專利名稱:限扭螺套、連接、連接方法和旋動(dòng)器的制作方法
本發(fā)明總的來說涉及緊固件，更具體地說，涉及限扭型緊固件，該種緊固件的緊固方法，一種由此而產(chǎn)生的連接，和安裝用的旋動(dòng)器。
在一個(gè)由帶有公螺紋和母螺紋的緊固件系統(tǒng)中，母緊固件上有旋在公緊固件外螺紋上的內(nèi)螺紋。扳動(dòng)兩個(gè)緊固件的表面，擰緊并夾緊其中的一個(gè)或多個(gè)工件，在它們之間經(jīng)常放置墊圈。緊固件和工件的組合被稱之為“連接”。帶公螺紋緊固件被稱為“螺釘”，“螺栓”或“銷”;母螺紋緊固件則被稱為“螺母”或“螺套”;而工件則被稱為“板”或“構(gòu)件”。
緊固件承受沿其軸向的載荷、即拉伸載荷，以及垂直于軸的剪切載荷。由于螺栓和螺套作用在板上一個(gè)夾緊力，所以始終存在拉伸載荷;這一載荷被稱為“夾緊”或“予應(yīng)力”。當(dāng)用緊固件連接一個(gè)或多個(gè)板，并且板在板面內(nèi)受載時(shí)，一個(gè)板就傾向于在另一個(gè)板上滑動(dòng);當(dāng)這種載荷出現(xiàn)時(shí)，便受到緊固件的反抗，板就作用一個(gè)剪力在緊固件上。剪力垂直于緊固件的軸線和拉力。循環(huán)載荷使緊固件發(fā)生疲勞破壞。在航空應(yīng)用中，剪切疲勞破壞是最危險(xiǎn)的。
一個(gè)滿意的連接絕對(duì)需要足夠的夾緊或預(yù)應(yīng)力。一個(gè)被夾緊力的反作用而充分加載的緊固件可以抵抗疲勞破壞。預(yù)應(yīng)力也有助于構(gòu)件抵抗疲勞破壞。因此，理想的是，知道緊固件作用于結(jié)構(gòu)的夾緊力確實(shí)存在，因而該連接具有足夠的疲勞強(qiáng)度。足夠的夾緊也使板避免錯(cuò)動(dòng)和微振摩損，并且保證防止載荷變化和連接失效。
夾緊力大小與對(duì)螺套施加扭矩使其進(jìn)一步被在螺栓上擰緊而壓在工件上所產(chǎn)生的抵抗有關(guān)。當(dāng)夾緊力增大時(shí)，對(duì)進(jìn)一步旋緊的抵抗增加，擰動(dòng)螺套所需的扭矩也增加。
這一事實(shí)被用在緊固件中，以便依靠使螺套的板緊部分產(chǎn)生破壞而終止擰緊的方法來建立一個(gè)預(yù)定的夾緊力。G.S.維因(Wing)的美國(guó)專利2，940，495和埃德加·斯坦塞爾(Edgar Stencol)的美國(guó)專利4，260，005號(hào)公開了兩種這類緊固件。
在維因的專利中，公開了一種在航空工業(yè)中廣泛應(yīng)用的螺套。它具有一個(gè)經(jīng)一個(gè)易斷的危險(xiǎn)頸部與一個(gè)內(nèi)螺紋部分連接的旋緊部分。當(dāng)旋加的預(yù)載達(dá)到理想的夾緊力時(shí)，螺套產(chǎn)生斷裂。一段圓形帶螺紋部分緊緊壓在與之配合的螺栓上，形成螺紋鎖緊裝置。這種緊固件的問題是，產(chǎn)生了多余的廢件，旋緊部分。這一廢件必須從所在的環(huán)境中清除。這種緊固件還比較昂貴，因?yàn)樾枰M(jìn)行可觀的機(jī)械加工使它的易斷的危險(xiǎn)頸部保持嚴(yán)格的公差，以便保證嚴(yán)格的破斷扭矩。
斯坦塞爾的專利描述的螺套具有多個(gè)在軸向外表圓圍分布的凸角，這些凸角作為板緊用的表面，并被用來實(shí)現(xiàn)扭矩限制。一個(gè)板手工具(如一個(gè)三角形套筒)具有與凸角側(cè)面嚙合的平面，用來轉(zhuǎn)動(dòng)螺套。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定夾緊應(yīng)力后，凸角受徑向壓縮而破壞，并消失在螺套體中，由于工具不再抓緊凸角，板緊停止。當(dāng)凸角破壞時(shí)，斯坦塞爾螺套的徑向向內(nèi)變形壓緊螺栓的螺母，形成螺紋鎖緊裝置。
使用沖擊板手能很快擰緊緊固件。維因緊固件的危險(xiǎn)頸部和斯坦塞爾緊固件的凸角在螺套轉(zhuǎn)過很小角度后就產(chǎn)生了破壞，并且，當(dāng)使用沖擊板手時(shí)破壞得更快。安裝扭矩過快地作用到螺套上導(dǎo)致由于板的松馳而產(chǎn)生某些預(yù)應(yīng)力損失;松馳產(chǎn)生的原因是初始加載后板的連續(xù)變形。因?yàn)椴牧蠌谋粖A緊區(qū)離開，這些變形降低了單位面積載荷和絕對(duì)載荷。危險(xiǎn)頸部或凸角的破壞對(duì)應(yīng)于一個(gè)理想的預(yù)應(yīng)力。松馳是一個(gè)不定常規(guī)象。若預(yù)應(yīng)力的建立比較緩慢，則松馳和預(yù)應(yīng)力的損失變小。
