CN102770672A - 波形螺纹牙型 - Google Patents
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Abstract
一种螺纹紧固件用螺纹牙型，包括沿大体螺旋的路径延伸的多个螺距，并包括多个波形螺纹部分，每个波形螺纹部分偏离直线螺旋路径，相邻波形螺纹部分由标准螺纹部分隔开，每个标准螺纹部分沿大体直线的螺旋路径延伸。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张2010年2月26日提出的第61/308703号美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明大体上涉及螺纹紧固件，具体而言，本发明涉及用于在螺纹连接组件中形成牵出扭矩(prevailing torque)的螺纹紧固件的螺纹外形。
背景技术
简单的螺纹紧固件由外螺纹组件和内螺纹组件组成，内外螺纹组件相互啮合。根据美国工业用紧固件协会(IFI)的定义，螺纹是在圆柱体外表面或内表面上以螺旋线形式出现的等截面牙面。为了提高各种紧固件的性能，人们已经设计了各种螺纹外形。通常，各种螺纹的基础都是直线螺旋线(straight-linehelix)形式。螺距因紧固件的类型或尺寸而异，此外，在同一紧固件的不同部分设置不同的螺距也是众所周知的。但是，无论螺距怎么变化，螺纹还是直螺旋线。
在标准的紧固件设计中，对于既定或“基础”螺距，外螺纹的螺距等于或小于基础螺距，而内螺纹的螺距等于或大于基础螺距。结果，外螺纹“浮”在内螺纹内，使得两个组件无干扰或仅有少许干扰地共同旋转整个螺纹长度，直到在最后拧紧紧固件时向两个组件施加夹紧力。拧紧紧固件、施加夹紧力以后，由于紧固件承受张紧力，紧固件中的弹性会形成摩擦力。振动、倾斜螺纹面随时间的滑动、热胀冷缩循环等原因可导致夹紧力减小。大家都知道用螺母变形产生牵出扭矩或者在螺纹中涂胶状物质来保持外螺纹组件和内螺纹组件的相对位置，即使夹紧力已消失。使螺母弯曲会使生产成本大大增加，而为此使用的现有胶状物质很难适应极端温度条件，且重复使用性差。
在非标准情况下使用螺纹紧固件还有其它困难。拧紧紧固件时需要施加夹紧力，也就是说要将紧固件的头部、内螺纹紧固件的接触面及两者之间的所有材料或组件压在一起。对于所谓的“软接头”，例如将弹性材料、垫圈等结合在一起的接头，期望紧固件接头牢固，而不会在被结合的材料上施加过大的夹紧力。如使用凸肩螺丝或带垫片的标准紧固件，则会使装配复杂并增加成本。
众所周知，螺纹紧固件先要预装配在某些组件中，这些组件与其他组件或相关元件装在一起，最后进行紧固。例如，各种现场电气组件都有在终端设置到位的螺丝，以供安装电线。在正确定位电线后，使螺丝紧固，以在电线和电气组件之间建立电气连接。为了防止螺丝掉落而影响组件的使用性能，预装的螺丝位置必须相对固定。
第7326014号美国专利公开了一种相互配合的螺丝螺纹，其包括在紧固件杆部的螺旋形螺纹中设置的曲线路径螺纹。曲线螺纹的螺距沿紧固件的理想部分形成预期的牵出扭矩。与常用紧固件所用的直线螺旋路径不同的是，7326014号专利公开的相互配合螺丝使用螺旋状的曲线路径。7326014号专利公开的示例性实施方式采用正弦波路径。
为了确保与配套螺纹的对齐结合，上述第7326014号美国专利采用了绕紧固件杆部旋转360°的三个波形周期。每个波峰与前一波峰相隔120°，并且这些波形一个紧接另一个，从而所有波形聚集在一个螺距内。虽然这种形式很有效，但是紧固件必须依赖定位才能实现螺纹波形部分的优势。在螺纹连接组件中，必须相对于配套螺纹使螺纹波形部分进入适当的位置，以确保三个波正确地啮合、对齐。例如，常见的做法是在紧固件内螺纹组件中设置四个内螺纹螺距。为获得最佳的效果，紧固件外螺纹组件的三个波应被定位为与内螺纹组件的螺纹啮合。如果紧固件外螺纹组件相对于紧固件内螺纹组件旋转过多或过少，则与内螺纹组件啮合的波数不足三个，螺纹连接组件达不到理想的效果。因此，必须协调紧固件组件的最终关系，以正确地设置波位置，使其最终与内螺纹组件相啮合。
希望提供一种具有相互配合螺纹的螺纹紧固件，相互配合螺纹不依赖定位，并沿螺纹长度方向上的细长部分形成牵出扭矩。
发明内容
