CN1906422A - U形螺栓组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种U形螺栓，该螺栓包括具有弯曲部分(16)和两个端部(20)的杆(10)。该端部各自具有螺纹表面(40)，弯曲部分位于该端部之间。该端部的至少一部分具有三角牙形状，并且弯曲部分进行成形，使得端部之间的距离短于该端部的长度。
Description
技术领域
本发明涉及一种U形螺栓组件，并且特别设计用于夹紧、固定或密封一个或多个元件的U形螺栓组件。
背景技术
U形螺栓在许多应用中得以使用，包括夹紧一个或多个元件、固定一个或多个元件或者在两个元件之间密封所连接的区域。U形螺栓通常和横构件和多个螺母结合使用。
在典型的应用中，一对螺母旋在设置在U形螺栓上的一对螺纹端部上。当螺母旋在该端部上时，它们在U形螺栓上的弯曲部分的方向上将力施加在横构件上。螺母旋在该端部上，直到它们到达端部上的所需点为止，由此横构件离开弯曲部分所需距离进行定位。以此方式，螺母可旋紧，使得U形螺栓和横构件协作，以便固定定位在它们之间的一个或多个元件或者夹紧定位在它们之间的一个或多个元件。
在某些应用中，例如在车辆的排放***中，具有连接在一起以便形成用于排放气体的流体通路的多种形状和长度的多个排放导管、管道、软管或管线。除了夹紧、支承或固定之外，同样重要的是连接区域设置基本上防泄漏和机械固定的接合部。通常对于这些应用来说，横构件设置与U形螺栓上的相应凹入弯曲部分相对的凹入部分。在横构件和U形螺栓通过使用旋在U形螺栓的端部上的一对螺母相对压迫时，相应的凹入部分进行接触，以便减小或消除来自于连接区域的泄漏。有时由于这种U形螺栓和横构件窄小，使其难以完全覆盖连接区域，同样困难的是实现均匀的防泄漏接合部。这种问题通过与U形螺栓和横构件相结合使用一个或多个相对宽的垫片来克服，以便有效和方便地密封连接区域。
无论是何种应用，通常重要的是螺母在旋在端部上时不能松开或脱开，由此一个或多个元件进行固定、夹紧或密封。如果螺母离开该端部，由于一个或多个元件不能固定、支承、夹紧或密封，会出现安全隐患。本发明针对克服现有技术***中固有的这种和其它缺陷。
发明内容
本发明的范围只通过所附的权利要求来限定，并且不受到以下概论中的陈述影响。简单来说，U形螺栓包括具有弯曲部分和两个端部的杆，该端部各自具有螺纹表面，弯曲部分位于该端部之间，该端部的至少一部分具有三角牙形状，弯曲部分进行成形，使得该端部之间的距离短于该端部的长度。
发明内容
图1表示优选实施例的U形螺栓的侧视立视图；
图2表示可选择实施例的U形螺栓的侧视立视图；
图3表示杆的侧视立视图，以表示杆的长度；
图4表示优选实施例的U形螺栓端部上的螺纹表面的近视图；
图5表示优选实施例的U形螺栓端部上的锁定螺纹的近视图；
图6表示与螺母主体的螺纹协作的锁定螺纹的近视图；
图7表示与螺母主体的螺纹协作的锁定螺纹的近视图；
图8表示优选实施例的U形螺栓上的V形螺纹的近视图；
图9表示优选实施例的U形螺栓的弯曲螺纹的近视图；
图10表示可选择实施例的U形螺栓的弯曲螺纹的近视图；
图11表示可选择实施例的U形螺栓的螺纹表面的近视图；
图12表示当前优选实施例的U形螺栓上的端部的底部平面图；
图13表示U形螺栓上的纵向轴线的侧视立视图；
图13A表示钢晶粒和U形螺栓的纵向轴线的近视图；
图14是螺母垫片组件的分解透视图；
图15是螺母的侧视立视图；
图16是螺母的近视立视图；
图17是螺母的侧视立视图；
图18是螺母的近视侧视立视图；
图19是螺母和垫片的底部平面图，局部以截面表示；
图20是垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图21是垫片的近视立视图，局部以截面表示；
图22是垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图23是垫片的近视立视图，局部以截面表示；
图24是垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图25是垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图26是与U形螺栓上的端部协作的螺母垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图27是垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图28是可选择实施例的紧固组件的底部平面图，局部以截面表示；
图29是可选择实施例的紧固组件的顶部平面图，局部以截面表示；
图30是可选择实施例的螺母和垫片的侧视立视图，局部以截面表示；
图31是可选择实施例的螺母和垫片的上部环形和支承表面的四分之一部段的平面图，表示其周向上相互之间的关系；
图32是可选择实施例的组件中配合的面和面的弧形部分(在当前视图中180弧上)的放大截面图，由此直接表示弯曲表面的视图；
图33是螺母垫片组件的侧视立视图，局部以截面表示；
图34是垫片的近视立视图，局部以截面表示；
图35是螺母垫片组件的底部平面图，局部以截面表示；
图36是垫片的分解透视图；
图37是螺母的侧视立视图；
图38是螺母垫片组件的顶部平面图，局部以截面表示；以及
图39是螺母垫片组件的侧视立视图。
具体实施方式
现在参考附图，图1表示本发明优选实施例的U形螺栓5。U形螺栓5包括金属，最好是铝。按照本发明的一个方面，金属是铜。按照本发明的另一方面，金属是铁。