能夠改變同一螺套的預(yù)應(yīng)力也是理想的。比如，當(dāng)一些板的抗壓性不如另一些板時(shí)，有必要降低它們所受的壓縮載荷。
在某些應(yīng)用中，為了獲得高于設(shè)計(jì)值的預(yù)應(yīng)力，或補(bǔ)償松馳所造成的應(yīng)力損失，需要進(jìn)行二次擰緊。對(duì)于維因和斯坦塞爾螺套的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)來說，不可能進(jìn)行二次擰緊。而且由于失去了擰緊部分，這些螺套一旦被擰緊后就很難再松開。
對(duì)航空緊固件的一個(gè)重要要求就是可以重現(xiàn)夾緊力。夾緊力直接與所施扭矩有關(guān)。盡管如此，在典型的緊固件系統(tǒng)中，大量扭矩不是用于實(shí)現(xiàn)夾緊，而是用于克服摩擦。減少這種寄生摩擦就能降低驅(qū)動(dòng)力，降低對(duì)安裝工具的要求，并且增加夾緊力的精確度。
在預(yù)應(yīng)力取決于某些外部擰緊部分破損的緊固件系統(tǒng)中(如斯坦塞爾螺套上的凸角)，施加在螺套上的徑向力使螺套產(chǎn)生膨脹，將對(duì)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生有害影響。
許多緊固件系統(tǒng)中都有螺紋鎖緊裝置，以防止螺套從螺栓上松脫，其中一種螺紋鎖緊裝置是使用變形螺紋的螺套，在局部區(qū)域增加螺套和螺栓螺紋間的摩擦力。通過螺栓螺紋傳遞到螺套上的較大的圓周應(yīng)力能降低螺紋鎖緊裝置的效能，因?yàn)閳A周應(yīng)力克服了螺套中的變形，并且使螺紋鎖緊裝置塑性變形。從而喪失其功能。
本發(fā)明提供了一種新型螺套，它的安裝方法，一種由此而產(chǎn)生的連接，和一種旋動(dòng)器。
一般地，這種螺套有一個(gè)莖皮，其上有至少一個(gè)可接受旋動(dòng)器上驅(qū)動(dòng)零件的軸向延伸的窩。窩壁承受驅(qū)動(dòng)零件。當(dāng)螺套擰緊在螺栓上并壓住連接板時(shí)，預(yù)應(yīng)力和對(duì)擰緊的反抗增加。在一個(gè)預(yù)定的預(yù)應(yīng)力值，莖皮被圓周壓縮而破壞。并且驅(qū)動(dòng)零件在莖皮上耕犁出溝而相對(duì)于螺套作圓周向運(yùn)動(dòng)，直到莖皮不再阻礙其運(yùn)動(dòng)，對(duì)擰緊的抵抗消失為止。螺套還包括一個(gè)有把預(yù)應(yīng)力傳遞到一個(gè)或多個(gè)板上的承載面的基部。
本發(fā)明最佳形式中，螺套包括按照一定環(huán)形間隔分布在莖皮上的窩，每個(gè)這樣的窩能接受旋動(dòng)器上一個(gè)球驅(qū)動(dòng)零件。螺套上一個(gè)導(dǎo)向部在莖皮破壞過程中為該旋動(dòng)器提供導(dǎo)向，并且協(xié)助使旋動(dòng)器和螺套對(duì)準(zhǔn)，及旋動(dòng)器的軸向定位。在安裝時(shí)，螺套頂部的內(nèi)倒角使旋動(dòng)器的止推定位部定心，并承受加在螺套上的軸向力。螺套底端的軸向埋頭孔容納螺栓的螺尾部分。螺套基部的直徑最大。在基部和莖皮之間有一個(gè)直徑逐漸變小的過渡部分。諸窩終止于過渡部分。在軸橫截面內(nèi)，窩是弓形的，導(dǎo)向部分位于螺套頂部的窩的入口處，窩稍微伸入導(dǎo)向部。在軸截面內(nèi)，導(dǎo)向部的橫截面為弓形，以引導(dǎo)旋動(dòng)器的止推部。螺套上還有一個(gè)螺紋鎖緊裝置，最好是螺套壁中的一個(gè)約束，它使螺紋產(chǎn)生有限的軸向和圓周方向的變形。莖皮可用與軸套其余部分不同的材料制成，以便使其硬度與所需的預(yù)應(yīng)力相配合?；蛘?，螺套的螺紋在一個(gè)嵌入較軟的螺套中的硬物中。窩的數(shù)量可以變化，以改變每一驅(qū)動(dòng)球在破壞莖皮時(shí)必須經(jīng)過的角度。還有，可以用在一個(gè)驅(qū)動(dòng)零件頂部疊放另一個(gè)驅(qū)動(dòng)零件的方法增加它們的數(shù)量，以便制造兩組或更多組環(huán)形溝。
螺套的螺紋最好采用本人另一申請(qǐng)中所敘述的修正的鋸齒螺紋，該申請(qǐng)于1985年2月15日提交，申請(qǐng)?zhí)?02，150，題目是“一種改進(jìn)的螺紋及應(yīng)用這種螺紋的緊固件系統(tǒng)”。這種螺紋的徑向力很小，因此螺套不會(huì)膨脹。因?yàn)椴慌蛎?，扭矩控制安裝載荷非常精確。寄生扭矩很低。所以預(yù)應(yīng)力的精度很高。
