zhuǎn)動將導(dǎo)致棱邊52去嚙合并且相反面的刻面46彼此滑過。這導(dǎo)致平面之間的軸向位移，其大于由主體20在螺桿16上相應(yīng)的轉(zhuǎn)動所提供的軸向位移。當(dāng)在兩組件之間提供這樣的綁縛或干涉時，可抑制意外的分離。
要拆卸螺帽組件18，需使用工具60，且“高”的較低端72與較低的圓角31對齊。在此位置，凹槽70與局部形變35嚙合并且傳輸扭力給它們，然后將主體20與籠32一起轉(zhuǎn)動而從螺栓上拆卸下來。在主體20轉(zhuǎn)動的一開始，凹槽70與形變35對齊。像這樣的轉(zhuǎn)動由凸輪表面42,44的相對運動來調(diào)節(jié)。
另一個實施例如圖5所示，為了表示清楚，其中相似組件將由相似標(biāo)號外加下標(biāo)“a”來表明。在圖5的實施例，主體22做成圓錐狀的凸出物52，其通過一個放大的孔35a與籠32a。圓錐狀的凸出物52有一對軸向的溝槽54用來提供螺桿16A上螺紋的清潔邊緣(cleaningedge)。在傳統(tǒng)的作法上，圓錐狀的凸出物52可使組件A對正在緊固件的中心上。
更進(jìn)一步的實施例如圖6所示，為了表示清楚，相似組件將由相似標(biāo)號外加下標(biāo)“b”來表明。在圖6的實施例中，圓錐狀的凸出物52b設(shè)有溝槽54b。省略墊圈36而將主體22b上的凸輪表面42b與籠32b上的凸輪表面44b的兩片配件直接嚙合。
在圖5與圖6的任何實施例中，軸向溝槽54b可根據(jù)需要省略。
在圖1-3中所描述的配置因為其包含螺帽22、墊圈36與籠32而被視為一個三片式的配置。也可生產(chǎn)兩片式配置，如圖7與圖8所示，其中墊圈36被省略以便螺帽22的凸輪表面42能與籠32內(nèi)部底壁表面上的凸輪表面44嚙合。其各自具有相反方向且彼此互補的粗糙凸輪表面。
在此情形下，籠30c具有細(xì)的鋸齒狀突起55，與籠30c的外部底壁的徑向平面成15°角。鋸齒狀突起55與位于籠30c內(nèi)部底壁上的刻面46c呈相反方向，鋸齒狀突起55與工作件(A)嚙合并且可將籠32c由動作中停止，因此可使粗凸輪移上斜面并且鎖住螺帽22。鋸齒狀突起55的作用可以由圖14看出。一對類似的螺帽配件，一個有鋸齒狀突起55與一個沒有鋸齒，在Junker震動測試機上測試。張力被監(jiān)測一段時間以上。如圖示4所示，沒有鋸齒的螺帽配件在相當(dāng)短的時間內(nèi)即失去張力，顯示螺帽從螺栓上松脫。相對地，有鋸齒的螺帽配件維持著張力負(fù)荷，顯示出鋸齒在抑制籠于工作件上轉(zhuǎn)動的效用。
在上述各個實施例中六角形主體已以圖例說明，但其他型式的螺帽也可使用，諸如有縱向齒槽的桶狀螺帽或其他常見可用的形式。
在更一步的實施例中，如圖9所示，粗凸輪做在螺栓56頭部的凸緣下方。螺栓56基本上使用如同上述圖2和圖3所述的墊圈36d置入凸輪表面42d與籠32d之間配置來取代螺帽在圖1與圖2中的三片式配置。如同螺帽22，凸緣螺栓56也能使用于兩片式配置，在這種配置下，粗凸輪42d將置于凸緣螺栓56的下方以便與籠底表面內(nèi)部上相反方向的粗凸輪44d相嚙合。
如圖9所示的裝置也可以利用其他型式的螺栓頭，諸如圓頭或槽口頭螺栓。因此如圖10所示，籠32e由局部形態(tài)34e保持在圓頭主體56e上。主體56e有一個槽口58形成有中央的位置以承接六角板手的鍵頭。
墊圈36e置入籠32d與主體56e下方之間以提供一對如前所述的凸輪表面42e、44e。
如上所示的緊固件可與其他緊固件系統(tǒng)一起使用，諸如圖11所示的張力控制螺栓固定系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，螺桿16f有一個具有一齒條的頂端78并且扭力施加在具有齒條的頂端78與螺帽22f之間來將螺帽緊定在螺栓12f上。如圖11所示，螺帽18f配件的形狀類似前述圖2，而且動作如同自緊式的組件。在施加設(shè)計的扭力到螺帽22f上時，頂端78對螺桿16f產(chǎn)生剪切而抑制更進(jìn)一步的緊定。隨后的拆卸能夠如前所述完成。
螺帽18f配件的使用是在震動下抑制螺帽22f的轉(zhuǎn)動以維持螺栓12f上的負(fù)荷。為了確保螺栓12f上正確的負(fù)荷，緊貼螺帽與墊圈的面積需要等于或少于籠30f的末端面32f面積的50％。通過使用凸輪表面和在凸輪表面間施以潤滑劑，可降低緊定期間的摩擦阻力。
典型的3/4英寸(19毫米)螺栓直徑應(yīng)用中，末端面32f外徑大約47毫米，螺栓孔間隙約為24毫米。與物件接觸的環(huán)狀面為23毫米寬。
在本實施例中，凸輪表面42f、44f徑向?qū)挾却蠹s為6毫米，所以面積比例大約是末端面32f的40％。
圖1-7的螺帽配件可有利地使用固定在盲孔中的雙頭螺栓。如圖15所示，螺帽配件10g，類似圖1-4所示的，是借螺紋旋在雙頭螺栓12g上。雙頭螺栓12g有一對螺紋24g在相對的兩端80、82上，它可以是反時針，或順時針方向，或是不同的形狀去配合特殊的應(yīng)用。一端80，是置入支撐結(jié)構(gòu)86中的盲孔84內(nèi)?？?4具有一個與80互補的螺紋以便雙頭螺栓可以旋入其中。
通過將螺帽配件10g旋在另一端上并且將雙頭螺栓12g旋入盲孔84內(nèi)來安裝雙頭螺栓。然后螺帽10g被施以扭力而抵緊組件A、B以將其保持在支撐結(jié)構(gòu)86上。螺帽配件10g將維持雙頭螺栓在受張力下并能保留在孔84之中。
當(dāng)使用類似圖11所示的具有齒條的張力控制尖端時，如圖15所示的雙頭螺栓配置是特別有利的。參考圖16，具有齒條的尖端78做在末端80h上并且能用來驅(qū)動雙頭螺栓12h進(jìn)入盲孔84h之中且隨后控制施加在螺帽配件10h的扭力。圖7實施例中的螺帽配件也可使用如圖15、圖16所示的雙頭螺栓配置，其中鋸齒狀突起55提供增強的螺帽配件的維持力。
可看出已經(jīng)描述過一個簡單但有效的緊固件，其能提供對于震動必要的抵抗力而且同時能相當(dāng)容易地制造。
權(quán)利要求
1．一種緊固件包括一個有一端面的主體，一個籠與一個墊圈；該籠以可轉(zhuǎn)動的方式固定于該主體上且其徑向面朝向該端表面，而其邊壁朝向該主體部分延伸并覆蓋于其上以抑制軸向分離；該墊圈置入該主體與該籠之間，該墊圈具有一對相反方向的表面，一個朝向該主體的末端面而另一個朝向該籠的徑向面，該成對而方向相反的表面有互補的凸輪表面形成于其上，在該平面間轉(zhuǎn)動時會導(dǎo)致相對的軸向運動。
2．如權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，該主體有呈喇叭狀開口的側(cè)緣緊鄰著該徑向面并且該邊壁覆蓋于該側(cè)緣上。
3．如權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，該主體是具有平滑側(cè)面的螺帽以允許扭力對其傳輸。
