专利名称：垫圈和带有垫圈的紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垫圈和一种带有垫圈的紧固件。
背景技术：
已知的是利用电动工具来将物体相互紧固起来，所述动力工具使用了具有组合式置换螺母(a multi-part replacement nut)的紧固件，例如包括一个内侧套管、一个外侧套管以及一个垫圈。这种置换螺母例如在我们的美国专利No.5341560中公开。另外一种置换螺母在我们的美国专利No.6254323中公开，其中螺栓在其上侧螺纹的下方具有一个花键，一个垫圈被不可旋转地连接在其上，并且该螺栓还具有用于施加反作用力的啮合装置，同时所述动力工具的作用力使得螺母在螺栓上的螺纹和垫圈的表面上转动。在前述两篇专利中公开的紧固件内，共同的特征是利用同一个工具的作用力和反作用力，避免了在动力工具上存在反作用支臂(reaction arm)，将扭矩转换成无扭转的螺栓拉伸，以及用于第一时间获得所需的残留螺栓载荷而并非一个扭矩，该扭矩基于计算出的摩擦力而并非基于实际的摩擦力或者拉力进行估算，所述拉力基于当力被从拉长螺栓传递至用手拧紧的螺母时估算出的螺栓松弛量(boltrelaxation)。
在本申请中，“螺栓”是一个非常广义的词语，覆盖任何带有螺纹的紧固元件，比如螺栓、撑杆、螺钉、螺杆、拉伸螺栓、贯穿螺栓、盲板螺栓(a blind casing bolt)等等。
某些解决方案在序列号为No.10/112101、No.10/120343、No.10/427103的美国专利申请和美国专利No.6609868中公开。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种垫圈和一种带有垫圈的紧固件，它们提供了针对前述问题的更多解决方案。
考虑到这些目的以及其它将在下文中明了的目的，简而言之，本发明的一个特征在于一种垫圈，其包括一个主体，该主体具有一根轴线并且带有一个第一表面，其位于一轴向侧并且适合于与一个螺母协同工作，一个第二表面，其位于另一轴向侧并且适合于与待装配或者拆卸的物体协同工作，以及至少一个额外的抗转动表面(turning resistantsurface)，它们适合于与一个螺栓协同工作，所述主体的额外抗转动表面被制成摩擦表面，在所述主体与螺栓之间提供一个摩擦力，来以摩擦方式阻止所述螺栓发生转动，并且与此同时允许所述螺栓在螺母被转动时沿着轴线方向发生移动，所述主体的第二表面被制成在该主体与物体之间提供一个摩擦力，并且由此阻止该主体发生转动，而所述主体的第一表面被制成带有小于该主体第二表面的摩擦特性，来至少减轻该主体由于螺母转动而受迫进行转动。
按照本发明的另外一个特征，提供了一种紧固件，包括一个螺栓；一个螺母；以及一个在所述螺母与待装配或者拆卸物体之间位于所述螺栓上的垫圈，该垫圈包括一个主体，该主体具有一根轴线并且带有一个第一表面，其位于一轴向侧并且适合于与一个螺母协同工作，一个第二表面，其位于另一轴向侧并且适合于与待装配或者待拆卸的物体协同工作，以及至少一个额外的抗转动表面，它们适合于与一个螺栓协同工作，所述主体的额外抗转动表面被制成摩擦表面，在所述主体与螺栓之间提供一个摩擦力，来以摩擦方式阻止所述螺栓发生转动，并且与此同时允许所述螺栓在螺母被转动时沿着轴线方向发生移动，所述主体的第二表面被制成在该主体与物体之间提供一个摩擦力，并且由此阻止该主体发生转动，而所述主体的第一表面被制成带有小于该主体第二表面的摩擦特性，来至少减轻该主体由于螺母转动而受迫进行转动。
当垫圈和紧固件按照本发明设计而成时，利用由垫圈主体上与所述螺栓协同工作的至少一个额外抗转动表面提供的摩擦力，阻止了通常会趋于与螺母一起转动的螺栓发生转动，并且利用由垫圈上与所述物体协同工作的第二表面提供的摩擦力，阻止了垫圈主体发生转动，同时，所述螺母在转动过程中会经受来自于垫圈主体第一表面的尽可能低的摩擦阻力，并且由此不会与垫圈主体发生配合而进行转动，从而使得垫圈的第二表面与所述物体之间的摩擦力更为可靠地阻止了垫圈发生转动，而垫圈主体的抗转动表面与所述物体之间的摩擦力更为可靠地保持了螺栓与螺母一起进行转动。