旋動(dòng)器包括一個(gè)有旋動(dòng)套筒的本體。套筒有驅(qū)動(dòng)零件，最好是球，這些驅(qū)動(dòng)零件可被接受在螺套的窩中，并可與窩壁嚙合以便最終在莖皮上耕出溝。位于驅(qū)動(dòng)球之上的導(dǎo)向球在螺套的導(dǎo)向部上提供導(dǎo)向。在安裝螺套時(shí)，套筒的止推部對(duì)套施加軸向推力;該止推部最好是正錐形以便與螺套的倒錐形倒角配合。一個(gè)接受安裝工具(如沖擊扳手)的套筒使旋動(dòng)器與工具結(jié)合以便對(duì)螺套施加扭矩。最好止推部有一個(gè)通孔以便容納高于螺套的螺栓螺尾。止推部還可以有一徑向的外法蘭，以便在軸向捕獲住旋動(dòng)器鉆孔中的校正球。這些校正球決定了鉆孔的直徑。
為了完成一個(gè)連接，把旋動(dòng)器放在螺套上，使驅(qū)動(dòng)球進(jìn)入窩內(nèi)，引導(dǎo)球在導(dǎo)向部上。作用在旋動(dòng)器上的扭矩把螺套旋在螺栓上。最后，螺套和螺栓開始向板施加壓力使板連接。當(dāng)板上的載荷達(dá)到預(yù)定值時(shí)，莖皮破壞，驅(qū)動(dòng)球開始在莖皮上耕犁出溝，當(dāng)窩被溝通后，旋動(dòng)器與螺套不再配合傳遞扭矩。
當(dāng)球耕莖皮時(shí)，已經(jīng)產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力會(huì)有某些松馳。這時(shí)對(duì)扭緊的阻力下降，耕犁停止，有利于進(jìn)一步擰緊螺套。進(jìn)一步擰緊時(shí)，預(yù)應(yīng)力又增加到預(yù)定值，然后又開始耕犁。在預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定并且停止轉(zhuǎn)動(dòng)、只發(fā)生耕犁之前，可以既有耕犁又有轉(zhuǎn)動(dòng)。耕出一個(gè)溝槽所用的時(shí)間是一個(gè)“閉鎖時(shí)間”。最大閉鎖時(shí)間等于耕出一個(gè)圍繞螺套的完整溝槽所花的時(shí)間。
窩的個(gè)數(shù)決定了閉鎖時(shí)間。窩數(shù)越少，莖皮破壞所需的時(shí)間越長(zhǎng)，莖皮破壞時(shí)的預(yù)應(yīng)力與連接中最終的預(yù)應(yīng)力越接近。對(duì)于許多情況，8個(gè)等間隔的軸向窩可以提供足夠的考慮松馳后的預(yù)應(yīng)力。減少驅(qū)動(dòng)球個(gè)數(shù)也能增加閉鎖時(shí)間;即，對(duì)于有8個(gè)窩的螺套，把驅(qū)動(dòng)球的數(shù)目從8個(gè)減至4個(gè)，使閉鎖時(shí)間加倍。然而，抵抗破壞的莖皮面積是主要因素，當(dāng)把8個(gè)球變?yōu)?個(gè)球驅(qū)動(dòng)時(shí)，為了到達(dá)相同的預(yù)應(yīng)力必須把被球破壞的莖皮面積增至大約兩倍。
可以通過改變球數(shù)來控制預(yù)應(yīng)力，這種變化改變了莖皮抵抗破壞的面積;例如，把球從8個(gè)減為6個(gè)，同一螺套的預(yù)應(yīng)力減少了大約25%。
最好是用再旋動(dòng)的方法控制預(yù)應(yīng)力。一組球，例如8個(gè)，占據(jù)第一個(gè)旋動(dòng)器的第一軸向位置。這些球以敘述過的方式耕犁莖皮。然后，占據(jù)了第二個(gè)旋動(dòng)器上不同軸向位置的第二組球(例如8個(gè))在螺套上第二軸向位置耕犁莖皮使第一次驅(qū)動(dòng)時(shí)松馳的預(yù)應(yīng)力回升到理想值。
螺套窩在安裝過程中一般不全部被消失。例如，溝的深度不必等于窩的深度。因此，可用比第一次所用的球更深地深入窩中的較大的球進(jìn)行第二次擰緊?；蛘撸镁哂袌A柱滾子的旋動(dòng)器完成二次擰緊。這些滾子緊抵住莖皮上未破壞的部分?？梢杂猛环椒ㄈ∠侣萏?。
本螺套和旋動(dòng)器發(fā)展了一種具有高精度預(yù)應(yīng)力和無多余廢件的連接。僅僅用改變驅(qū)動(dòng)零件大小以便改變所產(chǎn)生的溝的深度的方法就能改變預(yù)應(yīng)力。減小驅(qū)動(dòng)球的個(gè)數(shù)以使球耕過更多的莖皮，就可以增加閉鎖時(shí)間。螺紋約束方案可以確保螺紋鎖緊。
本發(fā)明的這些和其它的特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)從下面的敘述、權(quán)利要求
和附圖中將會(huì)變得更加明顯。
圖1是本發(fā)明最佳的螺套的正視圖。
圖2是圖1螺套的俯視圖。
圖3是螺套和旋動(dòng)器的局部視圖，其中并顯示出了溝槽。
圖4顯示了與本發(fā)明螺套配用的螺紋鎖緊部的局部視圖。