在本发明的一个方面中，金属是合金。按照本发明另一方面，金属包括铁和非铁材料。按照本发明的另一方面，金属是钢。通过实例而没有限制含义，钢是不锈钢，例如A286。在本发明的另一方面中，钢是低碳钢，例如1010。在本发明的另一方面中，钢是中碳钢，例如1038、1541、4037、8640或8650。在本发明的又一实施例中，钢是高碳钢。
本领域普通技术人员同样理解到金属是超合金。按照本发明一个方面，超合金是青铜，按照本发明另一方面，超合金是高镊材料。按照本发明又一方面，U形螺栓5包括马氏体材料，例如410或416。按照本发明的再一方面，U形螺栓5包括奥氏体材料，例如302HQ、304或305。按照本发明的另一方面，金属是含铁材料。
图1表示本发明的当前优选实施例的U形螺栓5。如这里描述那样，U形螺栓5包括设置弯曲部分16和两个端部20的杆10。优选实施例的弯曲部分16是圆形折弯。如图1所示，优选实施例的弯曲部分16设置半径17。
如图2所示，在杆10的可选择实施例中设置方形折弯的弯曲部分16。此实施例的弯曲部分16设置半径18。
如图1和2所示，弯曲部分16位于该对端部20之间。同样如这里描述那样，弯曲部分进行成形，使得在端部20之间具有距离D。距离D与图3所示的杆10的长度L相关。弯曲部分16进行成形，使得端部20之间的距离D短于杆10的长度。
至少一个端部20设置成形外表面。最好是两个端部20设置成形的外表面。在优选实施例中，端部20各自设置相同的成形外表面。
图1表示包括多个外表面的本发明优选实施例的端部20。如图1所示，端部20提供用于多个外表面的至少一个外表面的适当位置。优选实施例的下部圆柱形端部元件22包括多个螺纹40。靠近螺纹40的是没有螺纹的表面30。
本发明的外表面提供多种功能。在优选实施例中，包括多个螺纹40的表面用来将U形螺栓5连接到另一结构上。这种功能通过多个螺纹40和螺母主体62的协作螺纹的相互作用来实现。
端部20包括多个端部元件的至少一个端部元件。按照本发明一个方面，端部元件是圆柱形形状。按照本发明另一方面，端部元件是锥形形状。按照本发明的又一方面，端部元件是实心的。
图1表示包括多个端部元件的本发明的优选实施例。端部20包括上部圆柱形端部元件21、下部圆柱形端部元件22以及锥形端部元件23。在优选实施例中，上部圆柱形端部元件21经由锥形端部元件23连接到下部圆柱形端部元件22上。
本发明的U形螺栓5设置多个外表面。按照本发明一个方面，外表面是没有螺纹的表面30。按照本发明另一方面，外表面是螺纹表面40。
图4更加详细地描述螺纹表面40。如这里描述那样，螺纹表面40设置多个螺纹构造41、42和43。螺纹表面40设置锁定螺纹41。图5是更加详细地描述锁定螺纹41的截面图。如图5所示，锁定螺纹41设置多个倾斜表面44、46。在优选实施例中，锁定螺纹41设置第一倾斜表面44和第二倾斜表面46。有利的是，第一倾斜表面44相对于第二倾斜表面46的角度100在30°到70°的范围内，最好是60°。
位于第一倾斜表面44和第二倾斜表面46之间的是根部表面45。根部表面45相对于沿着端部20延伸的假想水平线A处于角度47上。最好是，角度47在4°和8°之间。根部表面45具有大于传统螺纹的宽度，并且构造成使得锁定螺纹47在弯曲部分16的方向上汇合。
锁定螺纹41构造成与螺母主体62的螺纹64协作。当螺母主体62旋在端部20上时，锁定螺纹41内的根部表面45将力施加在螺母主体62的螺纹64上。如图6所示，在螺母主体62的螺纹64包括金属的情况下，根部表面45将力施加在螺母主体62的螺纹64上，使得金属在螺纹64的侧面48上向上流动。
现在参考图7，螺母主体62的螺纹64重新成形，使得螺纹64通常与锁定螺母41的构造相符。如图7所示，螺母主体62的螺纹64的侧面48重新成形，使其与锁定螺纹41的至少一个倾斜表面44、46接触。图7还表示重新成形的螺母主体62的螺纹64，使得更大的表面区域与端部20上的根部表面45接触。
如图4所示，多个V形螺纹42靠近多个锁定螺纹41定位。在图8中更加详细地描述多个V形螺纹42的截面图。如这里描述那样，V形螺纹42设置第一侧面50和第二侧面51。侧面50、51相互邻靠，并且构造成V形。第一侧面50相对于第二侧面51位于一个角度上，该角度最好在30°和90°之间。
图4进一步表示靠近V形螺纹42定位的多个弯曲螺纹43。图9是更加详细地表示多个弯曲螺纹43的截面图。按照本发明的一个方面，弯曲螺纹43构造成防止错扣。按照本发明的另一方面，弯曲螺纹43构造成定向螺母主体62的螺纹64，使得螺纹64与端部20上的螺纹表面40对准。
如图9所示，弯曲螺纹43设置至少一个弯曲表面31。在优选实施例中，弯曲螺纹43设置第一侧面50和第二侧面51。弯曲表面31在第一侧面50和第二侧面51之间定位。如图9所示，第一侧面50相对于第二侧面51处于一个角度上，该角度最好在30°和90°之间。作为选择，如图10所示，第一和第二侧面50、51是弯曲的。
图11表示可选择螺纹表面40的截面图。如这里描述那样，螺纹表面40包括多个引导螺纹53。按照本发明的一个方面，引导螺纹53构造成防止错扣。按照另一方面，引导螺纹53构造成定向螺母主体62的螺纹64，使得螺纹64与端部20上的螺纹表面40对准。如图11所示，引导螺纹53位于端部20的一端处，并且设置相对于V形螺纹42减小的直径。
多个平顶螺纹63靠近引导螺纹53定位。如图1所示，平顶螺纹63设置多个平顶55。平顶55进行成形以便防止错扣，并且定向螺母主体62，使得螺纹64与端部20上的螺纹表面40对准。在图11所示的实施例中，平顶55是锥形或截顶锥形，最好是提供斜面的截面型面。
现在参考图12，表示端部20的底部截面图。端部20有利地设置三角牙形状；但是也可以使用圆形或椭圆形形状。
U形螺栓5通过多种工艺制造。按照本发明的一个方面，U形螺栓5进行机加工。按照本发明的另一方面，U形螺栓5通过铸造而成。按照本发明的又一方面，U形螺栓进行热成形或锻制。本发明的优选实施例是进行冷成形或锻制(通常公知为“冷墩”)。
在优选实施例中，U形螺栓由具有优选的取向或组织结构的钢制成。图13和13A所示的U形螺栓5设置纵向轴线12。U形螺栓5由具有带有优选的取向或组织结构的钢晶粒15的高强度钢制成。在优选定向中，U形螺栓5的钢晶粒15大致平行于纵向轴线12(见图13A)。
按照本发明的一个实施例的U形螺栓由高强度钢的坯料制成，其晶粒具有平行于坯料的纵向轴线的组织结构，使得这种组织结构化的晶粒的取向在冷成形或温成形之后将大致平行于所得U形螺栓的纵向轴线。在另一实施例中，U形螺栓由高强度钢的坯料制成，其晶粒具有随机取向，使得只有在成形操作(即从坯料到U形螺栓)期间变形的晶粒进行组织结构化。
在大多数形式中，按照本发明的U形螺栓由高强度钢形成，其具有大约90000psi、最好至少大约13000psi的屈服强度，以及至少大约120000psi、最好至少大约15000psi的拉伸强度。这种坯料接着在小于300的温度下进行冷成形，或者在大约300到高达钢重新结晶的温度的范围内的温度下温成形为具有预定几何形状的U形螺栓。
无论使用何种成形温度，应该避免有危害性的重新结晶。在避免完全重新结晶的温度下成形(即永久变形)坯料形成一种U形螺栓，其钢晶粒具有优选的取向或组织结构。在可选择实施例中，用于制造高强度U形螺栓的本发明的方法包括提供具有高强度钢的坯料，其具有所述的屈服和拉伸强度以及平行于坯料纵向轴线的优选取向。
成形U形螺栓的温度与所使用的钢的化学成分相关。在坯料冷成形为U形螺栓时，高强度钢可通过由重量百分比表示的以下成分的实例来表示：
碳：大约0.30-大约1％；
锰：大约2.0-大约2.5％；
钒：高达大约0.35％；以及余量的铁。
在更加优选的形式中，高强度钢具有由重量百分比表示的以下成分：
碳：大约0.50-大约0.55％；
锰：大约2.0-大约2.5％；
钒：高达大约0.03-大约0.15％；以及余量的铁。
在使用温成形工艺时，高强度钢可通过由重量百分比表示的以下成分的实例来表示：
碳：大约0.30-大约0.65％；
锰：大约0.30-大约2.5％；
钒：高达大约0.35％；以及余量的铁。
在更加优选的形式中，高强度钢具有由重量百分比表示的以下成分：
碳：大约0.50-大约0.55％；
锰：大约1.20-大约1.65％；
钒：高达大约0.03-大约0.15％；以及余量的铁。
在以上成分中，铌、硅和铝可整体或部分替代钒；但是，钒对于强度和韧性来说是优选的。
在按照本发明将坯料冷成形为U形螺栓时，U形螺栓的屈服强度和拉伸强度与坯料大致相同或者大于坯料，并且不需要随后的退火步骤。在将坯料温成形或冷成形为U形螺栓时，因此制成的U形螺栓不需要进一步强化。
市场上通常得到的钢是多晶的(即由许多晶体或晶粒制成)。每个晶体或晶粒具有布置成图案的金属分子，该图案通常在整个晶粒中(即晶体结构中)重复。根据包括钢成形温度的多种因素，钢部件的晶粒具有随机取向、优选取向或其组合。
在例如通过热锻制对钢进行热成形时，钢的晶粒具有随机取向。钢在其重新结晶温度以上时塑性或永久变形。重新结晶温度以上的成形不仅防止组织结构化的晶粒形成，而且消除了预先存在的组织结构。即，每个晶粒的晶体结构的成形根据晶粒而不同。这种随机取向通常造成钢的机械性能的各向同性(即在所有方向上具有相同的性能)。
与热成形相比，对钢进行冷成形或温成形造成所影响的钢晶粒(即永久变形的那些晶粒)的晶体结构按照其变形的方式来使其定向(即在优选取向上)。对于温成形来说，在永久变形之前，钢通常预先加热到其重新结晶温度以下的温度。冷成形通常在大约室温到大约300下进行。温成形或冷成形通常造成钢的至少变形部分的机械性能各向异性。与具有随机取向的晶粒相比，组织结构化的晶粒在优选取向的方向上更强。
例如，对于钢棒料进行冷滚压或挤压成形将造成钢棒料的晶粒拉长并且将其定向在平行于棒料的纵向轴线的优选取向上(见图13A)。这种取向将造成棒料沿其纵向轴线更强。因此，使得高强度钢晶粒具有组织结构或者使得前面组织结构化的晶粒保持完整的成形操作是优选的。冷或温成形不仅可以保持预先存在的组织结构化的晶粒，而且这种处理可进行另外的组织结构化。
用作本发明的起始件的高强度钢的坯料通过本领域公知的任何适当方法来制成。在一种形式中，用来制造本发明的U形螺栓的坯料的高强度钢进行热轧以及冷拉，以便提供具有所述屈服强度和拉伸强度的坯料以及具有平行于坯料的纵向轴线的优选取向的晶粒。这种方法的实例在授予Hugh M.Gallagher，Jr.的美国专利NO.3904445中披露，该专利结合于此作为参考。
’445专利披露一种制造特别用于制造包括U形螺栓的螺纹紧固件的高强度棒料的加工顺序。在所披露的方法中，具有落入所披露范围内的化学性能的钢进行标准热轧操作，以便具有最终尺寸的10％-15％。热轧棒料接着被切割或分成单个长度以便快速空气冷却。此时，所形成的棒料具有大约ASTM NO.5-8之间的细小晶粒结构，其晶粒具有随机取向。随后，单个长度的热轧棒料进行冷成形操作，使其具有最终尺寸。最后的步骤是控制应力释放步骤，以便减小冷成形中积累的残留应力。应力释放使得金属的机械性能没有相对变化。这种应力释放步骤包括将该段长度的棒料加热到500-850之间长达一个小时，但是这也许需要，也许不需要。因此，这种棒料可用来形成用于制造本发明U形螺栓的高强度钢的初始坯料。
在其它形式中，用来制造本发明U形螺栓的坯料的高强度钢具有所述的屈服强度和拉伸强度，但没有平行于坯料的纵向轴线的优选取向的晶粒。但是，由于冷成形和温成形可在永久变形的位置处加强钢，即使最初具有随机取向晶粒的钢坯料或棒料也可通过在永久变形的部分或部段处进行冷成形或温成形来强化。因此，与沿其长度的任何其它点相比，通过冷成形或温成形永久折弯并具有随机晶粒取向的钢棒料或坯料可沿着弯曲部分更强。同样，与沿其长度的任何其它点相比，通过冷成形或温成形永久折弯并且具有其优选取向平行于棒料纵向轴线的晶粒的钢棒料同样沿着弯曲部分更强。在棒料折弯时，钢棒料的组织结构化晶粒以及弯曲部分跟随纵向轴线(见图13A)。但是对于给定程度的永久变形来说，冷成形比温成形具有更大的强化效果。
与在成品U形螺栓内造成裂纹或裂缝的例如镦锻或挤压成形的其它冷成形技术相比，对于一段棒料内的弯曲部分进行冷成形不是太剧烈。因此，在优选实施例中，坯料具有更加适用于经受例如镦锻或挤压成形的冷成形技术的成分。这种制造高强度U形螺栓的方法包括提供高强度钢材料的坯料，该材料在铁母体中具有细小珠光体的微结构，并且具有至少大约120000psi、最好至少大约150000psi的拉伸强度以及至少大约90000psi、最好至少大约130000psi的屈服强度。在大约1000倍光学放大下其薄片不溶解时，珠光体成分通常认为是“细小的”。
在一种形式中，用作坯料的高强度材料进行热轧和冷拉，以便提供具有所述拉伸强度和屈服强度的机械性能的坯料。
用来制造坯料的高强度钢材料具有由重量百分比表示的以下成分：
碳：大约0.30-大约0.65％；
锰：大约0.30-大约2.5％；
来自于包括铝、铌、钛和钒及其混合物的组中的至少一个铁晶粒细化剂，实际含量高达大约0.35％；以及余量的铁。
在更加优选的形式中，高强度钢具有由重量百分比表示的以下成分：
碳：大约0.40-大约0.55％；
锰：大约0.30-大约2.5％；
来自于包括铝、铌、钛和钒及其混合物的组中的至少一个铁晶粒细化剂，实际含量高达大约0.20％；以及余量的铁。
在另一更加优选的形式中，高强度钢具有由重量百分比表示的以下成分：
碳：大约0.50-大约0.55％；
锰：大约1.20-大约1.65％；
来自于包括铝、铌、钛和钒及其混合物的组中的至少一个铁晶粒细化剂，实际含量高达大约0.03-大约0.20％；以及余量的铁。
在再一优选的形式中，高强度钢具有由重量百分比表示的以下成分：
碳：大约0.50-大约0.55％；
锰：大约1.20-大约1.65％；
来自于包括铝、铌、钛和钒及其混合物的组中的至少一个铁晶粒细化剂，实际含量高达大约0.03-大约0.15％；以及余量的铁。
虽然铝、铌(即铌)、钛和钒用作晶粒细化剂，钒是晶粒细化剂的最优选的形式。另外，应该理解到这里列举和要求保护的成分可包括其元素，而不影响本发明的实施。
具有所述成分和拉伸强度和屈服强度的机械性能坯料随后在环境温度或室温和小于大约300之间的温度下、最好在环境温度下使用例如滚压、镦锻、锻制和挤压成形的技术进行冷成形，以便提供具有所需几何形状构造的U形螺栓5，由此U形螺栓5的拉伸强度和屈服强度的机械性能与坯料大致相同或高于坯料。具有给定拉伸强度和屈服强度的机械性能的成形U形螺栓5最好在不需要改善强度的例如最终应力释放步骤的进一步加工步骤的情况下进行制造。但是，对于U形螺栓的某些应用来说，需要应力释放步骤。
用作本发明的起始件的具有至少大约120000psi的拉伸强度和至少90000psi的屈服强度的高强度钢材料的坯料通过任何本领域公知的方法制造。一种这样的方法在’445专利中披露。因此，不管是否进行进一步应力释放，这种棒料可用来成形用于此可选择方法的初始高强度钢的坯料。
冷成形U形螺栓的优选方法开始于按照所述优选方法制造的坯料。坯料通过一系列模具或挤压操作进行滚压或挤压来镦锻，由此将坯料拉长为具有大致圆柱形形状的棒料。接着，棒料的用作端部20的部分挤压成形具有三角牙形截面。接着，通过组合式模具滚压螺纹40。最好是，首先滚压弯曲螺纹43。接着，滚压V形螺纹42。最后，滚压锁定螺纹41。随后，棒料进行折弯，以便形成具有所需几何形状的U形螺栓。
在可选择的方法中，U形螺栓开始于按照所述可选择方法制造的坯料。坯料进行冷成形或温成形，并且通过滚压墩锻，由此将坯料拉长为具有大致圆柱形形状的棒料。接着，通过组合式模具滚压螺纹40。最好是，首先滚压弯曲螺纹43。接着，滚压V形螺纹42。最后，滚压锁定螺纹41。随后，棒料进行折弯，以便形成具有所需几何形状的U形螺栓。
在另一可选择方法中，U形螺栓的冷成形开始于拉制成一定尺寸以提供坯料的金属线材或金属棒料。在线材或棒料拉制成一定尺寸之后，坯料通过经由一系列模具或挤压操作进行滚压或挤压来镦锻，由此将坯料拉长为棒料。接着并且通过滚压墩锻，由此将坯料拉长为具有大致圆柱形形状的棒料。接着，棒料的用作端部20的部分挤压成形具有三角牙形截面。接着，通过组合式模具滚压螺纹40。最好是，首先滚压弯曲螺纹43。接着，滚压V形螺纹42。最后，滚压锁定螺纹41。随后，棒料进行折弯，以便形成具有所需几何形状的U形螺栓。
在碳钢用作U形螺栓5材料的情况下，希望的是经由淬火和回火热处理U形螺栓5。在使用例如A286的不锈钢的情况下，希望的是将U形螺栓5进行溶液退火，并且接着经由ASIM A453在炉子中硬化。
为了形成U形螺栓5，经由浸渍和旋涂来涂覆低摩擦涂层。但是，也可以使用镀覆、有机涂覆、PTFE、达克罗涂层、无机涂层、多罗同(dorraltone)、例如电子锌涂层的锌涂层、含有磷酸盐和油的涂层、陶瓷涂层以及蜡和油的涂层。
U形螺栓5构造成与螺母52或螺母垫片组件99协作。现在参考图14，表示螺母垫片组件99的当前优选实施例。如这里描述那样，螺母垫片组件99设置螺母52。螺母52最好由钢、最好是例如1020-1045钢的碳钢制成。
螺母52最好进行锻制。钢首先加热到2100、切割成部段并且加压，使其成为圆形并且直径较大。接着锻制内表面的一部分和扭矩传递件66。随后，冲切内表面的另一部分，并且螺母52接着进行热处理，使其具有26和36之间的洛氏硬度，最好是31。
垫片54最好由例如4140钢的合金级钢制成。但是，本领域普通技术人员将理解到也可以使用例如1020-1045钢的中碳钢。类似于螺母52，最好是垫片54经由锻制而成。钢首先加热到2100、切断成部段并且加压，使其成为圆形并且直径较大。接着形成环形，并且冲切。垫片54接着进行热处理，使其具有28和42之间的洛氏硬度，最好是36。
螺母52和垫片54组装在一起。螺母52与垫片54配合，并且螺母上的凸缘向外扩张。本领域普通技术人员将理解到这种扩张提供螺纹的导引。接着，穿过螺母52向下输送丝锥，并且将螺纹切制在螺母52内。螺纹最好具有M8-M30的范围的直径。
螺母52和/或垫片54有利地设置涂层。最好是，涂层具有防止生锈和/或腐蚀的组分；但是也可以使用其它组分。通过实例而没有限制含义，涂层可以具有减小摩擦的组分。在一个实施例中，涂层降低螺母和垫片之间的摩擦。在另一实施例中，涂层减小螺纹内的摩擦。
本领域普通技术人员将理解到可以使用多种化学成分作为稳定的涂层。在一个实施例中，使用聚四氟乙烯或PTFE。在另一实施例中，使用锌涂层。在又一实施例中，使用含有金属氧化物和/或铝片的水基涂层离散物质。
在优选实施例中，螺母52设置螺母主体62。如图14所示，螺母主体62在64处设置内部螺纹。64处的内部螺纹最好延伸到裙部68的内部。
螺母主体62设置多个弯曲和平表面。如图14所示，外部围绕螺母主体62周边的是扭矩传递件66。优选实施例的扭矩传递件66包括多个表面。如图14所示，多个表面布置成优选的六边形形状。
螺母主体62设置环形表面72。环形表面72在裙部68之上位于螺母主体62的底部。现在参考凸15，环形表面72最好是大致截顶锥形形状。但是，本领域普通技术人员将理解到环形表面72可以是球形凹入部、球形凸出部或者平的，而不偏离本发明的范围。通过实例而没有限制含义，在不需要垫片54的应用中，环形表面72可以是平的。
环形表面72可使用任何所需的技术制造。在优选实施例中，环形表面72最好通过冷锻制制成。冷锻制最好通过使用模具***件来实现。模具***件最好使用传统球端铣销技术加工成所需形状。
在可选择实施例中，环形表面72是波浪形状。此实施例的环形表面72构造成与支承表面84协作。如图16所示，环形表面74是波浪形状。环形表面72在其中设置环形延伸的一系列表面，该表面提供围绕整个环形表面72的均匀波浪形状。
图16和17表示本发明另一可选择的实施例。如这里描述那样，环形表面72设置多个下部凸峰。下部凸峰设置成平顶74。
平顶74最好是大致球形凸出部。平顶74设置与垫片54上的支承表面84上的凹谷122相同的半径。平顶74在冷锻制工艺中成形，使其都是凸出部，并且位于其中心位于螺母主体62的轴线上的假想球体的表面上。该球体的半径从0.1英寸到2.00英寸。
平顶74靠近多个表面73。每个平顶74靠近一对相对倾斜的表面73。此可选择实施例的环形表面72设置环形延伸的一系列表面73，该表面形成围绕整个表面的均匀波浪形状。表面73构造成与垫片54上的支承表面84上的相应表面116互补。表面73设置与支承表面84上的表面73相同的半径。
如图16和17所示，表面73最好是大致球形凸出部。每个表面73进行成形，使得它是凸出部，并且相对于螺母主体62径向和周向弯曲。
每个表面73靠近凹谷75。每个凹谷75靠近一对表面73。凹谷75构造成比支承表面84上的凹谷122窄小。如图16和17所示，凹谷75通常是球形凸出部，并且具有预定深度。在一个实施例中，该深度按照螺母上的螺纹数量设定尺寸。
可选择实施例的凹谷75和相邻表面73提供大致颠倒的V形型面。V形型面为平顶74提供一个高度。有利的是，该高度按照平顶部段74和凹谷75之间的距离设定尺寸。在这里所示的实施例中，该高度等于平顶74和凹谷75之间的垂直距离。在紧固组件50就位时，该高度最好略微大于64处的螺纹和例如端部20或21的端部上的螺纹之间的距离。在此可选择实施例中，该高度在0英寸到0.030英寸的范围内。
在可选择实施例中，该高度按照螺母上轴向测量的每英寸的螺纹数量来设定尺寸。有利的是，该高度与表面73或表面116的数量相关。通过实例而没有限制含义，该高度(单位为英寸)与每英寸的螺纹数量和V形波浪的数量成比例。在优选实施例中，该高度与每英寸的螺纹数量以及V形波浪的数量的乘积成比例。此可选择实施例的高度在高达大约0.04167英寸的范围内。
螺母52最好设置裙部68。裙部在内部螺纹68的内端处轴向延伸离开螺母主体62。裙部68构造成与垫片54协作。裙部68成形为以松动关系保持垫片54。在优选实施例中，裙部68适用于从环形表面72轴向延伸到大致圆柱形的垫片主体82内，由此在垫片主体82内的下切肩部之下向外形成凸缘85，以便将垫片54和螺母52松动但固定地保持在一起。
如图17所示，从螺母主体62悬置的是整体形成的环形裙部68。如图19所示，裙部68设置用来保持垫片54的凸缘85。本领域普通技术人员将理解到对于不需要垫片54的应用来说，螺母52可制成没有裙部68，而不偏离本发明的范围。
参考图14，表示螺母垫片组件99的当前优选实施例。如这里描述那样，螺母垫片组件99设置垫片54。垫片54最好由钢制成。钢最好是中碳钢。钢最好锻制，并且接着进行热处理，使其具有33的平均洛氏硬度。
如图14所示，垫片52设置垫片主体82。在优选实施例中，垫片主体82是大致环形形状。如图14所示，垫片主体82的一部分是大致圆柱形的。
垫片主体82设置支承表面84。支承表面84可使用任何所需技术制造。支承表面84最好通过冷锻制制成。冷锻制最好通过使用模具***件来实现。模具***件最好使用传统的球端铣销技术加工到所需形状。
如图20所示，支承表面84最好位于垫片主体82的内端上。如这里描述那样，支承表面84最好是大致截顶锥形形状。但是，本领域普通技术人员将理解到支承表面84可以是球形凸出部、球形凹入部或者平的，而不偏离本发明的范围。
在可选择实施例中，支承表面84是波浪形状。此实施例的支承表面84构造成与环形表面72协作。如图21所示，支承表面84是波浪形状。支承表面84在其中设置环形延伸的一系列表面，该表面提供围绕整个支承表面84的均匀波浪形状。
图21和22表示本发明的又一可选择实施例。如这里描述那样，支承表面84设置波浪形状的多个上部凸峰。上部凸峰设置成平顶118。平顶118是大致球形凹入部。
平顶118最好靠近多个表面116。每个平顶74靠近一对表面116。此可选择实施例的支承表面84设置环形延伸的一系列表面116，该表面形成围绕整个表面的均匀波浪形状。表面116构造成与环形表面72上的表面73相对应。如图21和22所示，表面116是大致球形凹入部。
每个表面73靠近凹谷122。每个凹谷122靠近一对表面116。凹谷122构造成比环形表面72上的凹谷75宽。
如图21和22所示，凹谷122是大致球形凹入部并且具有预定深度。在一个实施例中，该深度按照螺母上的螺纹数量设定尺寸。凹谷122在锻制工艺中成形，使其都是凹入部，并且位于其中心位于垫片主体82的轴线上的假想球体的表面上。该球体的半径从0.1英寸到2.00英寸。因此，将看出螺母主体62上的平顶74的形状最好与垫片主体82上的凹谷122互补。
可选择实施例的凹谷122和相邻表面116提供颠倒的V形型面。V形型面为平顶118提供一个高度。有利的是，该高度按照平顶74和凹谷75之间的距离设定尺寸。在这里所示的实施例中，该高度等于平顶118和凹谷122之间的垂直距离。在紧固组件50就位时，该高度最好略微大于64处的螺纹和例如端部20或21的端部上的螺纹之间的距离。在此可选择实施例中，该高度在0英寸到0.030英寸的范围内。
在可选择实施例中，该高度按照螺母上轴向测量的每英寸的螺纹数量来设定尺寸。有利的是，该高度与表面73或表面116的数量相关。通过实例而没有限制含义，该高度(单位为英寸)与每英寸的螺纹数量和V形波浪的数量成比例。在优选实施例中，如图21和22所示，该高度与每英寸的螺纹数量以及V形波浪的数量的乘积成比例。此可选择实施例的高度在高达大约0.04167英寸的范围内。
在优选实施例中，垫片主体82设置夹紧表面86。如图20所示，夹紧表面86设置在垫片主体82的外端88上。在当前优选实施例中，夹紧表面86是大致平的。
如图21和24所示，在可选择实施例中，垫片54设置突耳108。突耳108构造成与U形螺栓5协作。突耳108与设置在U形螺栓5的至少一部分上的细槽49协作。突耳108具有一定尺寸和形状，以适用于在形成在U形螺栓5的螺纹端部的一侧上的轴向拉长细槽49内松动滑动。突耳108最好与细槽49协作，以便防止垫片54相对于U形螺栓5转动。
图25表示从垫片主体82的端表面88向内延伸的突耳108。图22表示与凸缘92相对从垫片主体82的底部向内延伸的突耳108。现在参考图26，突耳108表示成与U形螺栓5一部分上的细槽49协作。
本领域普通技术人员将理解到本发明可以采用其它传统措施来防止垫片转动。在选择方式中，平部可形成在U形螺栓5上，并且相应的平部形成在垫片主体82的内侧。
图27表示本发明的又一可选择实施例。如这里描述那样，垫片54设置凸缘92。凸缘92从垫片主体82向外延伸。在此可选择实施例中，凸缘92的厚度在0.05英寸和0.12英寸之间。
在另一可选择实施例中，凸缘92设置从外部向内形成的多个细槽，细槽围绕凸缘92以一定间隔定位。在夹紧表面86压靠一个表面并且在所需负载下时，细槽允许干涉凸缘部分102，以便(虽然只是略微地)弹性柔曲。
图27和28表示设置多个切口98形式的细槽的凸缘92。切口98为凸缘92提供多个凸缘部分102。有利的是，凸缘部分102构造成轴向柔曲。凸缘部分102构造成柔曲一定距离，该距离略微大于U形螺栓上的螺纹和螺母52上的螺纹之间的间隙。
在图27和28所示的可选择实施例中，切口98是大致U形的。但是本领域普通技术人员将理解到本发明可以采用具有另外形状的切口98。
在图27和28所示的可选择实施例中，凸缘92设置形成六个凸缘部分的六个切口98。但是，本领域普通技术人员将理解到可以采用任何数量的切口98。特别是，本领域普通技术人员将理解到有利的是根据凸缘92的尺寸和厚度，可以采用六个以上或以下的切口98。
在本发明的另一可选择实施例中，垫片54设置夹紧表面86。参考图33，夹紧表面86的至少一部分位于凸缘92上。如这里描述那样，夹紧表面86位于凸缘92的底部和垫片主体82的外表面88上。
在此可选择的实施例中，垫片54的底部上的略微凹入的夹紧表面86形成大致的锥形的平截顶体。夹紧表面86最好朝着主体82的内周边96从垫片凸缘92的底部的外周边94向上倾斜。如图34清楚示出，夹紧表面86相对于垂直于螺母52的轴线垂直延伸的假想线C位于角度101上。角度101在从0°到3°的范围内。在可选择实施例中，角度101是2°。
在另一可选择实施例中，夹紧表面86设置多个凹陷部104。有利的是，多个凹陷部104为夹紧表面86提供夹紧部段106。有利的是，夹紧部段106构造成轴向柔曲。
参考图28，凹陷部104位于凸缘92的底部以及垫片主体82的外表面88上。在此可选择实施例中，凹陷部104从相应的切口98向内径向延伸。如图28所示，夹紧表面86设置大致V形的六个凹陷部104。但是，本领域普通技术人员将理解到可以采用任何数量的凹陷部。
在图28所示的可选择实施例中，凹陷部104将环形夹紧表面86有效地分成具有弧形形状的六个夹紧部段106。夹紧部段106的弧形外周边位于切口98之间，并且能够轴向弹性柔曲垫片54。
图35表示可选择实施例的夹紧表面86。如这里描述那样，夹紧表面86设置多个突出部57。突出部57为夹紧表面86提供较高的摩擦系数。
突出部57构造成与紧固夹紧表面86的表面协作。有利的是，突出部57与该表面协作以便防止垫片54相对于正在紧固的表面进行转动。图35表示设置八个(8)突出部的夹紧表面86；但是，夹紧表面86可以设置八个(8)以上的突出部，例如十二个(12)突出部。作为选择，螺母主体62可设置具有突出部57的夹紧表面86，而不是图39所示的垫片54。
图33表示优选实施例中组装的螺母52和垫片54。如这里描述那样，螺母52和垫片54最好通过将裙部68***垫片54内来组装，由此环形表面72与支承表面84相对。随后，裙部68的至少一部分向外压迫，以便提供凸缘85。凸缘85构造成位于垫片54一部分之下，由此它松动但固定地连接螺母52和垫片54，同时允许螺母52相对于垫片54自由转动。
图33表示该优选实施例，其中凸缘85围绕其周边位于环形向内的伸出部83之下。但是，本领域普通技术人员将理解到裙部68可在伸出部83的一部分之下的隔开位置上向外压迫。
在一个实施例中，在螺母垫片组件99转动到U形螺栓5的端部上时，内部螺纹螺母52接合U形螺栓上的螺纹，由此紧固组件朝着U形螺栓的弯曲部分16轴向运行。在进一步转动时，通过正在紧固、固定或密封的一个或多个表面抵抗螺母垫片组件99的进一步轴向运行。这种阻力首先相对轻微，但是在进一步转动时，这种阻力增加，直到螺母52和垫片54相互贴靠以包容关系座置为止。在此包容关系中，每个平顶74将一致地座置在相应凹谷122上，而相对的倾斜表面73和116将略微分开。在此关系下，在环形表面72以及支承表面84上的作为平顶74和平顶118的凸峰各自相互骑跨。因此，在螺母52在其之前推动垫片54时，环形表面72容易在垫片54上的支承表面84上滑动。
在进一步转动时，阻力增加，在负载增加时，凸峰以越来越大的难度相互骑跨。随着螺母52上的表面73和垫片54上的表面116的互锁作用的越来越大的作用，阻力增加。逐渐地，只在垫片54上的凸缘部分102开始弹性柔曲时，它们相互滑过对方。在螺母转动时，轴向压力积累，并且随着压力积累，凸缘部分102开始柔曲。
凸缘部分102设计成弹性柔曲一段略微大于U形螺栓5上的螺纹和螺母52上的螺纹之间间隙的轴向距离。由于凸缘部分102能够柔曲略微大于此距离，垫片54可在负载下轴向运动某种程度，而不减小垫片54和螺母52之间的锁定。同时，由于垫片主体82内的凹谷122之上的平顶118的高度同样略微大于该间隙，一旦通过适当预先加载来形成锁定关系，螺母52和垫片54可略微相对运动，而不松开螺母垫片组件99。
凸缘部分102的柔曲产生趋于将螺母52上的表面73和垫片54上的表面116保持在互锁关系上的弹性力。在此锁定关系下，恒定的支承负载进行弹性保持，并且螺母53和垫片54的凸峰分别贴靠相应的凹谷122和凹谷75大致平齐坐置。同样，表面73贴靠表面116平齐坐置，并且防止螺母垫片组件99脱离。实际上，导前表面73贴靠拖尾表面116坐置。
此外，由于表面73和表面116最好设置成互补的球形凸出部和球形凹入部，并且螺母垫片组件99离开其轴线的轴向曲率半径等于所述凹谷122的曲率半径，即使由于螺母没有准确地旋在U形螺栓的端部上，造成螺母52和垫片54不准确地相互平行，在它们之间也可保持锁定表面接触。
在将螺母垫片组件99旋在U形螺栓5的端部上的过程中达到预定扭矩设定时，可接着依靠螺母垫片组件99来抵抗趋于造成螺母52脱离的所有轴向力。增加的轴向负载只造成螺母52和垫片54变得更加牢固地锁定在一起。只通过使用扳手将松开扭矩再次施加在螺母52上，可以拆卸紧固组件150。
虽然参考其优选的实施例特别表示和描述了本发明，本领域普通技术人员将理解到可以进行多种形式和细节的变化而不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。
Claims (26)
1.一种U形螺栓，包括：
a)具有弯曲部分和两个端部的杆；
b)该端部各自具有螺纹表面；
c)弯曲部分位于该端部之间；
d)该端部的至少一部分具有三角牙形状；以及
e)弯曲部分进行成形，使得端部之间的距离短于该端部的长度。
2.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造。
3.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置锁定螺纹。
4.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置包括第一倾斜表面和第二倾斜表面的锁定螺纹，其中第一倾斜表面相对于第二倾斜表面位于一个角度上。