被认为是本发明特点的新颖特征尤其在所附权利要求中进行了陈述。但是，当结合附图进行阅读时，通过下面对具体实施例的描述，本发明本身，包括其结构和工作方式，以及其额外的目的和优点将得以最佳理解。
图1示出了一个按照本发明的垫圈；图2示出了一个带有垫圈的紧固件和一个应用在该紧固件上的工具，并且示出了一种按照本发明的紧固方法；图3示出了另外一个按照本发明的垫圈实施例；图4示出了又一个按照本发明的垫圈实施例；图5示出了再一个按照本发明的垫圈实施例；而图6也示出了一个按照本发明的垫圈实施例。
具体实施例方式
图1示出了一个按照本发明的垫圈，其总体上被标识为附图标记1。该垫圈1具有一个主体，其被标识为附图标记2。垫圈1的主体2具有一根轴线A1，一个适合与一螺母协同工作的第一上表面3，一个适合与一物体协同工作的第二下表面4，以及至少一个被标识为附图标记5的额外抗转动表面，其中所述物体可以被制成两个即将相互组装起来的部件。
第一表面3与第二表面4沿着一个轴线方向，或者换句话说沿着轴线A1的方向，相互间隔开。至少一个额外的抗转动表面5位于垫圈1的主体2的径向内侧。该表面5被制成能够与一个螺栓以摩擦方式相互作用，来阻止所述螺栓在螺母被转动和所述螺栓受迫与螺母一起转动时发生转动。抗转动表面5可以被制成能够与所述螺栓上的螺纹啮合或者楔合，比如通过在表面5上设置对应的螺纹6。
正如可以从图1中看到的那样，垫圈1的主体2由两个部件7和8组成，它们相互之间基本上径向邻接，从而使得部件7位于部件8的径向内侧。带有阻止所述螺栓发生转动的螺纹6的表面5，被设置在部件7的径向内侧。部件8上具有一个突起9，该突起9位于部件7的上方，并且防止部件7轴向向上移动。部件8上的突起9形成了一个阻力点(a resistivepoint)，在本实施例中被制成一个断裂部位。尤其是，突起9被设计成能够在沿着轴向向上方向作用的特定力作用下发生断裂。
尽管垫圈主体2的表面5被制成阻止所述螺栓在螺母的转动过程中发生转动，但是该垫圈主体2也被制成能够阻止其本身在该过程中发生转动。尤其是，主体2的下表面4被制成一个摩擦表面，其具有一个相当大的摩擦力，来以摩擦方式与所述物体协同工作，从而使得当螺母被转动并且迫使所述螺栓转动进而迫使所述垫圈转动时，由于第二表面4与所述物体之间的摩擦协作，垫圈主体基本上不发生转动或者受阻无法发生转动。可以采取一些措施来增大所述垫圈主体的下表面4的摩擦特性。为了使得垫圈主体2的表面4具有较高的摩擦力，下表面4可以经受额外的表面粗糙处理，带有一个摩擦增大涂层等等。
相反，与所述物体协同工作的下表面4相比，与所述螺母协同工作的上表面3被制成具有一个较小的摩擦力。尤其是，其可以被制成在垫圈主体2与所述螺母之间提供尽可能低的摩擦力，从而使得当所述螺母被转动时，其基本上不会涉及(不会拖曳)垫圈主体2进行转动，因为所述垫圈必须被不可转动地保持住，来阻止螺栓发生转动。为此，可以对垫圈的上表面3进行机械加工，以便使得其具有一个非常低的粗糙度和非常高的滑动性能，其可以包覆一个摩擦降低涂层等等。也可以将垫圈主体制造成使得其上表面3经过机械处理，以降低摩擦力，同时其下表面没有经过机械处理，是粗糙的。
图2示出了一个带有所述垫圈的紧固件，和一个应用在该紧固件上的工具。这种紧固件具有一个螺母10，该螺母具有内螺纹11。这种紧固件还具有一个螺栓12，该螺栓12带有外螺纹13并且具有一根轴线A2。螺母10具有一个下表面14，其适合于被置于垫圈1的主体2的上表面3上。螺栓12上的外螺纹13与螺母10上的内螺纹11啮合，并且还与垫圈1的主体2上的内螺纹6啮合。
能够与本发明中的垫圈一同使用的电动工具被标识为附图标记15。这种电动工具具有一个被标识为附图标记20的壳体，和一个被标识为附图标记21的电动驱动器。所述电动驱动器比如被制成一个缸体-活塞装置，其包括一个缸体24和一个活塞25，活塞25可以在缸体24中移动并且带有一根活塞杆26。活塞杆26与活塞25的往复运动通过至少一个拨盘27被转化成一个棘轮28的旋转运动，其中拨盘27带有一个未示出的棘爪，该棘爪能够与棘轮28上的齿啮合。一个驱动元件16一方面与可转动的棘轮28连接起来，另一方面与螺母10啮合。为了提供这种啮合，驱动元件16的内表面可以带有连接装置，比如被制成一个多边形内表面等等。
