本发明的实施例大体上涉及一种螺纹紧固件，特别是涉及一种能够提供增量的张力或夹紧力和对松动的抵抗能力的螺纹紧固件组件。
背景技术：
传统防松动螺纹紧固件依赖于对抗紧固件的应用中存在的松动扭力的特性。预置扭矩设计采用螺纹中的机械装置来提高松动或移动紧固件所需要的扭力的量，从而对抗前述松动扭力。该机械装置可以是扭曲的螺纹，覆盖部分螺纹表面的非金属镀层，或者是另外的塑料组件，这些都增加了摩擦力以对抗松动扭矩。预置扭矩紧固件的重复使用寿命短，其典型的售后服务是用新的紧固件通过重新组装来替换拆卸的紧固件。这种紧固件的另一个缺点是预置扭矩的变化导致接合处夹紧力的更多变化。
一些设计利用紧固件的夹紧面上的特性。这些特性典型地是实质上定向，能称之为呈“齿状”，“夹咬”或“挖掘”到相对的夹紧面中，从而提高松动紧固件所需要的扭力。这种紧固件的缺点在于拆卸对交接面造成损坏。
其它设计需要在外螺纹紧固件中钻孔并使用槽形螺母，其穿过每一对相对的平面开槽，而且需要将槽对准外紧固件中的孔并安装开口销用以防止松动。这类设计的主要缺点是成本高。
克服了上述类型的紧固件的许多缺点的一些设计，在经受振动或伸张和放松外紧固件的循环荷载的应用中，如在汽车车轮紧固应用中，有效地工作。然而，如果夹紧连接的使用牵涉到组件绕紧固件的轴转动，例如在汽车车轮心轴上，在转动的起始和停止时由于惯性产生的松动扭矩使得这些设计无法实现效果。
技术实现要素：
在一个实施例中，紧固件组件包括组装于公共轴上的扭转件和夹紧件，其中扭转件包括绕轴形成的螺纹和在一端绕轴延伸的环形支承面，夹紧件包括在一端绕轴形成并且与扭转件支承面相对的环形支承面，扭转件上的环形支承面包括多个螺旋形倾斜表面分段，其中表面分段具有大于螺纹的节距的第一节距，表面分段具有相对于螺纹呈相反倾斜的第二节距，夹紧件上的环形支承面包括多个螺旋形倾斜表面分段，其中表面分段具有大于螺纹的节距的第三节距，且表面分段具有相对于螺纹呈相反倾斜的第四节距。
在另一个实施例中，紧固件组件包括组装于公共轴上的扭转件和夹紧件，该扭转件包括具有预定节距的、绕轴设置的螺纹和在一端绕轴延伸的环形支承面，夹紧件包括在一端绕轴延伸并且与扭转件支承面相对的环形支承面，扭转件上的环形支承面包括第一组螺旋形倾斜表面分段和第二组螺旋形倾斜表面分段，其中第一组表面分段的节距大于螺纹的预定节距，第二组表面分段具有不同于预定节距的节距并且倾斜于相对的方向上，夹紧件上的环形支承面包括第三组螺旋形倾斜表面分段和第四组螺旋形倾斜表面分段，其中第三组表面分段的节距实质上大于螺纹的预定节距，第四组表面分段具有不同于预定节距的节距并且倾斜于相对的方向上。
在另一个实施例中，紧固件组件包括具有头部和杆部的螺栓以及组装于杆部上的垫圈，该螺栓包括绕杆部的一部分形成的螺纹，该头部的底侧面上具有多个螺旋形倾斜表面分段，表面分段具有大于螺纹的节距的第一节距，表面分段具有相对于螺纹呈相反倾斜的第二节距，该垫圈包括与该头部的底侧面相面对的支承面，该垫圈支承面包括多个螺旋形倾斜表面分段，表面分段具有大于螺纹的节距的第三节距，且表面分段具有相对于螺纹呈相反倾斜的第四节距。
根据以下附图解释和详细说明，本领域技术人员将能够显而易见本发明的其它系统、方法、特性以及效果。应理解，所有这样的另外系统、方法、特性以及效果属于说明书的内容，落入本发明的范围，并且得到保护。
附图说明
参照以下附图和说明能更好地理解本发明。附图中的部件不一定是按照比例的，重点是阐明本发明的原理。此外，在附图中，不同视图中的相似参考标号表明对应的部件。
图1为第一紧固件组件的俯视图、侧剖视图以及仰视图。
图2为用于图1的第一紧固件组件的垫圈的俯视图、侧剖视图以及仰视图。
图3为用于图1的第一紧固件组件的螺母的俯视图、侧剖视图以及仰视图。