5.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置包括第一倾斜表面和第二倾斜表面的锁定螺纹，其中第一倾斜表面相对于第二倾斜表面位于30°-70°之间的角度上。
6.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置包括第一倾斜表面和第二倾斜表面的锁定螺纹，其中第一倾斜表面相对于第二倾斜表面位于60°的角度上。
7.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置锁定螺纹，该锁定螺纹设置根部表面，根部表面相对于端部的轴线位于一个角度上。
8.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置锁定螺纹，该锁定螺纹设置根部表面，根部表面相对于端部的轴线位于4°-8°之间的角度上。
9.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置包括第一倾斜表面和第二倾斜表面以及根部表面的锁定螺纹，其中第一倾斜表面相对于第二倾斜表面位于一个角度上，并且根部表面相对于端部的轴线位于一个角度上。
10.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置包括第一倾斜表面和第二倾斜表面以及位于第一倾斜表面和第二倾斜表面之间的根部表面的锁定螺纹，其中第一倾斜表面相对于第二倾斜表面位于一个角度上，并且根部表面相对于端部的轴线位于一个角度上。
11.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置包括第一倾斜表面和第二倾斜表面以及位于第一倾斜表面和第二倾斜表面之间的根部表面的锁定螺纹，其中第一倾斜表面相对于第二倾斜表面位于30°-70°之间的角度上，根部表面相对于端部的轴线位于4°-8°之间的角度上。
12.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及定向螺母上的螺纹的至少一个螺纹构造，使得螺母上的螺纹与重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造对准。
13.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置V形螺纹以及重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造。
14.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置第一侧面和第二侧面的V形螺纹，其中第一侧面相对于第二侧面位于一个角度上。
15.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置第一侧面和第二侧面的V形螺纹，其中第一侧面相对于第二侧面位于30°-90°之间的角度上。
16.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置至少一个弯曲表面的弯曲螺纹。
17.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置弯曲表面、第一侧面和第二侧面的弯曲螺纹，其中第一侧面相对于第二侧面位于一个角度上。
18.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置弯曲表面、第一侧面和第二侧面的弯曲螺纹，其中第一侧面相对于第二侧面位于30°-90°之间的角度上。
19.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置弯曲表面、第一侧面和第二侧面的弯曲螺纹，其中第一侧面和第二侧面是弯曲的。
20.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及引导螺纹。
21.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及平顶螺纹。
22.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置多个平顶的平顶螺纹。
23.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置锥形或截顶锥形的多个平顶的平顶螺纹。
24.如权利要求1所述的U形螺栓，其特征在于，至少一个螺纹表面设置重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造以及设置斜面截面型面的平顶螺纹。
25.一种U形螺栓，包括：
a)具有弯曲部分和两个端部的杆；
b)该端部各自具有螺纹表面；
c)至少一个螺纹表面包括重新成形螺母上的螺纹的螺纹构造；
d)弯曲部分位于该端部之间；以及
e)弯曲部分进行成形，使得端部之间的距离短于该杆的长度。
26.一种U形螺栓，包括：
a)具有弯曲部分和两个端部的杆；
b)该端部各自具有螺纹表面；
c)弯曲部分位于该端部之间；以及
d)弯曲部分进行成形，使得端部之间的距离短于该杆的长度
e)包括螺母和垫片的螺母垫片组件，螺母和垫片进行连接，使得螺母相对于垫片转动；以及
f)至少一个螺纹表面包括重新成形螺母垫片组件的螺母上的螺纹的螺纹构造。
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