圖5顯示了成組聯(lián)接中的螺套。
圖6是本發(fā)明中旋動(dòng)器的最佳形式的正視剖視圖。
圖7是圖6中7-7線的局部剖視圖。
圖8A是本發(fā)明旋動(dòng)器最佳形式的局部剖開的透視圖。
圖8B是本發(fā)明旋動(dòng)器最佳形式的局部剖開的透視圖，其中驅(qū)動(dòng)球的軸向位置不同于圖8A中驅(qū)動(dòng)球的位置。
圖9是本發(fā)明解除工具的局部剖開的透視圖。
圖10A到圖10C顯示了用本發(fā)明的最佳旋動(dòng)器擰緊緊固件的情況。
圖11是本發(fā)明一個(gè)替換例的局部剖開的透視圖。
圖12顯示了本發(fā)明的緊固件系統(tǒng)，其中有一個(gè)以自身變形來補(bǔ)償板面與板的通孔不垂直情況的墊圈。
圖1和圖2顯示了本發(fā)明當(dāng)前的最佳螺套10。一般地，螺套包括一個(gè)基部12，一個(gè)軸向孔14，軸線15，軸向孔的螺紋部分16，旋擰部分18和一個(gè)導(dǎo)向部分20。
旋擰部分形成螺套的莖皮或平直部分。莖皮是沿螺套外表軸向延伸的外殼。它有多個(gè)軸向延伸的窩22，其長(zhǎng)度方向從導(dǎo)向部分的窩入口24到在莖部和基部12間的過渡部分28處的終點(diǎn)26。每個(gè)窩有一段直徑不超過旋動(dòng)器驅(qū)動(dòng)球最大直徑的圓弧(將參照?qǐng)D6、圖8A和圖8B予以詳述)，在圖6中旋動(dòng)器為30，球?yàn)?2。窩的深度、莖皮的材料和驅(qū)動(dòng)球的直徑直接與所施扭矩有關(guān)。所施扭矩又直接與位于螺套和與之配合的在一個(gè)或多個(gè)板上的螺栓頭之間的連接上的預(yù)應(yīng)力直接有關(guān)，這將在后面詳細(xì)敘述。
莖皮可與螺套成為一體，或是一個(gè)熱裝在螺套上的單獨(dú)零件。采用這種復(fù)合結(jié)構(gòu)，莖皮就能用較軟的材料(例如鋁)制成，而螺套用較硬的材料，例如A-286不銹鋼制成。本發(fā)明中窩的最佳數(shù)目是8。其數(shù)目可以變化。當(dāng)所有其它參數(shù)保持不變時(shí)，驅(qū)動(dòng)球橫切窩間的距離(約為45°)所需的時(shí)間，和安裝工具的轉(zhuǎn)速，決定了一個(gè)連接的松馳程度。為使一個(gè)理想的最后預(yù)應(yīng)力的松馳減至最小，窩間的距離宜加大。為了使松馳的影響減至最小，最好再一次擰緊螺套。這將在后面敘述。
控制預(yù)應(yīng)力的一個(gè)途徑是改變球所要犁穿的材料的量，而這可通過改變球的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力是球數(shù)量的近似函數(shù)當(dāng)所有其它因素相同時(shí)采用8個(gè)球產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力是采用4個(gè)球所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力的二倍。還可以改變被球阻截的莖皮面積或改變球阻截莖皮的面積來改變預(yù)應(yīng)力。第三種方法是改變莖皮的硬度。
導(dǎo)向部20緊接在莖皮18的上方。導(dǎo)向部與莖部連接的下部有一個(gè)圓弧面34，其在軸截面內(nèi)的圓弧半徑約等于旋動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)球36的半徑。當(dāng)把螺套旋在螺栓上和莖皮破壞時(shí)，在導(dǎo)向部20和表面34上的導(dǎo)向球使旋動(dòng)器和螺套的軸線精確地保持共線。
在螺套的頂部，還有一個(gè)內(nèi)倒角的環(huán)形座38。其倒錐角宜為150°。旋動(dòng)器的止推件42的支承面40坐在此座上(見圖3和圖6)。這樣一種嚙合方式允許在把螺套旋在螺栓上和完成一個(gè)連接的過程中對(duì)螺套施加一個(gè)軸向推力。螺套還有一個(gè)外形一般的基部12。螺套上基部的直徑最大，以便降低板上單位面積的載荷。它有一個(gè)接受螺栓上螺尾部分的埋頭孔44。還有一個(gè)從螺套軸線徑向延伸伸的支承面46，該支承面與一個(gè)墊圈或板面接合。
參看圖4，螺套上還有一個(gè)約束螺紋鎖緊裝置。螺紋鎖緊裝置是被一個(gè)在一個(gè)窩22底部的約束48形成的，約束使驅(qū)動(dòng)球作用區(qū)上面的螺套壁變形。這個(gè)形變使螺紋在50處局部變形向內(nèi)移而形成一個(gè)弧形螺紋鎖緊裝置。