本申请所述的波形螺纹牙型提供了具有内置牵出扭矩的紧固件，其优势能够通过在紧固件组件中任意放置紧固件、并沿大体螺旋的螺纹设置波形螺纹部分和标准螺纹部分而实现。在一个优选牙型中，每个波形螺纹部分的延伸距离小于一个整螺距，并通过延伸距离为一个整螺距的标准螺纹部分与相邻的波形螺纹部分隔开。
根据一个实施方式的一个方面，提供了一种螺纹紧固件用螺纹牙型，螺纹紧固件具有沿大体螺旋的路径延伸多个螺距的螺纹，所述螺纹牙型包括多个波形螺纹部分，每个波形螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段中的螺纹偏离直线螺旋路径。相邻波形螺纹部分之间具有标准螺纹部分，每个标准螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段沿大体直线的螺旋路径延伸。
根据该实施方式的一个方面，提供了一种螺纹紧固件，包括杆部和位于所述杆部上的螺纹，所述螺纹沿大体螺旋的路径界定多个螺距。所述螺纹包括多个波形螺纹部分，每个波形螺纹部分界定一个螺纹段，螺纹在该螺纹段中偏离直线螺旋路径，还包括位于相邻波形螺纹部分之间的标准螺纹部分，每个标准螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段沿大体直线的螺旋路径延伸。
对于本文所述的波形螺纹牙型的一个实施方式，其优势在于提供了一种沿紧固件伸长部分具有内置牵出扭矩的紧固件，将紧固件放在紧固件组件的任意位置即可实现牵出扭矩的优势。
对于本文所述的波形螺纹牙型的一个实施方式，其另一项优势在于提供了一种具有内置牵出扭矩的紧固件，可以在软接头中有效地使用。
对于本文所述的波形螺纹牙型的至少一些实施方式，其另一项优势在于提供了具有内置牵出扭矩的螺纹紧固件，该螺纹紧固件可用于细牙螺纹紧固件、小直径紧固件，和/或至少有一个螺纹组件采用较软材料的紧固件连接组件。
下面的详细说明、权利要求书及附图有助于本领域的技术人员清晰地了解本发明的特性和优势，附图采用相似的数字标示类似特性。
附图说明
图1为本发明所公开的具有波形螺纹牙型的螺纹紧固件的透视图；
图2为从图1所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图3为从图2所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图4为从图3所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图5为从图4所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图6为从图5所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图7为从图6所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图8为从图7所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图9为从图8所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图10为从图9所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图11为从图10所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图12为从图11所示位置向右或顺时针旋转30°的螺纹紧固件透视图；
图13为波形螺纹牙型的一种替代牙型的局部放大图。
在对本发明的实施方式进行详细说明前应该理解的是，本发明并不局限于下文所述的或附图所示的组件构造和布局细节。本发明还有其他实施方式以及不同的实践或进行方式。另外还需要理解的是，本发明的措辞和术语仅为说明所需，不得视为对本发明的限制。本文所述的“包括”、“包含”及其变化包括后续项和同等项，以及附加项和同等项。
具体实施方式
