CN100449160C - 紧固件及其操作工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧固件，紧固件的接受扭矩的周边为圆形或是多于十二边的多边形。为了操纵这种紧固件，本发明提供的扳手和套筒扳手的套筒具有带有内部空间的外壳(510)和设置在外壳的内部空间中的紧固单元，其中紧固单元(530)包括多个斜撑(540)，每个斜撑的端部向外壳的内部空间突出，并形成一个弧。

Description

紧固件及其操作工具

技术领域

本发明涉及螺栓和螺母之类的紧固件，以及扳手之类的操纵这些紧固件的操作工具。

背景技术

螺栓和螺母之类的紧固件广泛地用于连接分离的部件，并且紧固件具有多边形的周边以接受扭矩。

例如，螺栓通常带有螺栓头，并且螺栓头通常是多边形的，以便接受拧紧/放松扭矩。对于螺母，其外形一般也是这种多边形的。

根据现有技术，紧固件的周边最常使用六边形，有时也使用四边形或十二边形。但是，不使用具有大于十二边的多边形，因为人们认为这种多边形的边缘不能经受或传递足够的扭矩。

通过对紧固件，更具体地讲，对多边形的紧固件的边缘施加扭矩，拧紧或放松紧固件，以便连接部件或使组件中的部件分离。

目前已经设计和使用了各种不同类型的扳手来操纵紧固件，也就是拧紧或放松紧固件。扳手的例子包括例如开口扳手和插孔开口扳手的比较简单的扳手，也包括例如棘轮扳手和套筒扳手的比较复杂的扳手。

但是，这种多边形周边的紧固件和操纵这种紧固件的扳手具有以下问题。

首先，根据紧固件在其周边具有多少角，限制了扳手可以与紧固件啮合的位置的数量。例如，如果螺栓头的周边是六边形的，那么只有在每个相隔60度的六个位置，扳手才可以与螺栓啮合。

尽管已知如果专门设计套筒扳手的套筒，可以使套筒扳手的位置数量加倍，但是这并不能足够地增加扳手与紧固件的啮合的位置的数量。

图1示出了根据现有技术的专门设计的套筒110连接到具有六边形周边的紧固件120的状态。

如图1所示，套筒110可以与紧固件120啮合的位置的数量加倍，但是被限制在十二个位置。

为了进一步增加啮合位置的数量，必然要减小套筒110接触紧固件120的面积，但是，在这种情况下，实质上降低了套筒或扳手的强度和耐久性，因此这种情况是不切实际的。

其次，如图2所示，当扳手220连接到具有多边形周边的紧固件210时，在它们之间形成了间隙“d”，并且间隙造成以下问题：(1)在紧固件210挨得很近时，或当附近有许多障碍时，容易造成操作扳手220的空间不够用；(2)当间隙“d”宽时，紧固件210的边缘215以倾斜的角度接触扳手220的内壁225，因此，过大的力集中在边缘215上，很容易磨损边缘215。

由于紧固件和扳手都具有公差，并且使用了各种不同单位***规定这些紧固件和扳手，例如“毫米”单位和“英寸”单位，因此这种间隙“d”的存在是不可避免的。

同样由于间隙问题，惯用棘轮扳手根据它们的机械结构，即使在把扳手紧密地配合于紧固件时，也会具有空转。因此，在转动扳手的空间很小的情况下，很难操纵紧固件。

第三，紧固件的周边，例如螺栓头，必须大于它的螺纹部分的直径，以便给紧固件提供足够的强度来接受拧紧/放松扭矩。因此，必须使用很多材料制造紧固件，制造过程复杂，从而提高了制造成本。