图4阐明了用于紧固件组件的示范性螺纹设置。
图5阐明了用于紧固件组件的示范性螺纹设置。
图6阐明了在紧固件组件的应用时转矩角和夹紧力之间的示范性关系。
图7为第二紧固件组件的俯视图、侧剖视图以及仰视图。
图8为第三紧固件组件的俯视图、侧剖视图以及仰视图。
具体实施方式
参见附图，图1中描述了紧固件组件的一个实施例。示范性的紧固件组件100包括螺母105和垫圈120。图1a显示了紧固件组件100的俯视图。图1b显示了紧固件组件100的侧剖视图。图1c显示了紧固件组件100的仰视图。紧固件组件100可以是能用作紧固到车轮心轴(未示出)的心轴螺母的结构。这样，紧固件组件100可包括六角形头部107和平底122。六角形头部107形成于螺母105上。平底122形成于垫圈120上。也可以使用其它任何形状的头部用于螺母105，根据实施例应用的需要。也可以使用其它任何形状的平底，例如截头圆锥形，用于垫圈120，根据实施例应用的需要。
螺母105包括具有六角形头部107和环形凸缘111的螺母主体109。螺母主体109按常规方式于115处带有内螺纹(未示出)。螺纹115绕螺母主体109的内侧呈螺旋状延伸，呈常规选择的节距(pitch)x。
环形凸缘111具有大体上呈波状的环形底部支承面113。如图3c所示，支承面113被分段，以界定十六个左螺旋形倾斜表面分段113l和十六个右螺旋形倾斜表面分段113r。左螺旋形倾斜表面分段113l和右螺旋形倾斜表面分段113r的数目可以为任何值，根据实施例应用的需要。大量螺旋形倾斜表面分段将导致夹紧力和张力每当螺母105转动时的较低增量增长以及较低松动阻力。少量螺旋形倾斜表面分段将导致夹紧力和张力每当螺母105转动时的较高增量增长以及较高松动阻力。螺旋形倾斜表面分段的数量可以根据应用来选择，以实现夹紧力和张力按照螺母105的转动的需要的增量增长以及松动阻力。
垫圈120包括具有平底122和环形凸缘126的垫圈主体124。垫圈主体124具有无螺纹孔132，该无螺纹孔132穿过垫圈主体124。环形凸缘126具有大体上呈波状的环形顶部支承面128。如图2a和2b所示，支承面128被分段，以界定十六个左螺旋形倾斜表面分段128l和十六个右螺旋形倾斜表面分段128r。左螺旋形倾斜表面分段128l和右螺旋形倾斜表面分段128r的数目可以为任何值，根据实施例应用的需要。
螺母105的环形底部支承面113和垫圈120的环形顶部支承面128的交界处可相对于垫圈120的底部122成一个角度。该角度可以是大约15度，如图1b所示。螺母105的环形底部支承面113和垫圈120的环形顶部支承面128的交界处的角度可以为从接近于零到接近于45度的任何值，根据实施例应用的需要。该角度可变化，以便通过垫圈120平均地分配负载到夹紧面(未示出)。螺母105的环形底部支承面113和垫圈120的环形顶部支承面128的交界处的摩擦力可变化，以便确保螺母105可相对于垫圈120转动。
垫圈120的底部122可包括多个凸起的锯齿状分段130，例如二十个锯齿状分段130，如图1c和2c所示。锯齿状分段130可夹咬或挖掘入夹紧面(未示出)中。锯齿状分段130可提高垫圈120的底部122和夹紧面之间的摩擦力，从而避免垫圈120相对于夹紧面转动。锯齿状分段130可在底部122上被均匀地间隔开来，以便在底部122和夹紧面之间提供均匀的摩擦力。锯齿状分段130的数量和间隔可调节，以改变底部122和夹紧面之间的摩擦力。垫圈120的底部122和夹紧面之间的摩擦力可大于螺母105的环形底部支承面113和垫圈120的环形顶部支承面128的交界处的摩擦力，从而使得螺母105能相对于垫圈120转动，而不会使得垫圈120相对于夹紧面转动。相应地，由于扭矩施加于螺母105，螺母105在垫圈120保持静止时可转动。