现在具体参考附图，特别参考图1进行说明，数字100代表螺纹紧固件，具体而言，代表螺栓，其具有头部102、杆部104，以及具有波形螺纹牙型的连续螺旋螺纹106。螺旋螺纹106在杆部104上沿大体上螺旋的路径延伸，并形成多个螺距(thread pitch)，每个螺距相当于在杆部104上旋转一整圈的螺旋距离。螺旋螺纹106包括引导螺纹部分108、标准螺纹部分110及波形螺纹部分112，详细说明请参见下文。所示的示例性实施方式的每个波形螺纹部分112的延伸距离小于一个整螺距，并形成一个螺纹段，在该螺纹段中，螺纹偏离直线螺旋路径。所示的示例性实施方式中的各标准螺纹段110的延伸距离为一个整螺距，并形成一个大体上沿直线螺旋路径延伸的螺纹段。在所示的示例性实施方式中，紧固件100的头部102对面的杆部104端部具有一个平端或平顶114，但是本领域的技术人员应该理解，还可以设置锥端或锥顶。
如图1所示，螺纹106包括位于螺纹顶部124与螺纹根部126之间的压力侧面120和牵引侧面122。螺纹106设置为沿杆部104延伸的大体上螺旋的形式，并可以延伸紧固件100大体上全长的距离，或者在与紧固件两端间隔一些距离的地方开始或结束。
图2-12所示的紧固件100在前一视图的角度上旋转了30°。因此，图2所示的紧固件100在图1的角度上旋转了30°；图3所示的紧固件100在图2的角度上旋转了30°(因此在图1的角度上旋转了60°)；图4所示的紧固件100在图3的角度上旋转了30°(因此在图2的角度上旋转了60°，在图1的角度上旋转了90°)；剩下的图5-12以此类推。需要注意的是，图1所示的紧固件100在图12所示的角度上旋转了30°。
应该理解的是，附图所示的具体紧固件仅作示例，本申请所公开的波形螺纹牙型还适用各种紧固件，包括在加长杆部上仅具有有限螺纹部分的紧固件、螺杆型紧固件及其他类型的螺纹紧固件。在所示的示例性实施方式中，头部102为需用扳手啮合的六边形。本领域的技术人员很容易理解，头部102的形状可以采用六边形以外的配置。因此，头部102可以开槽或开洞，以容纳螺丝刀、内梅花头螺纹刀(torx driver)或其它类型的螺丝刀。另外，头部102的外圆周可设置为啮合用于非六角形的驱动工具。
本文所述的波形螺纹牙型使用单独的波形，其延伸距离少于一个整螺距，在示例性实施例中的延伸距离约为一个螺距的1/3(因此，绕杆部104延伸120°)，相邻的波形螺纹部分由延伸距离约为一个整螺距的标准螺纹部(因此绕杆部104延伸360°)间隔开。因此，波形螺纹部分分布在多个螺距上，并且能延伸一个完整的螺纹104长度，或者延伸小于一个完整的螺纹长度的距离，其中，在其起点和/或终点具有一个标准螺纹。
在示例性实施方式中，用字母“a”到“m”和参考数字112一起连续地标示各个波形螺纹部分。相应地，从引导螺纹部分108开始，第一波形螺纹部分标示为112a，下一个波形螺纹部分为112b，以此类推。各种波形螺纹部分112a到112m之间的标准螺纹部分110采用类似的代码标注。波形螺纹部分112a和112b之间的第一标准螺纹部分标示为标准螺纹部分110a，波形螺纹部分112b和112c之间的第二标准螺纹部分标示为标准螺纹部分110b，沿紧固件100的长度方向上以此类推。
波形螺纹部分112a至112m中的每个波形螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段的延伸距离是一个螺距的三分之一，相邻的波形螺纹部分被一个标准螺纹部分110(延伸距离为一个整螺距)隔开。因此，相邻波形螺纹部分112a至112m的波峰间隔为1又1/3螺距。使波扩展扩大了紧固件的位置(stance)，使其与相配的紧固件内螺纹组件(用于接纳紧固件100)的内螺纹之间的相互作用更稳定、更平稳。无须将波形设置在紧固件的精确位置上，也无须将一个紧固件组件放在另一紧固件组件中的特定相对位置上就能够得到由波形螺纹所带来的牵引扭矩优势。如果紧固件长度方向上的任意三个螺距与配套的螺纹结构相互啮合，那么按照示例性实施方式所示出和描述的方式在外螺纹上设置的波形能够有效地起作用。这使得螺纹可以在任意位置开始，不必为最终装配专门考虑工具和紧固件。只要啮合任意三个螺距，则最终螺纹组件将包含合适数量的波形螺纹部分，以实现由波形螺纹部分112带来的牵出扭矩最大优势。