圖3和4顯示了本發(fā)明螺套螺紋的最佳形式一種改進(jìn)的鋸齒螺紋52。該螺紋有一個(gè)與螺套軸線幾乎垂直的承載面，和一個(gè)與螺套軸線的垂面成大約45°的非承載面。螺紋還有一圓柱形的、軸向延伸的根部，和一個(gè)位于螺紋頂部的圓柱形平直的頂。這種鋸齒形螺紋在螺套上產(chǎn)生很小的徑向力。因此，螺套的重量可以很輕，因?yàn)樵跀Q緊時(shí)，莖皮的直徑不會(huì)增加。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果不采用這種鋸齒螺紋，而采用標(biāo)準(zhǔn)的V形螺紋，某些螺套在螺栓作用的徑向應(yīng)力作用下會(huì)徑向膨脹。這一膨脹將增加旋動(dòng)器球所要滾壓過的材料的數(shù)量，從而增加安裝螺套所需的扭矩，并因此進(jìn)一步增大徑向應(yīng)力。這種尺寸上的增加使得難于控制夾緊力的大小。該鋸齒螺紋避免了這一問題，使夾緊載荷與耕過莖皮的球之間可以有精確的關(guān)系。
圖6顯示了旋動(dòng)器30。旋動(dòng)器有一個(gè)本合60，其軸線為62。軸向孔64完全穿過本體并分成幾段。第一段是套筒66，其截面可以為方形，可以容納一個(gè)旋緊工具的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。一個(gè)止動(dòng)孔68開口于套筒內(nèi)以接受轉(zhuǎn)動(dòng)部分上的一個(gè)球。錐形倒角70引導(dǎo)旋緊工具的轉(zhuǎn)動(dòng)部進(jìn)入套筒66并且引導(dǎo)拔梢離開套筒。這些都是標(biāo)準(zhǔn)的。
套筒的轉(zhuǎn)動(dòng)端包括驅(qū)動(dòng)球32和引導(dǎo)球36。這些球被保持在若干軸向鉆孔72中。一個(gè)校正球74精確地為引導(dǎo)球和驅(qū)動(dòng)球?qū)︺@孔進(jìn)行整形。被該球移動(dòng)的材料可從球的前部查看到。從圖7可看出，鉆孔伸過球的中心并包圍球以徑向捕獲住它們。
一個(gè)保持器裝置80在相反方向?yàn)榍蛱峁┝思s束。保持器包括一對(duì)環(huán)84和86。環(huán)84被容納在本體60的圓周槽88內(nèi)。環(huán)86堆放在環(huán)84上面，為驅(qū)動(dòng)球提供支承。環(huán)84是開口的，以便放入槽88。環(huán)84是連續(xù)的并被環(huán)84保持在一定位置。
孔64從槽88處縮小到90處，以便捕獲住球32，但其直徑大于螺套的外徑。孔在92處進(jìn)一步縮小以徑向擋住止推器42的外緣94，以及捕獲引導(dǎo)球36?？?4在96處再度縮小以從徑向擋住止推器42的外緣94，承擔(dān)并從軸向定位止推器。
旋動(dòng)器30還有多個(gè)穿過鉆孔壁進(jìn)入相應(yīng)槽中的徑向指狀物98，以便靠頂住本體的壁而阻止止推器轉(zhuǎn)動(dòng)。
如已敘述過的那樣，止推器有一個(gè)與本體的內(nèi)止動(dòng)部96的支承面嚙合的外徑向法蘭94。它還有一個(gè)間隙錐部102以便與導(dǎo)向球36分開。錐部102以支承面40為界。
止推器有一個(gè)軸向的圓柱孔104以容納螺栓的螺尾端。
圖3顯示了莖皮破壞的機(jī)理和預(yù)定扭矩的確定。圖中，所示的旋動(dòng)器部分正向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)以擰緊在螺栓110上的螺套10。螺套的承載面40壓在板112的表面上，以便與螺栓110的頭部配合操作，向板傳遞軸向壓縮預(yù)載荷。驅(qū)動(dòng)球已在莖皮上耕出了溝114。溝114的橫截面與球一樣，并且被擠動(dòng)的材料形成了從窩開始的徑向凸起的環(huán)段116和118。豎線120顯示了在升起的環(huán)段下面耕入莖皮的溝的深度。耕犁一直繼續(xù)到所有的球耕出一個(gè)完整的圓周溝為止。在所示的實(shí)施例中，球的移動(dòng)角度約為45°(不是45°，因?yàn)楦C具有一定寬度)。當(dāng)旋動(dòng)器相對(duì)螺套轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向球在導(dǎo)向部20上滾動(dòng)保持旋動(dòng)器相對(duì)于螺套的固定的垂直和角度方位。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中以及在此之前，止推器42坐在座38上并向螺套施加一軸向推力迫使其順著螺栓110的螺紋軸向向前。