有时将紧固件进行热处理，以便提供足够的强度，这也增加了制造成本，并且使制造过程更为复杂。

发明内容

因此，本发明的目的是要解决上述问题，从而提供了：

具有给圆形或多于十二边的周边的紧固件提供足够的扭矩和/或减小空转的无限优点的扳手和套筒扳手的套筒；和

具有制造材料少、制造过程更简单和/或制造成本更低的无限优点的紧固件。

本发明使用的一种示范紧固件具有用于接受扭矩的周边，并且周边是圆形或是多于十二边的多边形。

本发明使用的一种示范螺栓包括具有螺纹部分的螺栓体和从螺栓体延长的螺栓头，其中螺栓头是圆形或是多于十二边的多边形。

螺栓头的与螺栓体相反的对侧优选是平的或凸起的，并且在螺栓头的对侧上可以形成装饰槽。

本发明使用的示范螺母具有适用于接受螺栓的螺纹孔，并且螺母的环绕螺纹孔的轴的周边是圆形或是多于十二边的多边形。周边优选在螺母的整个宽度上形成。

本发明使用的示范扳手包括：具有内部空间的外壳；向外壳提供扭矩的手柄；和设置在外壳的内部空间中的一个或多个紧固单元，其中紧固单元包括多个斜撑，每个斜撑的端部都向外壳的内部空间突出，并形成一个弧。

紧固单元优选进一步包括一个用于定位斜撑的片簧，其中斜撑的两个侧面是凹进的，在片簧上形成有多个接受孔，并且在片簧的接受孔形成有支撑突出部分，使得支撑突出部分能够支撑凹进的侧面。

每个斜撑的至少一端优选是不对称凸起的，并且每个斜撑的至少一端优选是对称凸起的。

每个斜撑的至少一端的上边缘和下边缘优选是圆形。

根据进一步的优选实施例，紧固单元进一步包括用于定位斜撑的内环和外环，在内环和外环分别形成多个接受孔，内环从片簧向内部空间设置，外环从片簧向内部空间相反的方向设置。

在一个进一步的优选实施例中，外壳的内部空间和紧固单元是环形形成的，并且斜撑的端部形成的弧是一个完整的圆。

在另一个优选实施例中，外壳的内部空间朝外壳的外部敞开，并且紧固单元是作为一对彼此面对的元件提供的，每个元件设置在外壳的内部空间中。

它进一步优选包括一个或多个产生弹性力的弹性构件，以便加宽这对紧固单元的外端之间的间隔。

在再一个优选实施例中，提供至少一对弹性构件，这对弹性构件中的每个分别邻接每个紧固单元，并且这对弹性构件中的每个邻接外壳。

本发明使用的套筒扳手的示范套筒包括具有内部空间的外壳和设置在外壳的内部空间中的圆形紧固单元，其中紧固单元包括多个斜撑，并且每个斜撑的端部向外壳内部空间突出，并形成一个圆。