4．如權(quán)利要求3所述的緊固件，其特征在于，在這些側(cè)面中數(shù)個選定的側(cè)面具有一個頂接部分以禁止工具沿該側(cè)面朝該籠做軸向移動。
5．如權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，該凸輪表面包括許多圍繞轉(zhuǎn)動軸分布的傾斜刻面。
6．如權(quán)利要求5所述的緊固件，其特征在于，這些刻面經(jīng)由棱邊相互連結(jié)以在這些面之間提供扭力傳輸?shù)捻斀硬糠帧?br> 7．如權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，這些成對而方向相反的面上各自相關(guān)的這些凸輪表面是不同的。
8．如權(quán)利要求5所述的緊固件，其特征在于，該對表面其中一面上相關(guān)的這些刻面傾斜長度不同于該對表面另一面上相關(guān)的那些刻面。
9．如權(quán)利要求5所述的緊固件，其特征在于，該主體是由許多平面形成于其上而形成多邊形的主體，并且這些刻面數(shù)目是平面數(shù)目的整數(shù)倍。
10．如權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，該主體有刻有螺紋體從其上伸出。
11．一種緊固件包括一個有一端面的主體與一個籠；該籠以可轉(zhuǎn)動的方式裝置在該主體上且其徑向面朝向該端表面，而其邊壁朝向該主體部分延伸并覆蓋于其上以抑制軸向分離；這些方向相反的面有互補的凸輪表面形成于其上，在該面間轉(zhuǎn)動時會導(dǎo)致相對的軸向運動，該籠有一與該徑向面相反方向的表面，其上有許多鋸齒狀突起形成。
12．如權(quán)利要求9所述的緊固件，其特征在于，這些鋸齒狀突起與該凸輪表面方向相反。
13．一種用來將一對組件彼此緊系的緊固件配件，該緊固件配件包括一個有頭螺栓，其第一端面朝向該組件其中之一并且刻有螺紋的螺桿從該釘頭伸出；一個有主體及朝向該另一組件的第二端面的螺帽，該主體由該螺桿旋入；一個緊系在該頭與該主體其中之一的籠，其徑向皆延伸過這些端表面；以及置入該籠與該末端面之間的墊圈，該墊圈有一對方向相反的面，其一面朝向該末端面而另一面朝向該籠的徑向面，這些成對而方向相反的面有互補的凸輪表面形成于其上，該面間轉(zhuǎn)動時會導(dǎo)致相對的軸向運動。
14．如權(quán)利要求13所述的緊固件，其特征在于，該螺桿在該釘頭相對的另一端是具有齒條的尖端，該尖端可傳遞預(yù)定的扭力至該螺帽。
15．如權(quán)利要求13所述的緊固件，其特征在于，其中一個末端面是該螺帽。
16．如權(quán)利要求13所述的緊固件，其特征在于，其中一個末端面是該釘頭。
17．如權(quán)利要求16所述的緊固件，其特征在于，該釘頭為多邊形。
18．如權(quán)利要求16所述的緊固件，其特征在于，該釘頭為圓形。
全文摘要
一種緊固件有一個主體與一個有一凸輪表面的籠形成于互相作用的組件上以抑制相對轉(zhuǎn)動。在一個實施例中,墊圈置入該表面之間,其有方向相反的面,而凸輪表面形成于其上。在更進(jìn)一步的實施例中,籠的下方有鋸齒狀突起形成于其上。
文檔編號F16B39/24GK1325480SQ99812877
公開日2001年12月5日 申請日期1999年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月30日
發(fā)明者約翰·休吉爾 申請人:杜坎公司