参见图2，图2a显示了垫圈120的俯视图。图2b显示了垫圈120的侧剖视图。图2c显示了垫圈120的仰视图。图2a和2b显示了支承面128上的左螺旋形倾斜表面分段128l和右螺旋形倾斜表面分段128r。
每个左螺旋形倾斜表面分段128l可负责支承面128的旋转路径的相应度数，例如大约15度。支承面128由每个左螺旋形倾斜表面分段128l负责的旋转路径的量可为其它任何值，根据实施例应用的需要。每个右螺旋形倾斜表面分段128r可负责支承面128的旋转路径的大约7.5度。支承面128由每个右螺旋形倾斜表面分段128l负责的旋转路径的量可为其它任何值，根据实施例应用的需要。所有的表面分段128l和128r负责表面128的整个360度路径。垫圈120上的表面分段128l和128r的总数等于螺母105上的表面分段113l和113r的总数。
每个右表面分段128r形成为绕着与螺母105上的螺纹115相同的轴螺旋形地延伸。每个表面128r依次螺旋形倾斜并且与螺纹115在同一方向。这些右螺旋形倾斜表面128r中的每一个的节距为y。右螺旋形倾斜表面128r的节距y不同于并且大于螺母105上的螺纹115的节距x。由于节距y不同于节距x并且大于节距x，可以使得垫圈120能抵抗松动，比如在逆时针方向施加扭矩时。紧固和放松紧固件组件100的转动方向根据实施例的应用可以不同。
另一方面，每个左表面分段128l位于在右表面分段128r的相对方向上倾斜的螺旋结构的表面上。这些左螺旋形倾斜表面128l中的每一个的节距为z。通过选择节距z，能在螺母105转过由每个表面分段128l占据的15度时，对螺母105转动的每一度(转矩角)提供预定的张力增加量。
参见图3，图3a显示了螺母105的俯视图。图3b显示了螺母105的侧剖视图。图3c显示了螺母105的仰视图。图3c显示了支承面113上的左螺旋形倾斜表面分段113l和右螺旋形倾斜表面分段113r。
每个左螺旋形倾斜表面分段113l可负责支承面113的旋转路径的大约15度。支承面113由每个左螺旋形倾斜表面分段113l负责的旋转路径的量可为其它任何值，根据实施例应用的需要。每个右螺旋形倾斜表面分段113r可负责支承面113的旋转路径的大约7.5度。支承面113由每个右螺旋形倾斜表面分段113l负责的旋转路径的量可为其它任何值，根据实施例应用的需要。所有的表面分段113l和113r负责表面113的整个360度路径。螺母105上的表面分段113l和113r的总量等于垫圈120上的表面分段128l和128r的总量。
每个右表面分段113r形成为绕着与螺纹115相同的轴螺旋延伸。每个表面113r依次螺旋形倾斜并且与螺纹115在同一方向。这些右螺旋形倾斜表面113r中的每一个的节距为y。右螺旋形倾斜表面113r的节距y不同于并且大于螺纹115的节距x。由于节距y不同于节距x并且大于节距x，可以使得螺母105能抵抗松动，比如在逆时针方向施加扭矩时。紧固和放松紧固件组件100的转动方向根据实施例的应用可以不同。右螺旋形倾斜表面113r的节距y可以与垫圈120上的右螺旋形倾斜表面128r的节距y相同或互补。
另一方面，每个左表面分段113l位于在右表面分段113r的相对方向上倾斜的螺旋结构的表面上。这些左螺旋形倾斜表面113l中的每一个的节距为z。通过选择节距z，能在螺母105转过由每个表面分段113l占据的约15度时，对螺母105转动的每一度(转矩角)提供预定的张力增加量。左螺旋形倾斜表面113l的节距z可以与垫圈120上的左螺旋形倾斜表面128l的节距z相同或互补。
图4阐述了用于紧固件组件100的示范性螺纹设置。图4中列出的值是示范性的，可以根据实施例的应用改变。图4显示了螺纹坡440，左螺旋形倾斜表面坡442，以及右螺旋形倾斜表面坡444，其与紧固件组件100的转动角度相应。左螺旋形倾斜表面坡442可以使用于螺母105或垫圈120上的左螺旋形倾斜表面113l或128l中的任一个。右螺旋形倾斜表面坡444可以使用于螺母105或垫圈120上的右螺旋形倾斜表面113r或128r中的任一个。斜坡为相对于平坦的支承面446显示，其可与垫圈120上的平底122相同。
如图4所示，左螺旋形倾斜表面坡442的节距与螺纹坡440的节距位于相对的方向上。再如图4所示，右螺旋形倾斜表面坡444与螺纹坡440的节距位于相同的方向上，但右螺旋形倾斜表面坡444的节距不同于螺纹坡440并且大于螺纹坡440。如图4描述的，每转动7.5度，右螺旋形倾斜表面坡444上升0.167mm，而每转动22.5度，螺纹坡440上升0.125mm。相应地，右螺旋形倾斜表面坡444的节距大于螺纹坡440。由于右螺旋形倾斜表面坡444的节距和螺纹坡440的节距为不同的值，对在逆时针方向转动的紧固件组件100提供了松动阻力。较大的差值将导致较高的松动阻力，较小的差值将导致较低的松动阻力。
图5阐述了用于紧固件组件100的另一示范性螺纹设置。图5中列出的值是示范性的，可以根据实施例的应用改变。与图4类似，图5显示了螺纹坡540，左螺旋形倾斜表面坡542，以及右螺旋形倾斜表面坡444，其与紧固件组件100的转动角度相应。左螺旋形倾斜表面坡542可以使用于螺母105或垫圈120上的左螺旋形倾斜表面113l或128l中的任一个。右螺旋形倾斜表面坡544可以使用于螺母105或垫圈120上的右螺旋形倾斜表面113r或128r中的任一个。斜坡为相对于平坦的支承面546显示，其可与垫圈120上的平底122相同。
除了左右螺旋形倾斜表面坡的坡高以外，图5与图4类似。比较图4和图5，显示出左螺旋形倾斜表面坡542的坡高为0.104mm，而左螺旋形倾斜表面坡442的坡高为0.167mm。图5中描述的较小左坡高可使得紧固件组件100被紧固，并且，相较于对图4中描述的左坡高，以用于每次增量(incremental)旋转的较少转动力来增加夹紧力，因为螺母105和垫圈120上的左螺旋形倾斜表面113l和128l之间的阻碍减少。类似地，图5中描述的较小右坡高可使得紧固件组件100相较于对图4中描述的右坡高，具有用于紧固件组件100的每次增量旋转的较少松动阻力，因为螺母105和垫圈120上的右螺旋形倾斜表面113r和128r之间的阻碍减少。
图6阐明了在紧固件组件100的应用时转矩角和夹紧力之间的示范性关系。在图6中，顺时针旋转导致转矩角增加。线条650显示了紧固件组件100转动每一度的夹紧力(张力)的增加，如前文所述，该紧固件组件100具有左右螺旋形倾斜表面分段。线条650显示了在螺母105和垫圈120上的所有左右螺旋形倾斜表面分段同时互相作用时的夹紧力的增加。虚线652显示了传统的紧固件组件转动每一度的夹紧力(张力)的增加。线条650的分段654显示了，当左螺旋形倾斜表面分段随着紧固件组件在顺时针方向被紧固而相互作用时，夹紧力的增加量。相应地，紧固件组件100的顺时针方向旋转接合了左螺旋形倾斜表面分段之间的接触，增加了插入紧固件组件100的外螺纹部件中的张力。图6显示了分段654的夹紧力增加量大于虚线652的具有相同转矩角增加量的夹紧力增加量。
紧固件组件100继续顺时针旋转，从左螺旋形倾斜表面分段之间的接触转变为右螺旋形倾斜表面分段之间的接触。夹紧力减小，并且外螺纹部件中的张力在右螺旋形倾斜表面互相作用时减小。线条650的分段656显示了，当右螺旋形倾斜表面分段随着紧固件组件在顺时针方向被紧固而相互作用时，夹紧力的变化。图6显示了，在右螺旋形倾斜表面分段互相作用时，夹紧力减小。该夹紧力的减小是由于右螺旋形倾斜表面分段的节距大于螺纹的节距。沿顺时针方向紧固紧固件组件100，由于右螺旋形倾斜表面分段互相作用，降低了紧固件中的张力。张力降低，直到左螺旋形倾斜表面分段再次接合。
张力或夹紧压力的量由螺母105转动的量和螺旋形倾斜表面分段的节距确定。需要的夹紧力可通过计算分段路径手动地实现，或者通过编程计算机驱动的转矩扳手来自动地进行。
相反地，沿逆时针方向松开紧固件组件100，由于右螺旋形倾斜表面分段互相作用，增加了紧固件组件100的张力。当紧固件组件100沿逆时针方向旋转时，张力的增加提供了对抗在紧固件组件100的正常使用中产生的放松扭矩的性能。
左右螺旋形倾斜表面二者同时接触时，负载的紧固件组件100为静止位置。静止位置658在图6中用图表表示，位于线条650的每个局部最小值，例如位于转矩角22.5度。紧固件组件100可自动地到达静止位置，因为在静止位置中最少量的压力施加于插入紧固件组件100中的外螺纹部件，例如螺栓。相应地，紧固件组件100在其最理想位置自定位。
紧固件组件的另一实施例如图7所示。紧固件组件700可包括和紧固件组件100相同的一部分或所有要素和特征，因此不再赘述。图7a显示了紧固件组件700的俯视图。图7b显示了紧固件组件700的侧剖视图。图7c显示了紧固件组件700的仰视图。紧固件组件700可包括可转动地连接至螺母705的附属垫圈。垫圈720和螺母705之间的连接能够允许在垫圈720支承于螺母705时垫圈720和螺母705之间可自由转动。垫圈720和螺母705之间的连接可通过螺母705的向下延伸的展开部分770安装到垫圈720的孔732中来完成，如图7b所示。垫圈720的孔732可在顶部较窄以配合展开部770。由于垫圈720和螺母705的左右螺旋形倾斜表面的互相作用，紧固件组件700的松动阻力特性与紧固件组件100相同。
紧固件组件的另一实施例如图8所示。图8a显示了紧固件组件800的俯视图。图8b显示了紧固件组件800的侧剖视图。图8c显示了紧固件组件800的仰视图。紧固件组件800包括螺栓805而不具有如紧固件组件100中的螺母。螺栓805可包括和螺母105相同的一部分或所有要素和特征，例如六角形头部807、螺纹815、凸缘811、支承面813、左螺旋形倾斜表面分段以及右螺旋形倾斜表面分段。螺纹815可绕螺栓805的杆部872的一部分的外侧以选定节距x螺旋形延伸。紧固件组件800还包括垫圈820。垫圈820可包括和垫圈120相同的一部分或所有要素和特征，因此不再赘述。由于垫圈820和螺母805的左右螺旋形倾斜表面的互相作用，紧固件组件800的松动阻力特性与紧固件组件100相同。
在此公开描述的紧固件组件实施例，能够在夹紧连接处绕紧固件的轴转动的应用中，例如插入紧固件组件中的外螺纹部件的转动时，对抗松动扭矩。在这样的应用中，由起始和停止转动时的惯性产生的松动扭矩通过在右螺旋形倾斜表面相互作用时出现的张力增加量抵消，
在此公开描述的紧固件组件实施例，因为只需要具有必要的螺旋形倾斜表面的螺母和垫圈而不需要额外部件，提供了制造与使用成本低廉的紧固件组件。另外，由于在应用或移除紧固件组件时没有部件被永久损坏，描述的紧固件组件可重复使用。此外，由于不存在实质上定向以咬入夹紧面中的齿，紧固件组件也不会损坏夹紧面。
本发明描述了螺母和具有配合的平底垫圈的螺栓。应理解，其也可以应用于更大范围的紧固件组件结构，例如，包括螺母/螺栓和圆锥形垫圈组件。虽然本发明特别地参照上述实施例来说明和描述，但应理解，本领域技术人员在形式上和细节上可做出的各种变化，并不脱离本发明的精神和范围。