在再一个优选实施例中，每个斜撑的至少一端是不对称凸起的。

在再一个优选实施例中，每个斜撑的至少一端的上边缘和下边缘为圆形。

附图说明

结合在说明书中并且构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理，其中：

图1示出了根据现有技术的一个专门设计的套筒连接到具有六边形周边的紧固件的状态；

图2示出了根据现有技术的扳手和带有多边形周边的紧固件之间的间隙；

图3示出了根据本发明第一优选实施例的螺栓和螺母的透视图；

图4示出了根据本发明第二优选实施例的螺栓和螺母的透视图；

图5是根据本发明第三优选实施例的扳手的分解透视图；

图6是根据本发明第三优选实施例的扳手的局部截面图，其横截面垂直于它的外壳的轴线；

图7是根据本发明第三优选实施例的扳手的紧固单元的分解透视图；

图8示出了根据本发明第三或第五优选实施例的扳手的斜撑的平面图和侧视图；

图9示出了根据本发明第三优选实施例的扳手的工作行程；

图10示出了根据本发明第三优选实施例的扳手的自由行程；

图11是根据本发明第四优选实施例的套筒扳手的套筒的透视图；

图12是根据本发明第五优选实施例的扳手的分解透视图；

图13是根据本发明第五优选实施例的扳手的局部截面图，其横截面垂直于它的外壳的轴线；

图14示出了在没有与紧固件啮合时的根据本发明第五优选实施例的扳手；和

图15示出了与紧固件啮合时的根据本发明第五优选实施例的扳手。

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明的优选实施例。

首先，参考图3和图4详细说明本发明的紧固件的优选实施例。

本发明的优选实施例的紧固件可以是螺栓和螺母，图3和图4分别示出了本发明的紧固件的这种实施例。

如图3所示，根据本发明第一实施例的螺栓300包括一个具有螺纹部分315的螺栓体310，和一个从螺栓体310延长的螺栓头320，其中螺栓头320的周边325形成为圆形。

螺栓头320的与螺栓体310相反的对侧330可以是任何形状的，例如凸起的、平的和凹陷的，但是，优选是凸起的或平的。图3显示的对侧330是凸起的。

在对侧330上可以形成装饰槽335。装饰槽335可以是任何形式的，图3中将字符“A”显示为装饰槽335。

如图3所示，根据本发明第一实施例的螺母350具有一个用于接受螺栓的螺纹孔360，并且环绕螺纹孔360的轴线375的螺母350的周边是圆形的。标号365指的是形成在螺母350的内表面上的螺纹。

周边370可以局部地形成在螺母350的宽度W1以内，但是，优选形成在整个宽度W1上。

如图4所示，根据本发明第二实施例的螺栓400包括具有螺纹部分415的螺栓体410，和从螺栓体410延长的螺栓头420，其中螺栓头420的周边425被形成为多于十二边的多边形。图4示出的周边425为十六边形。

螺栓头420的与螺栓体410相反的对侧430可以是任何形状的，例如凸起的、平的和凹进的，但是，优选是凸起的或平的。图4示出的对侧430为凸起的。

在对侧430上可以形成装饰槽435。装饰槽435可以是任何形式的，图4中将字符“A”显示为装饰槽435。

如图4所示，根据本发明第二实施例的螺母450具有一个用于接受螺栓的螺纹孔460，并且环绕螺纹孔460的轴线475的螺母450的周边470是圆形的。图4示出的周边470为十六边形。标号465指的是形成在螺母450的内表面上的螺纹。

周边470可以局部地形成在螺母450的宽度W2之内，但是，优选形成在整个宽度W2上。

以下参考图5至图8详细说明根据本发明第三优选实施例的扳手。

图5示出了根据本发明第三优选实施例的扳手500的分解透视图。

如图5所示，本发明第三实施例的扳手500包括一个具有内部空间505的外壳510、一个用于向外壳510提供扭矩的手柄520和一个设置在外壳510的内部空间505中的紧固单元530。

图5显示了手柄520优选从外壳510沿垂直于外壳的轴线515的方向延伸，但是，延伸方向不必仅限于此，手柄520也可以与轴线515形成预定的角度，甚至可以沿轴线515的方向延伸。

紧固单元530包括多个斜撑540，在图5中示出了紧固单元530的总体方案，在图6和图7示出了紧固单元530的进一步的详细方案。

图6是根据本发明第三优选实施例的扳手500的局部截面图，其横截面垂直于外壳510的轴线515。

如图6所示，斜撑540的每个端部610向外壳510的内部空间505突出，端部610形成了弧620。

更具体地讲，根据第三实施例，外壳510的内部空间505和紧固单元530为圆形，并且斜撑540的端部610形成的弧620是一个完整的圆。

紧固单元530进一步包括一个片簧630、一个内环640和一个外环650，它们每个都是用来定位斜撑540的。

片簧630设置在邻近斜撑540的中心线的位置，内环640设置在从中心线朝向内部空间505的位置，外环650设置在从中心线朝向内部空间505相反的方向的位置，从而它们是以从空间505的中心依次为内环640、片簧630和外环650的顺序设置的。