形成的接頭中的預(yù)應(yīng)力非常接近于在莖皮上耕出溝時(shí)作用在板上的載荷;只有很少的松馳。松馳很少是因?yàn)樗神Y是時(shí)間的函數(shù)。操作的時(shí)間越短，松馳越多。由于要越過窩間大約45°的角度需要一定時(shí)間，在操作過程中有足夠的松馳時(shí)間，因此建立時(shí)的預(yù)應(yīng)力與破壞時(shí)連接上的預(yù)應(yīng)力相對(duì)立。
換言之，耕犁時(shí)作用在板上的載荷必定從一個(gè)比較局部的區(qū)域擴(kuò)散到一個(gè)較大的區(qū)域。在耕犁的第一部分時(shí)，由于松馳，預(yù)應(yīng)力降低，如果降低量足夠多，螺套就會(huì)在螺紋上轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)，以增加預(yù)應(yīng)力。耕犁和擰緊可以同時(shí)產(chǎn)生，但最終，當(dāng)預(yù)載穩(wěn)定在最終值后，只有耕犁產(chǎn)生。
預(yù)應(yīng)力取決于幾個(gè)因素。一個(gè)是被球所截取的莖皮的面積，它可以用改變莖皮厚度的方法改變之;還有窩的深度，或球的直徑。
預(yù)應(yīng)力還取決于螺套及其材料的硬度。很明顯，預(yù)應(yīng)力按硬度的函數(shù)而增加。如果螺套的材料是可以加工硬化的，那么在到達(dá)一個(gè)恒定值之前，由于加工硬化，耕犁的阻力會(huì)增加。環(huán)段的形成也影響預(yù)應(yīng)力，因?yàn)槁萏撞牧系摹肮尾ā毕扔诟?，它顯著地增加了抵抗耕犁的莖皮的面積。
注意到本發(fā)明旋動(dòng)器的構(gòu)造，可知通過改變球直徑的方法改變預(yù)應(yīng)力的方法十分容易并且很有效把擋環(huán)組取下，更換驅(qū)動(dòng)球，根據(jù)所用球直徑不同而改變所用的環(huán)86的厚度以此固定驅(qū)動(dòng)球的軸向位置，使二者之和保持恒定。當(dāng)驅(qū)動(dòng)球的直徑小于越過窩底和旋動(dòng)器壁之間的空間，在耕犁時(shí)，球就會(huì)騎乘在窩壁上并和旋動(dòng)器壁接觸，因?yàn)檫@個(gè)位置阻力最小。
圖3還顯示了一個(gè)復(fù)合螺母和螺套結(jié)構(gòu)一個(gè)單獨(dú)的莖皮128代替了莖皮18。
圖5顯示了一個(gè)完成后的連接。螺套10和螺栓110的頭132以預(yù)定的預(yù)載緊緊夾住它們之間的板112和130。形成的弧段的隆脊116和118繞螺套延伸。窩的深度大于溝的深度，因?yàn)轵?qū)動(dòng)球的直徑小于窩底到旋動(dòng)器壁間的徑向距離。這樣就留下一部分窩以便第二次擰緊該連接從而施加更大的預(yù)載，或者用于分離螺套和螺栓以便解除該聯(lián)接。第二次擰緊可以用圓柱形驅(qū)動(dòng)子代替驅(qū)動(dòng)球32。
圖8A和8B顯示了本發(fā)明目前最佳旋動(dòng)器。圖中顯示了兩個(gè)旋擰套筒的球的軸向位置不同。圖8A中，套筒150有一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)四方形扳套154的圓筒152。旋動(dòng)器在到驅(qū)動(dòng)端158的過渡部分156處變細(xì)。軸向孔160延伸通過旋動(dòng)器并進(jìn)入扳套。軸向孔包括一個(gè)直徑較大的用以圍繞螺套基部導(dǎo)向的導(dǎo)向部分162。導(dǎo)向部分結(jié)束于肩部向旋動(dòng)器的套筒端延伸。在該保持部的規(guī)則分布的多個(gè)球是驅(qū)動(dòng)球，并且在軸套背上預(yù)定位置犁出一個(gè)溝。球被保持在保持部分鍛出的位置上。驅(qū)動(dòng)部分結(jié)束于一個(gè)內(nèi)臺(tái)肩170，它引導(dǎo)螺套頂部使球相對(duì)于螺套軸向定位。圖8B中，第二個(gè)旋動(dòng)器171的驅(qū)動(dòng)球172的軸向位置與前一個(gè)旋動(dòng)器中球的軸向位置相差一段距離，如圖中箭頭所示。在第一次擰緊后發(fā)生的為補(bǔ)償松馳而進(jìn)行的再擰緊過程中，第二旋動(dòng)器上的球在螺套上耕出第二個(gè)溝。確保連接中有理想的預(yù)應(yīng)力。除了球的位置外，圖8B和圖8A中的旋動(dòng)器完全相同。
圖9顯示了用以把本發(fā)明的螺套從螺栓上取下時(shí)用的第三種工具。拆卸工具176包括一個(gè)圓筒178，其中編有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的四邊形套筒180。在另一端，拆卸套筒182有8個(gè)軸向延伸的拆卸用凸瓣184，它們可進(jìn)入螺套的窩并當(dāng)拆卸螺套時(shí)頂住螺套莖皮上的窩的側(cè)面。同一端處的倒角186作為導(dǎo)向部分，每個(gè)凸瓣端部的斜面也同樣起引導(dǎo)作用。拆卸工具的兩端通過頸部190連接。