此外，所述电动工具还具有一个不可旋转的构件17，其被连接在固定的壳体20上，来吸收在所述驱动元件转动过程中产生的反作用力。该不可旋转元件17与垫圈1的主体2啮合，来防止其环绕轴线A1和A2发生旋转，当所述紧固件被组装起来时，轴线A1和A2相互重合。为了与所述垫圈啮合，不可旋转元件17可以带有连接装置，比如被制成一个多边形内表面，用于与垫圈1的主体2的多边形周面协同工作。
带有所述垫圈的紧固件用于对一个被标识为附图标记18的物体进行紧固，比如用于将物体18中的部件19和19′相互组装起来。
当如图2中所示将电动工具15置于所述紧固件上时，为了拧紧或者松弛螺母10，连接在螺母10上的转动元件16对该螺母进行转动，以克服与螺栓12的螺纹摩擦力和与垫圈1的面摩擦力(按照本发明该摩擦力可以非常小)，以便转动所述螺母，并且不可旋转元件17会将垫圈1固定住，来吸收由于垫圈1与螺母10的面摩擦力(按照本发明该摩擦力可以非常小)、其与部件19′一侧面的面摩擦力以及其与螺栓12的转动摩擦力所产生的反作用力，从而使得垫圈1不会发生转动，但是能够吸收所述电动工具的反作用力。首先，当螺母10旋转时，螺栓12与该螺母一起旋转；但是，静止的垫圈1将静止部件7楔合在螺栓螺纹13内，从而使得所述螺栓由于其外螺纹13与垫圈1上的螺纹6相互啮合而停止转动。因此，螺栓12停止转动，并且在螺栓12由于螺栓10发生转动而被拉长时，向垫圈1施加一个轴向力，尤其是沿着一个轴向向上方向向其中的部件7施加一个力。在所述轴向向上力的作用下，所述垫圈的阻力点被克服，尤其是垫圈1中的部件8上的突起9发生断裂，并且垫圈1中的部件8被向上拉动。
图3示出了另外一个按照本发明的垫圈实施例。在此，这种被标识为附图标记1′的垫圈具有一个主体2′，该主体2′被制成一个整体元件，带有一个分隔部31和一条沟槽32，沟槽32用于减小所述分隔部的厚度并且使得其能够断裂。
按照本发明第二实施例的垫圈1′的工作过程基本上类似于图1所示实施例中的垫圈1的工作过程。当利用电动工具中的驱动元件16转动螺母10时，螺栓12会趋于与该螺母一起转动。由于垫圈1′被保持静止并且由此其内侧部件7′保持静止，所述螺栓由于其外螺纹13与垫圈1′的主体2′上的内螺纹6′相互啮合而保持静止，但是被沿着轴线方向拉长。在螺栓12拉长过程中产生的轴向力轴向向上施加在垫圈1′的径向内侧部件7′上，力图使得该内侧部件7′发生移动，从而使得其最终破坏构成阻力点的分隔部31，并且使得垫圈1′中的内侧部件7′相对于外侧部件8′轴向向上移动。
图4示出了另外一个按照本发明的垫圈实施例。在此，被标记为附图标记1″的垫圈具有一个主体2″。垫圈1″的主体2″具有一个第一上表面3″，其适合与所述螺母协同工作，一个第二下表面4″，其适合与一个物体协同工作，以及被标识为附图标记5″的抗转动表面。抗转动表面5″位于径向内侧，并且被制成作为一个楔形部啮合在所述螺栓上的螺纹中，比如通过在该抗转动表面5″上设置对应的螺纹6″。垫圈1″的主体2″由两个部件7″和8″组成，它们相互之间基本上径向邻接，从而使得部件7″位于部件8″的径向内侧。带有螺纹6″的抗转动表面5″被设置在部件7″的径向内侧。
部件7″具有一个裙形部分33，该裙形部分33被容置在部件8″的开口上的形状对应的下部34中。结构33、34形成了这种垫圈的阻力点。当部件7″在使得所述螺栓停止转动之后被向上拉动时，部件7″上的裙形部分33会略微并且永久性变形至部件8″的内侧开口平直部分的尺寸，来允许部件7″随着所述螺栓拉长而进一步向上滑动。
图5示出了本发明的另外一个实施例。这种垫圈被标识为附图标记1并且具有一个主体2。垫圈1的主体2具有一个第一上表面3，其适合与所述螺母协同工作，一个第二下表面4，其适合与一个物体协同工作，以及被标识为附图标记5的抗转动表面。抗转动表面5位于径向内侧，并且被制成作为一个楔形物啮合在所述螺栓上的螺纹中，比如通过在该抗转动表面5上设置对应的螺纹6。垫圈1的主体2由两个相互之间基本上径向邻接的部件7和8组成，从而使得部件7位于部件8的径向内侧。带有螺纹6的抗转动表面5被设置在部件7的径向内侧。