在图7中示出了紧固单元530的分解透视图，下面参考这个分解透视图进一步详细说明紧固单元530。

在片簧630、内环640和外环650每个的对应位置上分别形成了多个接受孔730、740和750。

当组装片簧630、内环640和外环650时，将斜撑540嵌入对应的孔730、740和750中。

为了接受斜撑540，将接受孔730、740和750的宽度形成为大于斜撑540的宽度。

如图7所示，斜撑540的两侧710在其中心附近是凹进的，并且在片簧630的接受孔730形成有支撑突出部分735，以便使支撑突出部分735能够支撑凹进的侧面710。

因此，当把斜撑540嵌入到片簧630中时，支撑突出部分735支撑着凹进侧面710，防止斜撑540从紧固单元530分离。

下面参考图8进一步详细说明斜撑540的形状。

图8示出了斜撑540的平面图和侧视图，其中图8中向上的方向是朝向外壳510的方向，向下的方向是朝向内部空间505的方向。

如图8的平面图所示，上端810，也就是朝外壳510的一端，是对称凸起的，而下端820，也就是朝内部空间505的一端，是不对称凸起的。因此，上端810和下端820之间的长度根据斜撑540对准的角度而不同。

将斜撑540的下端820的上边缘和下边缘830和840制造成圆角，以便能够将螺栓和螺母之类的紧固件容易地***紧固单元530。

即使在斜撑540的端部610形成的圆弧620的直径比紧固件的周边稍小的情况下，也能把紧固件容易地***紧固单元530。

以下参考图9和图10详细说明第三实施例的扳手500的操作。

图9示出了如何能够拧紧紧固件。

为了利用扳手500操纵紧固件900，将紧固件900***到紧固单元530中。因此，紧固件900的周边910接触斜撑540的端部820，并且斜撑540的端部810接触外壳510的内表面950。紧固件900的周边910是圆形的，或是多于十二边的多边形。

当如图9所示顺时针方向旋转扳手500时，与紧固件900的周边910和外壳510的内表面950接触的斜撑540由于接触表面的摩擦受到顺时针的旋转力。

如果顺时针方向旋转，远端810与820之间的距离加大，但是由于外壳510和紧固件900都是刚性体，所以斜撑540不能顺时针方向转动。因此，斜撑540更紧地挤塞在外壳510与紧固件900之间。

因此，多个斜撑540用足够的强度固定住紧固件900，并且它们因此把足够大的扭矩传递到紧固件900的周边910。

尽管图9示出了顺时针方向提供扭矩的情况，但是应当知道也可以提供逆时针方向扭矩的情况，因为为了提供逆时针方向的扭矩，可以简单地把扳手反过来使用。

根据上述操作，可以拧紧或放松紧固件900。

以后将这种施加力并旋转紧固件900一个角度称为一个“工作行程”。反复地将工作行程施加到紧固件900，可以把紧固件900拧紧或放松到所需位置。

为了不使扳手500从紧固件900脱离地反复施加工作行程，将扳手500以工作行程相反的方向(对于图9中所示的工作行程的例子，是逆时针方向)旋转。以后将这种扳手500在工作行程相反的方向上的转动称为“自由行程”。

以下参考图10说明自由行程中扳手500的操作。

当如图10所示在逆时针方向旋转扳手500时，与紧固件900的周边910和外壳510的内表面950接触的斜撑540由于接触表面的摩擦而受到逆时针方向的转动力。

因此，迫使斜撑540从紧塞在外壳510和紧固件900之间的状态释放。

在这种情况下，如图10所示，支撑斜撑540的凹进侧面710的支撑突出部分735向紧固件900弯曲，并且斜撑540从弯曲的突出部分735接受到顺时针的再定位扭矩。因此，即使在逆时针方向旋转扳手500时，斜撑540也能保持与紧固件900的周边910和外壳510的内表面950接触。

因此，当再次顺时针方向旋转扳手500时，扳手500不会出现空转，并且将扭矩立即传递到紧固单元530，随后传递到紧固件900。

由于在工作行程和自由行程的循环期间不产生空转，因此，即使在由于附近的障碍使得操作扳手500的空间很小时，也能容易地拧紧或放松紧固件900。

图7至图10中所示的并且参考它们说明的紧固单元530的操作机构也可以应用于套筒扳手的套筒。

图11是根据本发明第四优选实施例的套筒扳手的套筒1100的透视图。

如图11所示，根据本发明第四优选实施例的套筒扳手的套筒1100包括一个具有内部空间1105的外壳1110，和一个设置在外壳1110的内部空间1105中的圆形紧固单元1130。紧固单元1130包括多个斜撑1140，斜撑1140的每个端部都向外壳的内部空间1105突出，并形成一个圆。

本发明第四实施例的套筒1100的紧固单元1130可以具有与第三实施例的扳手500的紧固单元530相同的结构，因此，在这里不再对紧固单元1130做进一步的详细说明，因为熟悉本领域的人通过参考图6至图10以及它们的说明可以清楚地理解紧固单元1130的详细特征。

以下参考图12至图15详细说明本发明第五优选实施例的扳手。

图12是根据本发明第四优选实施例的扳手1200的分解透视图。

如图12所示，第四实施例的扳手1200包括一个具有内部空间1205的外壳1210、一个用于向外壳1210提供扭矩的手柄1220和一个设置在外壳1210的内部空间1205中的紧固单元1240。

外壳1210包括一对相互面对的紧固钳口1260，并且有一个接收区1265形成在每个紧固钳1260的内部。接收区1265邻接外壳1210的内部空间1205，并且外壳1210的内部空间1205在垂直于外壳1210的轴线1215的方向上向外壳1210的外部敞开。

紧固单元1230是成对提供的，并且设置在外壳1210的内部空间1205中，更具体地讲，在紧固钳1260的接收区1265中，这对紧固单元1230相互面对。

每个紧固单元1230包括多个斜撑1240。图12中示出了紧固单元1230的轮廓，并且在图13中示出了它的进一步的详细特征。

图13是根据本发明的第四优选实施例的扳手的局部截面图，其横截面垂直于它的外壳的轴线。

如图13所示，斜撑1240的每个端部1310都向外壳1210的内部空间1205突出，并形成弧1320。

紧固单元1230进一步包括用于定位斜撑1240的一个片簧1330、一个内环和一个外环1350。除了弧1320没有形成完整的圆之外，斜撑1240、片簧1330、内环和外环1350以及它们的协作关系都与图6至图8中所示的相同，并且参考它们的说明也相同。

本发明第五实施例的扳手1200进一步包括产生弹性力以使紧固单元对1230的外端1350之间的间隔变宽的弹性构件1370。

为了这种操作，将弹性构1370成对提供，这对弹性构件1370的每个在其近端1365分别邻接每个紧固单元1230，并且这对弹性构件1370中的每个邻接外壳1210。

将弹性构件1370具体实现为螺旋弹簧，并且在外壳的内圆周1380形成用于引导弹簧操作的导向孔1385。

弹性构件1370位于导向孔1385中，并且在紧固单元1230上产生偏压力。

因此，在扳手1200没有***作时，将每个紧固单元1230保持在紧固钳口1260的对应接收区1265中。

在这对弹性构件1370之间，在外壳1210的内圆周1380上形成有一个突出部分1390，以便使两个紧固单元1230可靠地分离。

图14和图15分别示出了在没有与紧固件啮合时和与紧固件啮合时的扳手1200。

为了拧紧或放松紧固件1400，将扳手1200移动到紧固件1400，使得紧固件1400嵌在面对的紧固钳口1260之间，更具体地讲，嵌在紧固钳口1260的面对的紧固单元1230之间。

当把扳手1200推向紧固件1400时，紧固单元1230如图15中所示地移动，以便压缩弹性构件1370，从而使这对紧固单元1230包围并且紧紧握住紧固件1400。

在这种情况下，当在顺时针方向旋转扳手1200时，斜撑1240如同参考图9说明的那样操作，从而把顺时针的扭矩传递到紧固件1400。

在扳手1200的自由行程中，斜撑1240如同参考图10说明的那样操作，从而改变了扳手1200的角度位置，并且准备后续的工作行程，而没有产生空转。

根据本发明的一个优选实施例的诸如螺栓和螺母之类的紧固件，由于接受拧紧/放松扭矩的周边是圆形或是多于十二边的多边形，所以可以利用减小的外部尺寸取得相同的强度和耐久性。

此外，减少了用于制造紧固件的材料量。因此，减小了与紧固件的使用结合的组件的重量。

也减小了在接受拧紧/放松扭矩的周边是暴露的情况下组件移动时空气流动的拖动阻力。

特别是在紧固件的周边是圆形的时候，由于不需要形成角的过程，所以简化了制造过程，因此进一步降低了紧固件的制造成本。

根据本发明的一个优选实施例的套筒扳手的扳手或套筒，可以容易地拧紧和放松具有圆形周边或多于十二边的多边形周边的紧固件。

此外，由于在工作行程和自由行程的循环过程中不发生空转，从而即使在由于靠近障碍使得操作扳手的空间很小时，也能更容易地拧紧或放松紧固件。

尽管本发明是结合当前考虑为最可行和优选的实施例说明的，但是应当知道，本发明并不限于说明的实施例，而是相反，应当包含包括在附属权利要求的精神和范围内的各种修改和等价替换。

Claims (12)

1.一种扳手，包括：

具有内部空间的外壳；

用于向外壳提供扭矩的手柄；和

设置在外壳的内部空间中的一个或多个紧固单元，

其中：

紧固单元包括多个斜撑和用于定位斜撑的片簧；

每个斜撑的端部向外壳的内部空间突出，并形成一个弧；

斜撑的两个侧面是凹进的；

在片簧形成有多个接受孔；

每个斜撑穿过片簧的接受孔；并且

在片簧的接受孔形成有一个支撑突出部分，以便使突出部分支撑凹进的侧面。

2.根据权利要求1所述的扳手，其中每个斜撑的至少一端是不对称凸起的。

3.根据权利要求1所述的扳手，其中每个斜撑的至少一端是对称凸起的。

4.根据权利要求1所述的扳手，其中每个斜撑的至少一端的上边缘和下边缘为圆形。

5.根据权利要求1所述的扳手，其中：

紧固单元进一步包括用于定位斜撑的内环和外环；

在内环和外环分别形成有多个接受孔；

内环设置在从片簧朝向内部空间的一侧；和

外环设置在从片簧朝向内部空间的相反的一侧。

6.根据权利要求1所述的扳手，其中：

外壳的内部空间和紧固单元形成为圆形；和

斜撑的端部形成的弧是一个完整的圆。

7.根据权利要求1所述的扳手，其中：

外壳的内部空间向外壳的外部敞开；和

紧固单元有一对，每个紧固单元设置在外壳的内部空间中，一对紧固单元彼此面对。

8.根据权利要求7所述的扳手，进一步包括一个或多个产生弹性力以便使一对紧固单元的外端之间的间隔变宽的弹性构件。

9.根据权利要求8所述的扳手，其中：

弹性构件至少有一对；

这对弹性构件中的每个分别邻接每个紧固单元；和

这对弹性构件中的每个邻接外壳。

10.一种套筒扳手的套筒，包括：

具有内部空间的外壳；和

设置在外壳的内部空间中的圆形紧固单元，

其中：

紧固单元包括多个斜撑；和

每个斜撑的端部向外壳的内部空间突出，并形成一个圆。

11.根据权利要求10所述的套筒，其中每个斜撑的至少一端是不对称凸起的。

12.根据权利要求10所述的套筒，其中每个斜撑的至少一端的上边缘和下边缘为圆形。

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