非對稱緊固件的凹槽和鍵的製作方法

2023-05-23 09:55:31 1

分案的相關信息

本申請是2014年10月8日遞交的、中國專利申請號為201410524548.6、發明名稱為「非對稱緊固件的凹槽和鍵」的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請涉及並要求2013年10月1日提交的共同擁有的、尚未審決的美國臨時專利申請no.61/885,227的權益，該申請的名稱為「非對稱緊固件的凹槽和鍵」，其全部內容在此通過引用併入本文。

本發明涉及緊固件系統，更具體地說，是涉及一種具有銷構件的緊固件系統，所述銷構件具有用於容納相匹配的鍵或工具的、花鍵驅動的非對稱凹槽。

背景技術：

緊固件包括多種類型，諸如帶螺紋的銷或螺栓，它們以螺紋接合的方式安裝螺母或以螺紋接合的方式插入孔中。非對稱緊固件和工具利用第一組支撐表面來鬆開緊固件並利用第二組支撐表面來緊固支撐件。現有非對稱緊固件所存在的問題在於緊固件的高環向應力，銷構件的膨脹，低支承強度和較短的使用壽命，較低的轉矩能力，以及緊固件凹槽上的支承變形。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於提供這樣一種緊固系統，該系統可以減少環向應力和支承變形，減少銷構件的膨脹，提供較高的支承強度和壽命以及較高的轉矩能力。

在一個實施例中，一種緊固件系統包括：包括細長的杆部和頭部的銷構件，其中，所述細長的杆部具有第一端部，與第一端部相對的第二端部，光滑的圓柱形銷體部分，位於第二端部處並具有多個外螺紋的螺紋部分，以及位於第二端部處且具有在其中形成的凹槽的端面；所述頭部位於第一端部，其中，所述凹槽包括多個沿著圓周方向設置並沿軸向延伸的花鍵，而且所述花鍵圍繞所述凹槽的周邊等距離地間隔設置且向內延伸，所述多個花鍵中的每一個包括第一支撐面和第二支撐面，其中，所述凹槽包括多個沿著圓周方向形成並沿軸向延伸的凹陷部，而且所述凹陷部圍繞所述凹槽的周邊等距離地間隔設置，所述多個凹陷部中的每一個位於所述多個花鍵中對應的一對花鍵之間，其中，所述多個花鍵中的每一個的所述第一支撐面的每一個以第一角度取向，所述第一角度從如下所述的徑向線沿轉動方向朝向該花鍵的所述第二支撐面延伸並測量，即，所述徑向線從所述銷構件的所述細長杆部的中心點延伸到位於該第一支撐面上的、緊鄰所述銷構件的這個花鍵的小內徑的第一點，其中，所述多個花鍵中的每一個的所述第二支撐面的每一個以第二角度取向，所述第二角度從所述徑向線沿轉動方向朝向該花鍵的該第二支撐面延伸並測量；以及包括細長的鍵杆和鍵頭部的鍵，其中，所述鍵杆具有第一端和與細長的鍵杆的第一端相對的第二端，所述鍵頭部位於細長的鍵杆的第二端，其中，所述鍵頭部包括多個在其上沿軸向延伸且圍繞著其圓周方向等距離地間隔設置的花鍵，所述鍵頭部的多個花鍵中的每一個具有第一支撐面和第二支撐面，並且其中，所述鍵頭部包括多個在其上沿軸向延伸且圍繞著其圓周方向等距離地間隔設置的鍵槽，所述多個鍵槽中的每一個位於所述鍵頭部的所述多個花鍵中對應的一對花鍵之間，其中，所述鍵頭部的多個花鍵中的每一個的所述第一支撐面的每一個以第三角度取向，所述第三角度從如下所述的徑向線沿轉動方向朝向所述鍵頭部的該花鍵的所述第二支撐面延伸並測量，即，所述徑向線從所述鍵的中心點延伸到位於所述鍵頭部的這個花鍵的該第一支撐面上的、緊鄰所述鍵頭部的這個花鍵的大外徑的第一點，其中，所述鍵頭部的所述多個花鍵中的每一個的所述第二支撐面的每一個以第四角度取向，所述第四角度從所述鍵頭部的所述徑向線沿轉動方向朝向所述鍵頭部的該花鍵的該第二支撐面延伸並測量，以及其中，所述鍵的所述鍵頭部適於與所述銷構件的所述凹槽相配合，從而使得所述鍵頭部的所述多個花鍵中的每一個的所述第一支撐面的每一個的尺寸和形狀被設置成可接合所述銷構件的所述多個花鍵中的每一個的對應一個的所述第一支撐面，而且所述鍵頭部的所述多個花鍵中的每一個的所述第二支撐面的每一個的尺寸和形狀被設置成可接合所述銷構件的所述多個花鍵中的每一個的對應一個的所述第二支撐面。