现在结合图1-12详细说明螺旋螺纹上的标准螺纹部分及波形螺纹部分的形式。第一波形螺纹部分112a的前面可以是适当长度的标准或引导螺纹部分108，且第一波形螺纹部分112a的延伸距离为1/3螺距或约等于绕杆部104旋转120°的距离。标准螺旋螺纹部分110a从第一波形螺纹部分112a开始延伸一个整螺距的距离，即从第一波形螺纹部分112a结束位置开始绕杆部104旋转360°。其后，第二波形螺纹部分112b延伸约1/3螺距(绕杆部104延伸120°)，接着标准螺纹部分110b延伸一个整螺距，绕杆部10延伸360°。然后，第三波形螺纹部分112c延伸约相当于绕杆部120°的距离。这种先设置绕杆部104延伸120°(1/3螺距)的波形螺纹部分、紧接着设置一个绕杆部104延伸360°(一个整螺距)的标准螺纹部分的形式从紧固件的引导端头开始遍及螺纹全长地重复。
通过对图1至图12中递增转动30°的紧固件的一系列图示进行比较可领会第一、第二及第三波形螺纹部分的位置。在图1中，第一波形螺纹部分112a及第三波形螺纹部分112c可见，而第二波形螺纹部分112b不可见。当紧固件旋转30°到图2的视角时，第三波形螺纹部分112c的可见部分减少，第一波形螺纹部分112a的可见部分增加。当紧固件再旋转30°到图3的视角时，第二波形螺纹部分112b进入视线。如图4所示，再旋转30°时，第三波形螺纹部分112c从视线中消失，第二波形螺纹部分112b的可见部分增加。第一波形螺纹部分112a保持可见状态。继续进展情况请参见图5-图12所示的紧固件的进一步旋转。同样也能从图1至图12中看出其他波形螺纹部分112d-112m的相对位置。
螺纹106在标准螺纹部分110和波形螺纹部分112中的横截面形状保持不变。横截面形状在整个螺旋形式中保持不变。但是，根部126和波峰124之间的整个螺纹沿波形螺纹部分112遵循曲线路径。在所示的示例性实施方式中，波形螺纹部分112在远离头部102、朝向末端114的方向上偏离直线路径；然而，也可以另一种方式设置紧固件，使波形螺纹部分在朝向紧固件头部、远离紧固件末端的方向上偏离直线路径，或者在两个方向上偏离直线路径。
在所示的示例性实施方式中，每个波形螺纹部分112界定一个延伸1/3螺距的单波；然而应该理解的是，可以使用含多个单波的波形螺纹部分，和/或波形螺纹部分的延伸距离可大于等于一个整螺距的1/3。此外，虽然所示及所述的示例性实施方式中，两个相邻波形螺纹部分112之间具有标准螺纹部分110，其中该标准螺纹部分110的延伸距离为一个整螺距，但是可以用延伸距离大于或小于一个整螺距的标准螺纹部分隔开相邻的波形螺纹部分。因此，可以用有利的方式设计螺纹连接组件中外螺纹和内螺纹之间的理想配合关系，以当螺纹连接组件中的三个以上或以下的螺距啮合时，能够充分利用波形螺纹部分提供的牵出扭矩特性。另外，可以为波形螺纹部分112的各个波选择不同的波幅，以形成所需的牵出扭矩特性，其中波幅越大则牵出扭矩越大，波幅越小则牵出扭矩越小。通过对波形螺纹部分112中各个波的波幅和频率、以及波形螺纹部分与标准螺纹部分110的间距进行选择，能够精确控制扭矩需求。
图13显示了波形螺纹牙型的另一个实施方式。图13所示的紧固件200包括杆部204、标准螺纹部分210以及与前文所述的波形螺纹部分112a-112m类似的波形螺纹部分212。波形螺纹部分212与相邻螺距上的嵌套(nested)波形螺纹部分213配对。波形螺纹部分212的波高具有如图13中的230所指的尺寸，嵌套波形螺纹部分213的波高具有如232所指的尺寸。嵌套波形螺纹213的波高232可以小于相关波形螺纹部分212的波高230。具有相关波形螺纹部分212的一半波高的嵌套波形螺纹部分213工作起来最有效。如图13所示，嵌套波形螺纹部分213与相关波形螺纹部分212在紧固件杆部204上大体上轴向对齐，并且，在示例性实施方式中，嵌套波形螺纹213与相关波形螺纹部分212在相同方向上偏离直线螺旋路径。在示例性实施方式中，波形螺纹部分212和嵌套波形螺纹部分213在朝向紧固件200的末端的相同的方向上偏离直线螺纹路径。当采用细牙螺纹和/或当螺纹紧固件的一个或另一个材料较软时和/或直径较小时，使用嵌套波形213有利于螺纹旋转。嵌套波形213克服了各种情况下啮合螺纹的根部干扰所导致的缺点。在紧固件连接组件中，嵌套波形不与内螺纹啮合，但是能够为内螺纹提供更多空隙。在较软的材料中，嵌套波形213允许由全尺寸相关波形部分212造成的材料变形。
上述实施方式的变化和修改均属于本发明的保护范围。应该理解，本文公开和定义的发明扩及文字及/或附图所提及或证明的两个以上单个特性的所有可选组合。所有此类不同的组合构成本发明的各种可选方面。本文所述的实施方式介绍了实践本发明的最佳模式，并可使本领域的其他技术人员对本发明进行利用。权利要求书应解释为包括在现有技术允许的范围内的各种可选实施方式。
以下权利要求书载明了本发明的各种特性。
Claims (20)
1.一种螺纹紧固件用螺纹牙型，螺纹紧固件具有沿大体螺旋的路径延伸多个螺距(thread pitch)的螺纹，所述螺纹牙型包括：
多个波形螺纹部分，每个波形螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段中的螺纹偏离直线螺旋路径；及
相邻波形螺纹部分之间的标准螺纹部分，每个标准螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段沿大体直线的螺旋路径延伸。
2.根据权利要求1所述的螺纹牙型，每个波形螺纹部分的延伸距离小于一个整螺距。
3.根据权利要求1所述的螺纹牙型，每个标准螺纹部分的延伸距离至少等于一个整螺距；
4.根据权利要求1所述的螺纹牙型，每个波形螺纹部分的延伸距离约等于三分之一螺距，并界定一个完整的波形，该波形在一个方向上偏离直线螺旋路径；每个标准螺纹部分的延伸距离约等于一个整螺距。
5.根据权利要求4所述的螺纹牙型，包括至少三个所述波形螺纹部分。
6.根据权利要求1所述的螺纹牙型，每个所述波形螺纹部分界定具有第一波高的波形，所述螺纹包括嵌套(nested)波形螺纹部分，其界定具有第二波高的波形，第二波高小于所述的第一波高，所述嵌套波形螺纹部分位于与所述波形螺纹部分中的一个波形螺纹部分相邻的螺距上，并与所述波形螺纹部分在同一方向上偏离直线螺旋路径。
7.根据权利要求6所述的螺纹牙型，所述嵌套波形螺纹部分与相邻螺距上的波形螺纹部分在轴向上对齐。
8.一种螺纹紧固件，包括：
杆部；
位于所述杆部上的螺纹，所述螺纹沿大体螺旋的路径界定多个螺距；
所述螺纹包括多个波形螺纹部分，每个波形螺纹部分界定一个螺纹段，在该螺纹段中的螺纹偏离直线螺旋路径；以及
相邻波形螺纹部分之间的标准螺纹部分，每个标准螺纹部分界定一个螺纹段，该螺纹段沿大体直线的螺旋路径延伸。
9.根据权利要求8所述的螺纹紧固件，每个所述波形螺纹部分的延伸距离小于一个整螺距。
10.根据权利要求9所述的螺纹紧固件，每个所述波形螺纹部分的延伸距离约等于三分之一螺距。
11.根据权利要求10所述的螺纹紧固件，每个位于相邻波形螺纹部分之间的所述标准螺纹部分的延伸距离约等于一个整螺距。
12.根据权利要求11所述的螺纹紧固件，每个所述波形螺纹部分界定第一波高，所述螺纹包括嵌套波形螺纹部分，其界定具有第二波高的波形，第二波高小于所述的第一波高，所述嵌套波形螺纹部分位于与所述波形螺纹部分中的一个波形螺纹部分相邻的螺距上，并与所述波形螺纹部分在同一方向上偏离直线螺旋路径。
13.根据权利要求12所述的螺纹紧固件，所述嵌套波形螺纹部分与相邻螺距上的波形螺纹部分在轴向上对齐。
14.根据权利要求13所述的螺纹紧固件，所述第二波高约为所述第一波高的一半。
15.根据权利要求8所述的螺纹紧固件，每个所述波形螺纹部分界定一个具有第一波高的波形，所述螺纹包括嵌套波形螺纹部分，其界定具有第二波高的波，第二波高小于所述的第一波高，所述嵌套波形螺纹部分位于与所述波形螺纹部分中的一个波形螺纹部分相邻的螺距上，并与所述波形螺纹部分在同一方向上偏离直线螺旋路径。
16.根据权利要求15所述的螺纹紧固件，所述嵌套波形螺纹部分与相邻螺距上的波形螺纹部分在轴向上对齐。
17.根据权利要求8所述的螺纹紧固件，还包括位于所述杆部的一端的头部，以及位于所述杆部的相对的一端的末端，每个所述波形螺纹部分界定一个波形，其朝向所述杆部的末端偏离直线螺旋路径。
18.根据权利要求17所述的螺纹紧固件，其特征在于每个所述波形螺纹部分界定一个具有第一波高的波形，所述螺纹包括嵌套波形螺纹部分，其界定具有第二波高的波，第二波高小于所述的第一波高，所述嵌套波形螺纹部分位于与所述波形螺纹部分中的一个波形螺纹部分相邻的螺距上，并与所述波形螺纹部分在同一方向上偏离直线螺旋路径。
19.根据权利要求18所述的螺纹紧固件，每个所述嵌套波形螺纹部分与相邻螺距上的波形螺纹部分在轴向上对齐。
20.根据权利要求19所述的螺纹紧固件，所述第二波高约为所述第一波高的一半。
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