在图5示出的实施例中，部件7在其下部带有一个外侧隆起部分35，其被容置在部件8的开口上的形状对应的下部36中。部件7上的隆起部分35被压配合在部件8的开口上的下部36中。在工作过程中，当所述螺栓停止转动并且伸长时，隆起部分35受到挤压，但是仍旧保持足够的摩擦力来使得部件7在不发生转动的条件下相对于部件8向上移动。
在图6示出的实施例中，垫圈被标识为附图标记1″″，并且具有一个被标识为2″″的主体。垫圈1″″的主体2″″具有一个第一上表面3″″，其适合与所述螺母协同工作，一个第二下表面4″″，其适合与一个物体协同工作，以及被标识为附图标记5″″的抗转动表面。抗转动表面5″″位于径向内侧，并且被制成作为一个楔形物啮合在所述螺栓上的螺纹中，例如通过在该抗转动表面5″″上设置对应的螺纹6″″。垫圈1″″的主体2″″由两个相互之间基本上径向邻接的部件7″″和8″″组成，从而使得部件7″″位于部件8″″的径向内侧。带有螺纹6″″的抗转动表面5″″位于部件7″″的径向内侧。
在图6所示的实施例中，部件7″″的外表面37和部件8″″的开口内表面38被选择成能够使得部件8″″的开口内表面38压配合在部件7″″的外表面37上。表面37和38形成了这种垫圈的阻力点。所述压配合被选择成能够在所述螺栓停止转动并且当螺栓12被拉长时沿着轴线方向向垫圈1″″施加一个轴向力之后，表面37和38之间的压配合被克服，并且部件7″″可以相对于部件8″″轴向滑动。
在图3-7所示的实施例中，类似于图1中示出的实施例，垫圈1的主体2的上表面具有一个低的摩擦特性，同时垫圈1的主体2的下表面具有一个高的摩擦特性，这一点可以利用与结合图1中所示实施例描述过的相同方式来实现。
将会明白的是，各个前述的元件，或者两个或更多元件在一起，也可以在与前述类型不同的其它类型结构中获得应用。
尽管本发明已经被图示和描述成在垫圈、带有垫圈的紧固件、电动工具利用垫圈进行紧固操作的工作方法中实施，但是并不希望局限于所示出的细节，因为在不脱离本发明精神实质的条件下，可以进行各种改进和结构变化。
无需进一步分析，前述内容将非常完整地揭示本发明的要点，在不省略那些从现有技术出发认为构成本发明总体或者具体方面的实质特点的特征的条件下，公众可以通过应用公知常识而轻易地将其应用于各种领域。
权利要求
1.一种垫圈，其包括一个主体，该主体具有一根轴线并且带有一个第一表面，其位于一轴向侧并且适合于与一个螺母协同工作，一个第二表面，其位于另一轴向侧并且适合于与待装配或者拆卸的物体协同工作，以及至少一个额外的抗转动表面，其适合于与一个螺栓协同工作，所述主体的额外抗转动表面被制成摩擦表面，在所述主体与螺栓之间提供一个摩擦力，来以摩擦方式阻止所述螺栓发生转动，并且与此同时允许所述螺栓在螺母被转动时沿着轴线方向发生移动，所述主体的第二表面被制成在该主体与物体之间提供一个摩擦力，并且由此阻止该主体发生转动，而所述主体的第一表面被制成带有小于该主体第二表面的摩擦特性，来至少减轻该主体由于螺母发生转动而受迫进行转动。
2.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体被制成一个整体式元件，带有所述额外的抗转动表面。
3.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体由至少两个部分组成，其中一个部分带有所述额外的抗转动表面。
4.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体的额外抗转动表面被制成能够与所述螺栓上的螺纹连接起来。
5.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体具有一个部分，该部分带有所述额外的抗转动表面并且能够沿着轴线方向移动。
6.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体具有一个带有所述额外抗转动表面的第一部分，和另外一个部分，该部分以摩擦方式与所述第一部分连接起来并且带有所述第二表面，该第二表面适合于以摩擦方式与所述物体协同工作。
7.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体具有一个带有所述额外抗转动表面的第一部分，和另外一个部分，该部分经由一个断裂部位与所述第一部分连接起来，当所述主体的第一部分与螺栓一起沿着轴线方向移动时，所述断裂部位发生断裂。