圖10A到10C顯示了本發(fā)明旋動(dòng)器和螺套的操作程序。在螺栓202上的螺套200擠住一個(gè)工件(未示出)。通過套筒204中的一個(gè)板子防止螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。圖10B中，套150上的球168已經(jīng)犁出了第一組溝206。擰緊時(shí)在形成的連接上產(chǎn)生了預(yù)定的預(yù)應(yīng)力，但是由于松馳，使預(yù)應(yīng)力低于理想值。松馳的影響被一個(gè)如圖10C所示的再擰緊動(dòng)作抵消。旋動(dòng)器171犁出了與第一組溝有軸向間隔的第二組溝。莖皮材料對(duì)旋動(dòng)器171上球的阻力與對(duì)旋動(dòng)器150上球的阻力相同。結(jié)果，再擰緊后，連接中的預(yù)應(yīng)力達(dá)到理想的預(yù)定值，其后的松馳沒有實(shí)質(zhì)性的影響。
圖11顯示了本發(fā)明螺套的一個(gè)替換例220。它是由兩部分組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)底部墊圈222和一個(gè)螺母224。螺母224是螺套的轉(zhuǎn)動(dòng)和帶螺紋部分。墊圈222能在螺母224上轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在安裝螺套時(shí)底部保持穩(wěn)定，不使安裝扭矩變化或使工件表面轉(zhuǎn)動(dòng)。螺母和墊圈以徑向表面226和228相互嚙合。嚙合面之間的摩擦力可以控制。在兩嚙合面之間加入潤(rùn)滑劑可以減小摩擦和寄生扭矩。除了采用復(fù)合結(jié)構(gòu)外，圖11中所示的螺套與前面所述的各實(shí)施例完全相同。
圖12顯示出本發(fā)明的螺套上有一個(gè)附加在底部的墊圈250，該墊圈在軸向載荷作用下可以變形，以適應(yīng)工件表面與螺套和螺栓軸線不垂直的情況。圖中，工件252的表面254與緊固件和螺栓從中穿過的孔的軸線不垂直;該傾斜角用在圖右側(cè)的箭頭表示。墊圈250被一個(gè)彎折的部分258限制在螺套上。墊圈的頸即260的截面較薄弱。在足夠軸向載荷作用下，薄弱的頸部不再成為一個(gè)柱狀物，并且恰好補(bǔ)償了工件表面相對(duì)于緊固件和工件孔軸線的傾斜角。和上述實(shí)施例一樣，該墊圈可相對(duì)螺套轉(zhuǎn)動(dòng)，所以工件表面和墊圈間的嚙合狀態(tài)對(duì)擰緊扭矩?zé)o影響。
本發(fā)明已參照某些最優(yōu)實(shí)施例進(jìn)行了說明。然而，所附的權(quán)利要求
的實(shí)質(zhì)和范圍不應(yīng)被這些實(shí)施例的說明所限制。
權(quán)利要求
1.改進(jìn)的帶內(nèi)螺紋的螺套包括(a)一個(gè)外部的、軸向延伸的環(huán)狀莖皮；(b)莖皮上接受旋動(dòng)器驅(qū)動(dòng)零件的至少一個(gè)軸向延伸的窩；(c)在預(yù)定的預(yù)載下，莖皮在被擰緊工具圓周壓縮產(chǎn)生圓周延伸的溝。
2.如權(quán)利要求
1所述的改進(jìn)螺套，其內(nèi)螺紋是鋸齒形螺紋。
3.如權(quán)項(xiàng)2所要求的改進(jìn)螺套，包括一個(gè)帶有軸向地挨著螺紋的軸向埋頭孔的基部，所說莖皮在所說螺紋的徑向向外處并與基部鄰接。
4.如權(quán)利要求
3所述的改進(jìn)螺套，包括一個(gè)由位于窩的底部處在螺紋中的一個(gè)約束形成的螺紋鎖緊裝置。
5.如權(quán)利要求
1所說的改進(jìn)螺套，包括許多圍繞莖皮外周規(guī)則隔開的窩。
6.如權(quán)利要求
5所說的改進(jìn)螺套，包括一個(gè)軸向鄰接螺紋的基部，所說莖皮在所說螺紋的徑向外部并且軸向鄰接基部，基部的外徑大于莖皮的外徑。
7.如權(quán)利要求
6所說的改進(jìn)螺套，其中的螺紋是鋸齒螺紋。
8.如權(quán)利要求
7所述的改進(jìn)螺套，包括許多繞螺套外表面等角度間隔的窩。
9.如權(quán)利要求
1所述的改進(jìn)螺套，包括一個(gè)被系留地安裝在螺套上的墊圈，當(dāng)建立連接時(shí)，由于連接板的摩擦作用，該墊圈可相對(duì)于螺套轉(zhuǎn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求