在一個實施例中，銷構件的多個花鍵包括六個花鍵，而且其中，銷構件的多個凹陷部包括六個凹陷部；而且其中，鍵的多個花鍵包括六個花鍵，並且鍵的多個鍵槽包括六個鍵槽。在一個實施例中，所述第一角度和第三角度分別在大約1°到大約5°的範圍內。在一個實施例中，所述第二角度和第四角度分別在大約30°到大約35°的範圍內。

在一個實施例中，銷構件的多個花鍵包括八個花鍵，而且其中，銷構件的多個凹陷部包括八個凹陷部；而且其中，鍵的多個花鍵包括八個花鍵，並且鍵的多個鍵槽包括八個鍵槽。在一個實施例中，所述第一角度和所述第三角度分別在大約1°到大約5°的範圍內。在一個實施例中，所述第二角度和所述第四角度分別在大約40°到大約50°的範圍內。在一個實施例中，銷構件的多個花鍵中的每一個的對應一對第一支撐面和第二支撐面彼此相互垂直，而且其中，鍵的多個花鍵中的每一個的對應一對第一支撐面和第二支撐面彼此相互垂直。

在一個實施例中，緊固系統還包括適於通過螺紋接合銷構件的螺紋部分的螺母。在一個實施例中，該螺母包括位於中心的孔，該孔的尺寸和形狀使得可接納所述鍵穿過其中。

本發明的緊固系統優於現有技術中的緊固系統，其可提供一種具有帶花鍵凹槽的銷構件和具有花鍵的相匹配的鍵的緊固件，所述銷構件和鍵均包括具有負接觸角的支撐面，從而使得接觸力的徑向分力指向內側，由此減小施加在銷構件的凹槽上的環向應力，並消除銷構件的膨脹。這還能夠使得銷構件被做成薄壁的以及承受較高的轉矩。而且，鍵的支承強度得到提高，這促使其具有較高的使用壽命。另外，避免了在銷構件的凹槽上的支撐變形，由此改進了轉矩能力。

附圖說明

圖1是根據一個實施例的緊固系統的透視圖；

圖2是由圖1所示緊固件系統所採用的銷構件的仰視圖；

圖3和圖4分別是由圖1所示緊固件系統所採用的緊固鍵的側視圖和透視圖；

圖5是圖4所示細節b的透視圖；

圖6a是沿著圖3中的線a-a截取並按箭頭方向觀看時得到的圖3所示緊固件的剖視圖；

圖6b是圖6a中所示緊固鍵的一部分的放大圖；

圖7是圖2所示銷構件的仰視圖，圖中示出了與銷構件接合的圖3到6b所示鍵的截面；

圖8是具有銷構件和與工件接合的螺母的圖1所示緊固系統的剖視圖；

圖9是疊加在非對稱凹槽構形上的標準六角構形；

圖10是銷構件的另一個實施例的仰視圖；

圖11是緊固鍵的另一個實施例的側視圖；

圖12是沿著圖11中的線a-a截取並按箭頭方向觀看時得到的圖11所示緊固鍵的剖視圖；以及

圖13是圖10所示銷構件的仰視圖，圖中示出了與銷構件接合的圖11和12所示緊固鍵的截面。

具體實施方式

參看圖1，在一個實施例中，緊固系統10包括螺栓或銷構件12(此後稱作「銷構件12」)，螺母14和緊固件安裝工具或者緊固鍵16(此後稱作「鍵16」)。在一個實施例中，銷構件12是剪切式鎖銷。在一個實施例中，銷構件12包括細長的杆部18，該細長的杆部18具有光滑的圓柱形銷體部分20和具有多個外螺紋24的螺紋部分22。在一個實施例中，銷構件12包括位於一端的頭部26和位於相對端的、設置在中心位置的內扳手插座或凹槽28，所述凹槽28沿軸向形成於螺紋部分22的一個端面30內。在一個實施例中，螺母14包括設置在中央的孔15，其尺寸和形狀被設置成可在其中接納鍵16。在一個實施例中，螺母14包括多個以螺紋接合的方式接合銷構件12的外螺紋24的內螺紋。在一個實施例中，緊固系統10適於在將螺母14擰到銷構件12上時，通過在位於其中一個工件的一側上的螺母14和位於另一個工件的相對側上的銷構件12的頭部26之間的擠壓接合而將多個工件彼此緊固在一起。正如下文將進一步詳細討論的那樣，銷構件12的凹槽28的尺寸和形狀被設置成適於與鍵16配合併適於接納鍵16，該凹槽28在驅動器轉動螺母14的同時保持銷構件12不動。在一個實施例中，當擰緊螺母14時，凹槽28對抗傳遞到銷構件12上的扭矩。在另一個實施例中，凹槽28可以在銷構件12的頭部28的頂部內形成(圖中未示出)。

參看圖2，凹槽28包括多個沿圓周設置的、且在凹槽28的周邊上等間距間隔設置並向內延伸的花鍵32和多個沿圓周方向形成的、在凹槽28的周邊上等間距間隔設置的凹陷部34。在一個實施例中，多個花鍵32包括六個花鍵，而多個凹陷部34包括六個凹陷部。在一個實施例中，每個花鍵32包括第一支撐面36(有時被稱作「接觸側面」或者「接觸面」)和第二支撐面38。在一個實施例中，位於每個花鍵32上的第一支撐面36和第二支撐面38基本上相互垂直。在一個實施例中，每個第一支撐面36與包含凹槽28的徑向中心線的平面平行，並且所述第一支撐面36相對於這個平面偏置。在一個實施例中，凹槽28的尺寸和形狀被設置成與鍵16的緊固件接合端的幾何形狀相匹配，這將在下文進行詳細說明。

參考圖3到圖5，在一個實施例中，鍵16包括細長的鍵杆40，該細長的鍵杆40具有第一端42，與第一端42相對的第二端44，以及設置在鍵杆40的第二端44處的截頭圓錐形鍵頭部46。在一個實施例中，參看圖5，鍵頭部46包括多個在其上沿軸向延伸且沿其圓周等間距間隔設置的花鍵48和多個在鍵頭部46上沿軸向延伸且沿其圓周等間距間隔設置的鍵槽50，每一個鍵槽位於兩個花鍵48的中間。在一個實施例中，花鍵48和鍵槽50與鍵杆40的縱向軸線a-a平行。在一個實施例中，多個花鍵48包括六個花鍵，而多個槽50包括六個鍵槽50。

參看圖6a和6b，在一個實施例中，鍵16的每個花鍵48包括第一支撐面52(或者接觸側面)，第二支撐面54以及構成鍵16的大外徑的一部分的外面56。在一個實施例中，第一支撐面52的長度為l(參見圖6a)。在一個實施例中，每個第一支撐面52與包含鍵16的徑向中心線的一個平面平行，並且該第一支撐面52相對於這個平面偏置。在一個實施例中，花鍵48中的一個花鍵的第一支撐面52和花鍵48中的在所述花鍵的逆時針方向上緊鄰其設置的另一個花鍵的第二支撐面54(如圖6a和6b所示)彼此相互垂直。在一個實施例中，花鍵48中的一個花鍵的第一支撐面52和花鍵48中的在所述花鍵的逆時針方向上緊鄰其設置的另一個花鍵的第二支撐面54(如圖6a和6b所示)由一個圓角部分58相互連接。

在一個實施例中，特別是如圖6b中更加詳細地示出的那樣，每個花鍵48的第一支撐面52以角度a取向。也就是說，角度a是根據從中心點c延伸到位於第一支撐面52上的、緊鄰這個花鍵48的大外徑d1的點p的徑向線r來測量得到的。在一個實施例中，每個花鍵48的第一支撐面52的角度a沿著轉動方向從徑向線r朝著該花鍵48的第二支撐面54延伸和測量。角度a有時被稱為負倒角(undercut)。也就是說，第一支撐面52的角度a在和優選方向一樣的一個方向(例如，在將螺母14緊固到銷構件12上的過程中施加到銷構件12上的載荷方向)上延伸。在一個實施例中，角度a在大約1°到大約5°的範圍內。在另一個實施例中，角度a大約為1°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.5°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.6°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.7°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.8°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.9°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.0°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.1°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.2°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.3°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.4°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.5°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.6°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.7°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.8°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.9°。在另外一個實施例中，角度a大約是3.0°。

仍然參看圖6b，每個花鍵48的第二支撐面54以角度b取向。在一個實施例中，角度b從徑向線r沿轉動方向朝向該花鍵48的第二支撐面54地進行測量。在一個實施例中，角度b在大約30°到大約35°的範圍內。在另一個實施例中，角度b大約是30°。在另外一個實施例中，角度b大約是30.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是31°。在另外一個實施例中，角度b大約是31.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是32°。在另外一個實施例中，角度b大約是32.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是33°。在另外一個實施例中，角度b大約是33.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是34°。在另外一個實施例中，角度b大約是34.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是35°。

在一個實施例中，如上所述，銷構件12的凹槽28(即，花鍵32和凹陷部34)所具有的幾何結構與在第二端44上的鍵頭部46的幾何結構相同(或者基本上類似)，如上所述。在一個實施例中，銷構件12的凹槽28的尺寸和形狀被設置成與鍵16的鍵頭部46相匹配並可以必要的間隙和誤差將後者接納於其中，以便使鍵16與銷構件12接合。

參看圖7和8，在一個實施例中，當將銷構件12和螺母14安裝在工件60上時(圖8示出了螺母14和工件60)，鍵16的鍵頭部46與銷構件12的凹槽28匹配並與之接合，以避免在利用驅動器(圖中未示出)將螺母14擰緊在銷構件12上時銷構件12發生旋轉。在一個實施例中，鍵16可以被安裝到電動工具上，或者可以被用於手動安裝。在一個實施例中，鍵16的花鍵48和鍵槽50分別接合銷構件12的凹槽28的對應的凹陷部34和花鍵32。在一個實施例中，當鍵16接合凹槽28並被轉動/扭轉時，鍵16的花鍵48的每個第一支撐面52接觸銷構件12的凹槽28的花鍵32的一個對應的第一支撐面36(參見圖7)。在一個實施例中，每個第一支撐面36的長度l具有足以維持這種接觸的長度。在一個實施例中，在鍵16的花鍵48的每個第一支撐面52和銷構件12的凹槽28的花鍵32的對應一個第一支撐面36之間的這種接觸在優選方向(緊固方向)上總是面對面的，與銷構件12和鍵16之間的間隙無關(參見圖7)。當以這種方式接合時，由於每個花鍵48的每個第一支撐面52存在角a，所以有一個負的接觸角(在優選方向上的迎角)。此外，當鍵16接合凹槽28並施加扭矩時，接觸力的徑向分力指向內側(鍵16向內拉拽凹槽28)，由此減小了施加到凹槽28上的環向應力，並消除了銷構件12上的膨脹。這使得銷構件12能夠被製造成具有較薄的壁，並且可以承受更高的轉矩。而且，鍵16的支承強度得到了增加，這使鍵16具有更長的使用壽命。另外，消除了凹槽28上的支撐變形，從而改進了轉轉性能。

當在非優選方向(鬆脫方向或反轉方向)上施加轉矩時，鍵16的花鍵48的每個第二支撐面54接觸並接合銷構件12的凹槽28的花鍵32的一個對應的第二支撐面38。在一個實施例中，這種接觸可以被設置成與多邊形配置相匹配，諸如用於六角鍵的六邊形，如圖9所示，或者諸如用於八角鍵的雙正方形。

在其他實施例中，銷構件12的凹槽28和鍵16中的每一個都可以分別包括其他數量的非對稱花鍵32和48，諸如5、7、8(將在下文描述)、12，等等。

圖10到13示出了銷構件112的一個實施例和鍵116的一個實施例。(相同地或基本上)對應於針對圖1到9中所示實施例所描述的元件的、圖10到13中所示的元件由分別相應地增加了100的對應參考標號所指代。除非另有說明，圖10到13中所示實施例的結構和功能與圖1到9所示實施例的相同。

參看圖10，在一個實施例中，銷構件112包括在一個端面130的凹槽128，該凹槽128由多個沿圓周設置並在銷構件112的周邊上等間距間隔設置且內向延伸的花鍵132和多個沿圓周形成並在銷構件112的周邊上等間距間隔設置的凹陷部134所限定。在一個實施例中，多個花鍵132包括八個花鍵，而多個凹陷部134包括八個凹陷部。在一個實施例中，每個花鍵132包括第一支撐面136(有時稱作「接觸側面」或者「接觸面」)和第二支撐面138。在一個實施例中，每個花鍵132上的第一支撐面136和第二支撐面138基本上彼此相互垂直。在一個實施例中，凹槽128的尺寸和形狀被設置成與鍵116的一個端部的幾何形狀相匹配，這將在下文進行詳細描述。

參考圖11，在一個實施例中，鍵116包括細長的鍵杆140，該細長的鍵杆140具有第一端142，與第一端142相對的第二端144，以及設置在鍵杆140的第二端144處的截頭圓錐形鍵頭部146。在一個實施例中，鍵頭部146包括多個在其上沿軸向延伸且圍繞其圓周等間距間隔設置的花鍵148和多個在鍵頭部146上沿軸向延伸且圍繞其圓周等間距間隔設置的鍵槽150，每一個鍵槽被設置在兩個花鍵148的中間。在一個實施例中，花鍵148和槽150與鍵杆140的縱向軸線a-a相平行。在一個實施例中，多個花鍵148包括八個花鍵148，而多個鍵槽包括八個鍵槽150。

參看圖12，在一個實施例中，每個花鍵148包括第一支撐面152(或者接觸側面)，第二支撐面154以及構成鍵116的大外徑的一部分的外面156。在一個實施例中，第一支撐面152的長度為l。在一個實施例中，花鍵148中的一個的第一支撐面152和花鍵148中沿逆時針方向緊鄰所述一個花鍵設置的另一個花鍵的第二支撐面154(如圖12所示)彼此相互垂直。在一個實施例中，花鍵148中的一個的第一支撐面152和花鍵148中沿逆時針方向緊鄰該一個花鍵設置的另一個花鍵的第二支撐面154(如圖12所示)由一個圓角部分158相互連接。

在一個實施例中，每個花鍵148的第一支撐面152以角度a取向。每個第一支撐面152的角度a以與如上所述的鍵16的第一支撐面52的角度a的測量相同的方式進行測量。在一個實施例中，每個第一支撐面152的角度a是在大約1°到大約5°的範圍內。在另一個實施例中，角度a大約是1°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.5°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.6°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.7°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.8°。在另外一個實施例中，角度a大約是1.9°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.0°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.1°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.2°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.3°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.4°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.5°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.6°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.7°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.8°。在另外一個實施例中，角度a大約是2.9°。在另外一個實施例中，角度a大約是3.0°。

在一個實施例中，每個花鍵148的第二支撐面154以角度b取向，並且該角度b以與鍵16的每個第二支撐面54的角度b相同的、如上所述的測量方式來進行測量。在一個實施例中，角度b在大約40°到大約50°的範圍內。在另一個實施例中，角度b大約是40°。在另外一個實施例中，角度b大約是40.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是41°。在另外一個實施例中，角度b大約是41.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是42°。在另外一個實施例中，角度b大約是42.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是43°。在另外一個實施例中，角度b大約是43.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是44°。在另外一個實施例中，角度b大約是44.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是45°。在另外一個實施例中，角度b大約是45.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是46°。在另外一個實施例中，角度b大約是46.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是47°。在另外一個實施例中，角度b大約是47.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是48°。在另外一個實施例中，角度b大約是48.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是49°。在另外一個實施例中，角度b大約是49.5°。在另外一個實施例中，角度b大約是50°。

參看圖13，在一個實施例中，當安置銷構件112時(螺母未示出)，銷構件112的凹槽128接納鍵116並與之接合，以避免銷構件112在利用驅動器(圖13中未示出)將螺母擰緊在銷構件112上時轉動。在一個實施例中，鍵116可以被安裝到電動工具上，或者可以被用於手動安裝。在一個實施例中，鍵116的花鍵148和鍵槽150分別接合銷構件112的凹槽128的對應凹陷部134和花鍵132。在一個實施例中，當鍵116接合凹槽128並被轉動/扭轉時，鍵116的花鍵148的每個第一支撐面152接觸銷構件112的凹槽128的花鍵148的一個對應的第一支撐面136。在一個實施例中，每個第一支撐面136的長度l具有足以維持這種接觸的長度。在一個實施例中，在鍵116的花鍵148的每個第一支撐面152和銷構件112的凹槽128的花鍵132的對應一個第一支撐面136之間的這種接觸在優選方向(緊固方向)上總是面對面的，與銷構件112和鍵116之間的間隙無關。當以這種方式接合時，具有負的接觸角(優選方向上的迎角)。此外，當鍵116接合凹槽128並施加轉矩時，接觸力的徑向分力指向內側(鍵116向內拉拽凹槽128)，由此減少了施加到凹槽128上的環向應力，並消除了銷構件112上的膨脹。

當在非優選方向(鬆動方向或反轉方向)上施加轉矩時，鍵116的花鍵148的每個第二支撐面154接觸並接合銷構件112的凹槽128的花鍵132的對應的一個第二支撐面138。在一個實施例中，這種接觸可以被設置成與多邊形配置相匹配，諸如用於六角鍵的六邊形，或者諸如用於八角鍵的雙正方形。

可以理解的是，本文所描述的實施例僅是示例性的，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，本領域技術人員可以作出多種變形和修改。所有的這些變形和修改都旨在被包括在本發明的範圍內。