8.如权利要求1中所述的垫圈，其特征在于所述主体具有至少一个阻力点，该阻力点被制成能够当所述螺母被转动并且所述额外抗转动表面使得螺栓停止转动时，由所述螺母在螺栓上施加的拉伸螺栓的拉力会向所述主体施加一个轴向力，该轴向力能够克服所述至少一个阻力点，从而允许所述主体的一部分在螺栓伸长时被轴向拉动。
9.一种紧固件，包括一个螺栓；一个螺母；以及一个在所述螺母与待装配或者拆卸物体之间位于所述螺栓上的垫圈，该螺栓包括一个主体，该主体具有一根轴线并且带有一个第一表面，其位于一轴向侧并且适合于与一个螺母协同工作，一个第二表面，其位于另一轴向侧并且适合于与待装配或者待拆卸的物体协同工作，以及至少一个额外的抗转动表面，它们适合于与一个螺栓协同工作，所述主体的额外抗转动表面被制成摩擦表面，在所述主体与螺栓之间提供一个摩擦力，来以摩擦方式阻止所述螺栓发生转动，并且与此同时允许所述螺栓在螺母被转动时沿着轴线方向发生移动，所述主体的第二表面被制成在该主体与物体之间提供一个摩擦力，并且由此阻止该主体发生转动，而所述主体的第一表面被制成带有小于该主体第二表面的摩擦特性，来至少减轻该主体由于螺母发生转动而受迫进行转动。
10.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体被制成一个整体式元件，带有所述额外的抗转动表面。
11.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体由至少两个部分组成，其中一个部分带有所述额外的抗转动表面。
12.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体的额外抗转动表面被制成能够与所述螺栓上的螺纹连接起来。
13.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体具有一个部分，该部分带有所述额外的抗转动表面并且能够沿着轴线方向移动。
14.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体具有一个带有所述额外抗转动表面的第一部分，和另外一个部分，该部分以摩擦方式与所述第一部分连接起来并且带有所述第二表面，该第二表面适合于以摩擦方式与所述物体协同工作。
15.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体具有一个带有所述额外抗转动表面的第一部分，和另外一个部分，该部分经由一个断裂部位与所述第一部分连接起来，当所述主体的第一部分与螺栓一起沿着轴线方向移动时，所述断裂部位发生断裂。
16.如权利要求9中所述的紧固件，其特征在于所述主体具有至少一个阻力点，该阻力点被制成能够当所述螺母被转动并且所述额外抗转动表面使得螺栓停止转动时，由所述螺母在螺栓上施加的拉力和对螺栓的拉伸会向所述主体施加一个轴向力，该轴向力能够克服所述至少一个阻力点，从而允许所述主体的一部分在螺栓伸长时被轴向拉动。
全文摘要
本发明公开了一种垫圈，其包括一个主体，该主体具有一根轴线并且带有一个第一表面，其位于所述轴线的一侧并且适合于与一个螺母协同工作，一个第二表面，其位于所述轴线的另外一侧并且适合于与待装配或者拆卸的物体协同工作，以及至少一个额外的抗转动表面，它们适合于与一个螺栓协同工作，所述主体的额外抗转动表面被制成摩擦表面，在所述主体与螺栓之间提供一个摩擦力，来以摩擦方式阻止所述螺栓发生转动，并且与此同时允许所述螺栓在螺母被转动时沿着轴线方向发生移动，所述主体的第二表面被制成在该主体与物体之间提供一个摩擦力，并且由此阻止该主体发生转动，而所述主体的第一表面被制成带有小于该主体第二表面的摩擦特性，来至少减轻该主体由于螺母发生转动而受迫进行转动。本发明还公开了一种带有所述垫圈的紧固件。
文档编号B25B23/10GK1670388SQ20041006873
公开日2005年9月21日 申请日期2004年9月6日 优先权日2004年3月17日
发明者约翰·K·琼克斯 申请人:约翰·K·琼克斯