9所述的改進(jìn)螺套，其中的墊圈包括一個(gè)有環(huán)形承載面的基部和一個(gè)薄弱段，薄弱段可以失去其柱形，以便基本上使環(huán)狀承截面與板面嚙合，而不管板面是否與螺套的軸線垂直。
11.如權(quán)利要求
1所述的改進(jìn)螺套，其中的莖皮的材料與螺套的其它部分的材料不同。
12.一個(gè)改進(jìn)的母緊固件，包括(a)一個(gè)有環(huán)形板支承端的基部;(b)一個(gè)與基部軸向相接的莖皮;(c)一個(gè)穿過螺套的軸向孔;(d)一個(gè)位于軸向孔內(nèi)的螺紋;(e)許多在莖皮上規(guī)則分布并軸向延伸的用以接受旋動(dòng)器驅(qū)動(dòng)零件的窩;(f)在建立一個(gè)連接時(shí)，在螺套作用在板上的預(yù)定預(yù)載作用下，驅(qū)動(dòng)零件在莖皮上的圓周壓縮使莖皮破壞。
13.權(quán)利要求
12所述的改進(jìn)緊固件，其中的螺紋是鋸齒螺紋。
14.如權(quán)利要求
13所述的緊固件，其中的窩的徑向截面有弧形邊界。
15.如權(quán)利要求
14所述的改進(jìn)緊固件，包括一個(gè)在螺紋中的螺紋鎖緊裝置。
16.如權(quán)利要求
15所述的改進(jìn)的緊固件，其中的基部的直徑大于莖皮的直徑并包括一個(gè)軸向埋頭孔。
17.以預(yù)定的預(yù)應(yīng)力制造一個(gè)連接的方法，該連接有至少一個(gè)板，一個(gè)穿過板的螺栓，一個(gè)在螺栓上的帶內(nèi)螺紋的螺套，該方法包括(a)使驅(qū)動(dòng)零件與螺套莖皮上軸向延伸的窩嚙合，并把螺套在螺栓上擰緊;(b)用驅(qū)動(dòng)零件圓周壓縮破壞莖皮并用驅(qū)動(dòng)零件在莖皮上的窩之間耕出圓周向的溝，莖皮在連接上的預(yù)定預(yù)應(yīng)力下被破壞。
18.如權(quán)利要求
17所述的方法，包括在莖皮被作用在莖皮的驅(qū)動(dòng)零件第一次破壞后，在不同軸向位置進(jìn)行的再擰緊，并且在莖皮上的窩之間用驅(qū)動(dòng)工具耕出第二組溝，莖皮在連接上的預(yù)定預(yù)應(yīng)力下又一次被破壞。
19.如權(quán)利要求
18所述的方法，其中的驅(qū)動(dòng)零件是沿一個(gè)圓周可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在旋動(dòng)器本體內(nèi)的球。
20.如權(quán)利要求
17所述的方法，其中的驅(qū)動(dòng)零件是沿一個(gè)圓周可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在旋動(dòng)器本體內(nèi)的球。
21.一個(gè)旋動(dòng)器包括(a)一個(gè)接受扭矩的部分;(b)一個(gè)環(huán)形的驅(qū)動(dòng)部分;(c)多個(gè)以等角度間隔安裝在驅(qū)動(dòng)部分中的球，這些球在其等的安裝位置可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并向內(nèi)指向安裝器的軸線，以與螺套的窩壁嚙合并破壞與窩圓周方向相鄰的莖皮。
22.如權(quán)利要求
20所述的旋動(dòng)器，包括一個(gè)與驅(qū)動(dòng)部分軸向分開的環(huán)形徑向表面，以壓在螺套的自由端上并使旋動(dòng)器在螺套上軸向定位。
23.如權(quán)利要求
22所述的旋動(dòng)器，其中的環(huán)形徑向表面與驅(qū)動(dòng)部分軸向相鄰。
專利摘要
在有內(nèi)螺紋的螺套的莖皮上有軸向延伸的窩，這些窩接受旋動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)球。旋動(dòng)器通過驅(qū)動(dòng)球壓在窩壁上向螺套施加扭矩。在預(yù)定的預(yù)應(yīng)力時(shí)，球破壞莖皮并犁出圓周向的溝，而停止轉(zhuǎn)動(dòng)螺套。在不同軸向位置用球再次進(jìn)行的施扭，在同樣的預(yù)應(yīng)力的再次破壞莖皮，以補(bǔ)償?shù)谝淮问┡ず笏a(chǎn)生的松馳現(xiàn)象。
文檔編號(hào)F16B31/00GK86101574SQ86101574
公開日1986年11月26日 申請(qǐng)日期1986年2月13日
發(fā)明者喬治·希布羅克·溫格 申請(qǐng)人:喬治·希布羅克·溫格導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan