弹性联轴节元件和包含该元件的紧固件组件的制作方法

专利名称：弹性联轴节元件和包含该元件的紧固件组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及了用于保证工件稳固定位的紧固件组件中的弹性联轴节元件。本发明 也涉及了紧固件组件。紧固件组件可以、但不一定必须、是螺纹紧固件。
背景技术：
图A和图B表示一个典型联轴节2001的局部剖视图。一个工件的两个联轴节构 件2020和2025通过一个螺栓2005和一个螺母2015的配合而被夹在一起。在联轴节构件 2020和螺母2015之间有一个套筒2010，该套筒2010的高度不必如图所示，例如可以是一 个或多个垫圈。当将螺母2015旋紧到螺栓2005上时，联轴节构件2020和2025上的夹紧力Fc将 会增加。这个夹紧力Fc起初为预负荷，即该力由于初始的拧紧而在螺栓连接过程中产生。 如图B所示，一个工作负荷&当联轴节构件2020和2025承受负荷时施加到这些构件的外 部。图B表示该工作负荷&的增大使得联轴节构件2020和2025正在沿着螺栓2005的轴 线方向对联轴节系统施加负荷。因此，夹紧的构件2020和2025以及套筒2010处于受压状态，而螺栓2005的杆部 处于受拉状态。一旦对预负荷夹紧力进行初始的拧紧后，螺栓2005就发生蠕变，引起螺栓 2005的伸长和夹紧力Fc的降低。蠕变也称为应力松弛。因此，夹紧的构件2020和2025以及套筒2010处于受压状态，而螺栓2005的杆部 处于受拉状态。一旦对预负荷夹紧力进行初始的拧紧后，螺栓2005就发生蠕变，引起螺栓 2005的伸长和夹紧力Fc的降低。蠕变也称为应力松弛。图C说明初始拧紧后前12小时以上在典型联轴节上的夹紧力Fe。如图C所示，在 联轴节总成2001拧紧后的前几个小时，整个蠕变过程会充分地发生。夹紧力Fe的渐进线趋 于能够显著低于预负荷夹紧力的数值。在图C中，初始夹紧力&(在0小时时间)为90kN; 在12小时以内，夹紧力Fc为初始数值的一半以下(近似40kN)。蠕变(和应力松弛)与构件的应力和温度变化成比例。所以，在夹紧力&接近螺 栓2005的标准负荷(弹性极限)时，蠕变量将明显地提高。这实际上说明，此后非常需要 维持设定的夹紧力Fc。因此，为了克服如图A所示的联轴节总成的夹紧力Fe的损失，螺栓2005和螺母 2015配合偶件可以在螺栓2005放松以便将夹紧力Fe恢复到所期望的数值以后再次承受拉 力。任选办法包括挑选一个螺栓，一旦发生蠕变时，夹紧力&在期望的水准上；和/或挑 选一个螺栓来承受预料之中的可以忽略的蠕变量。这些办法无论哪一种都不尽如人意，因 为其结果是给操作者带来不便，对夹紧的联轴节构件形成潜在的危险和/或超出了联轴节 总成的工程范畴。虽然上述讨论针对的是螺母和螺栓联轴节组件，但该同一问题也与其他类型的紧 固件相关联。对紧固件元件的要求是当紧固件组件向联轴节施加夹紧力时能够将因紧固件总成的蠕变所产生的夹紧力损失降低到最小限度。此外，当初始夹紧力接近紧固件组件的最低标准负荷时，这种夹紧力的损失的最小化对于紧固件组件可能是有益处的。应用工作负荷时，联轴节夹紧部件的弹性比被夹紧的部件的弹性大得多并且具有 逐渐减小受夹紧部件的总负荷的效应。仅有小部分工作负荷传递给包括螺栓的夹紧部件。 一个弹性平垫圈增加联轴节夹紧部件的刚度，因而增大传递给联轴节夹紧部件的部分工作 负荷。保持初始夹紧力的数值使得较大的工作负荷在通过被夹紧构件的分离产生失效或螺 栓失效发生以前应用到联轴节。另外，已经有大量的现有技术是关于使螺纹紧固件能够防止意外旋松的。典型的 现有技术包括楔形件、锁定棘齿、弹性垫圈和弹性螺母，所有这些元件曾经在现有技术中描 述过，其中部分元件的结构或功能还不完善。锁定作用通常依靠联轴节元件之间的相互作 用来实现，有些情况下依靠工件来实现。相互作用可以是动态的(如锁定楔的情况)、静态 的(如主要的扭矩紧固件)或弹性的(如弹簧垫圈的情况)。楔形件的应用已经有100多年的历史，用来预防振动引起的旋松。弹性垫圈用于 衰减振动和消散冲击能。棘齿用来嵌入到夹紧的工件当中。可是，现有技术都没有能够完 全有效地提供一个控制扭矩来防止螺纹紧固件在工作时发生意外旋松，而允许装配的紧固 件按照方便的方式有意制成非螺纹的。确切地说，原来的弹性元件(如弹性垫圈)如果不平整(弹性不稳定)就不能经 受住临界应用的重负荷，在这里使用ISO性质8. 8级螺栓和8级螺母。基于这种背景以及与此相关联的问题和困难，产生了本发明。此外，本发明对在专利申请PCT/AU01/00255中公开的解决办法提出了进一步的 改进，讨论了螺纹紧固件组件的缺陷，并将它的应用扩展到其它的机械联轴节上。应该注意到，如果这里引用任何现有技术出版物，这样的引用并不意味着允许该 出版物在澳大利亚或任何其它国家构成该技术基本常识的一部分。在此对本发明的应用和描述声明如下除了由于语言表达或必要的暗示以外， “comprise”这个词或其变化像“comprises”或“comprising”均按照包含的意义使用，即规 定所陈述的特征的存在，但不排除本发明中各种具体装置的更多特征的存在或补充。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供一个螺纹紧固件组件的弹性联轴节元件，包含一个 有中心轴线的物体，该物体有第一个和第二个接合面，在这两个接合面之间物体能够承受 螺纹紧固件组件的压紧，并且一个中心孔沿着中心轴线通过该物体延伸，当承受压力时，该 物体产生弹性变形，其特征是物体一旦经受超过预定程度的挠曲而形成压力而产生负荷 时，物体的弹性刚度会增加。刚度的变化最好是作为单独的一步而发生。在包括螺纹接合的螺栓和螺母的典型螺纹紧固件组件中，螺栓的标准负荷小于螺 母。根据本发明，在弹性元件使用在包含螺纹接合的螺栓和螺母的螺纹紧固件组件的地方， 有利于物体的刚度在预定的夹紧力上发生变化，使得刚度的变化可以通过组合电动工具的 电子控制探测到。
第一个接合面的成形最好是由于与螺纹紧固件组件的可旋转元件接合的结果。接 合方式为，在拧紧方向允许可旋转元件旋转，而在旋松方向抑制可旋转元件的旋转。为此， 第一个接合面配备一个斜坡结构，与旋转元件上的互补斜坡结构进行匹配接合，匹配斜坡 结构共同组成一个棘轮结构，允许可旋转元件在旋紧方向旋转，抑制在旋松方向的旋转。第一个接合面可以是平面，其意义是与弹性元件的中心轴线正交的法平面，或者 也可以在横截面处剖开，如圆台或弓形面。在第一个接合面在横截面被剖开的地方，最好与弹性元件的中心轴线的法平面倾 斜，其倾斜角度不大于15。当允许相对于组件相邻部件定中心时，与接合面成一定角度是有利的。该结构可 以配备所提到的棘齿斜坡，每个斜坡都有坡面和坡肩，大多数结构都可以构成斜坡结构。如 果弹性元件属于螺纹组件的一部分，则棘齿斜坡允许另一个组件与其接触来向拧紧方向运 动，阻止向旋松方向运动。这种特征结合弹性元件的回弹性质使其动作犹如一个离合器的 作用。从而，如果扭矩大于操作过程中所期望的数值，如故意旋松，它应用到与弹性元件接 触的构件(直接地或间接地)，在旋松方向，该构件将骑在斜坡肩部，落在邻近的斜坡上面， 最后在组件中释放张力。为了允许这种性质，坡肩需要倾斜，使得它的斜度比螺纹的斜度小 二十倍。弹性联轴节元件的结构形式可以是这样的，在旋松期间通过接合面传递的扭矩比 通过斜坡传递的要大。这能够或者通过形成直径足够大的接合面或者通过嵌入工件的接合 面的脊/突出的结合来保证。弹性联轴节元件的几何特征使其承受原来工艺的回弹盘和垫圈能够承受的力的 许多倍，在标准DIN 6796中规定。另外，弹性元件的特征是改变刚度特性。这种通常与偏 转功能的力呈线性关系的特性能够合并刚度的连续变化率，或能够具有某种倾向联轴节外 螺纹的标准负荷。超出那个数值的进一步负荷导致每单位力的较小的延长。可以采取措施来减少符合螺纹紧固件组件的相对运动期间于匹配斜坡结构之间 的摩擦阻力。这样的措施要得当，诸如在它们之间使用润滑剂或者提供滚轮以较低的摩擦 阻力来方便它们之间的相对运动。第二个接合面的成形最好适宜与工件的接合。第二个接合面最好为曲线形状，包括凹度和一个凹度翻转的变形点。凹度在内部 面向变形点的径向的外侧，外观上面向变形点的径向的内侧。第二个接合面最好进一步包括一个平断面和一个更远的断面，平断面向内呈径 向，更远的断面如所述的曲线形状。更理想的是，物体还包括一个凸缘部分，向内延伸到内侧周围，绕中心孔延伸。内 侧周围的直径小于每个接合面的内直径。第二个接合面的曲线外形最好与凸缘部分结合。进一步的改进应是扩大内部凸缘，与一个接合面形成一个柱面以便承受操作时随 时可能发生的超负荷，最好设立在扭转操作期间应感觉到的预负荷的极限值。弹性元件的物体可以配备提供指示旋转元件和弹性元件之间按照彼此之间初始 接合的相对旋转程度的手段，将指示在预负荷期间加在联轴节上力的数值。指示可以是任 何适当的形式，如直观指示、声音指示扭矩传感或两者的结合。
结合支撑柱体的优点具有实际性，可以传感适当的预负荷，也可以在联轴节发生 松弛后再精确地扭转到适当的水准，从操作的角度看是最轻松的。根据本发明的第二方面，提供一个螺纹紧固件组件，根据本发明的第一方面所述与一个弹性元件结合。在布置上，弹性元件包含一个垫圈。该垫圈和与螺纹紧固件组件接合的相邻的构 件最好有匹配表面，其外形提供一个接触面，在中部和下面按照它们的中心轴线布置构件 和垫圈。根据本发明的第三个方面，提供一个弹性联轴节元件，包含一个具有包括两个相 对侧面的中心轴线的物体，外围面和内围面限定一个中心孔，一个相对面具有与相邻的联 轴节组件相互作用的结构，以构成彼此间的机械连接，另外一个相对面构成又一个曲线形 状的接合面。曲线形状可以包括凹度和一个凹度翻转的变形点，凹度在内部面向变形点的径向 外侧，外观上面向径向点的径向内侧。更远的接合面最好进一步包括一个平断面和一个该平断面向内部径向的更远的 断面，这个更远的断面即所谓的曲线形状。更理想的是，物体还包括一个凸缘部分，向内延伸到内侧周围，绕中心孔延伸。内 侧周围的直径小于每个接合面的内直径。内凸缘最好是形成了与旋转面的紧固件中心同轴的一个柱体，以承受操作过程中 随时可能发生的超负荷，并建立一个在扭转操作期间应感受到的预负荷极限值。第二个接合面的曲线形状最好与凸缘部分或柱体部分结合。具有与联轴节组件构件相互作用的结构的相对侧面最好提供彼此间的机械连接 可以制成与相邻的构件相适应的横截面轮廓。外形可以是适当的形状，如锥形。根据本发明的第四方面，提供一个可灵活保证工件定位的螺纹紧固件组件，包含 一个具有旋转轴线的螺纹紧固件和一个弹性元件(如弹性垫圈)，提供一个为连接工件的 所谓选择轴线连接的环形接合面。这是指在螺纹紧固件和弹性元件之间建立机械连接，以 利于螺纹紧固件相对于弹性元件在拧紧方向旋转，同时在旋松方向抑制这种相对旋转。螺 纹紧固件包含第一个和第二个紧固件构件的组件，第一个紧固件构件包含一个头部和一个 从头部沿着轴向延伸的突出部分，并围绕该突出部分在头部带一个接合面；第二个紧固件 构件包含第一个接合面、第二个接合面和中心孔来接受第一个紧固件的突出部分。第一个 紧固件构件为间隙配合，具有到一个紧固件构件的接合面，与第二个紧固件构件的第一个 接合面相接合，第二个紧固件构架的第二个接合面与弹性元件相接合。第一个紧固件构件的接合面最好和第二个紧固件构件的第一个接合面彼此间为 机械连接，将第一个和第二个紧固件构件接合到一起，以便当第一个紧固件构件向拧紧方 向旋转时协调旋转。机械连接也可以按照一种布置方式将第一个和第二个紧固件构件结合 在一起，当第一个紧固件构件向旋松方向(旋松)旋转时协调地旋转。作为选择，机械连接 也可以按照另外一种布置方式促使第一个和第二个紧固件构件沿轴向分离，以适应第一个 紧固件构件相对于第二个紧固件构件向旋松方向旋转。在机械连接将第一个和第二个紧固件构件结合到一起以协调当第一个紧固件构 件向旋松方向(旋松)旋转的地方，可以提供适当的连接结构，例如内接合凹槽之类的结构，在第一个和第二个紧固件构件之间应用花键连接。在机械连接适合促使第一个和第二个紧固件构件在轴向分离以适应第一个紧固 件构件相对于第二个紧固件构件向旋松方向旋转的地方，可以在第二个紧固件构件的第二 个接合面包含一个斜坡结构，在弹性元件上包含一个补充斜坡结构，匹配斜坡结构提供一 个棘齿结构，允许第一个紧固件构件在拧紧方向旋转，而在旋松方向抑制旋转。最好是第一个和第二个紧固件构件之间的机械连接在每个接合表面都包含一个 斜坡结构。利用这种结构布置，棘齿结构帮助起到楔入的作用，使第一个和第二个紧固件构 件在轴向分离，以适应第一个紧固件构件在旋松方向的旋转。具有典型性的楔形件的斜度 大于螺纹紧固件的螺距。在这里，第一个紧固件构件在旋松方向的旋转造成螺纹楔紧，因而 抑制在旋松方向的进一步旋转。弹性元件的弹性使得它能经受压力，在不受损坏的情况下为非螺纹紧固件提供余 地。弹性元件更适宜符合本发明的第一个方面。紧固件可以包含一个螺栓和一个螺母。如果紧固件为一个螺母，其与螺栓接合的螺孔既通过头部又通过突出部分延伸， 与螺孔在贯穿的整个长度上在内部实行螺纹接合。这种布置使得负荷沿着螺纹均勻分布， 而对于常规螺母而言，大部分负荷由前面的一小段螺纹承受。第一个紧固件构件的突出部分一般最好制成锥形，向内直到自由端。第二个紧固 件构件内部的孔也具有相应的形状，以此来保持彼此间的间隙配合。第二个紧固件构件的第二个接合面最好比同一个构件的第一个接合面要大。这有 利于在紧固件和弹性元件之间提供较大的接触面来适应斜坡结构。与工件接合的弹性元件表面可以配备抑制弹性元件相对于工件旋转的措施，这样 的措施可以包含一个或多个在低负荷下容易嵌入工件的弹性元件上的离散嵌入突出物。接 合面也可以选择足够大的直径，以便在工作时产生比通过斜坡结构传递的扭矩更大的摩擦 扭矩。每个嵌入的突出物可以由嵌入工件的完整齿形来说明。利用这种布置，紧固件相对 于弹性元件的第一个表面的旋转造成突出物直接嵌入工件，以防止弹性元件和工件之间的 任何相对运动，否则可能会引起嵌入的突出部分穿入工件表面造成损坏。螺纹紧固件组件可以具有一个可见的指示装置，说明其预负荷的程度。这可以通 过紧固件相对于初始摩擦接触后确定的弹性元件的旋转的刻度来实现。正是这个旋转程度 的指标确定了在螺纹紧固件上施加的预负荷。因为紧固件和弹性元件之间是棘齿接合方式，在彼此间初始接合后紧固件相对于 弹性元件在拧紧方向的旋转产生一个“喀哒”的噪声，它可以用来调节紧固件总成上的预负 荷程度，因为每个“喀哒”声都代表一个具体的角旋转的量值和因此而施加的具体的力。例 如，对于特殊的紧固件组件可以规定，拧紧的情况应该是装配时“喀哒”的次数。在用户听 到“喀哒”声有困难的情况下可以使用拾音设备(如声电转换器或扩音装置)。这样的设备 可以组成放大和/或控制电路。螺纹紧固件组件可以配备对它所施加的预负荷的程度的扭转指示，这可以通过使 用支撑结构来实现，例如容易引起刚度迅速变化的中央柱体结构，它在施加预负荷时能够 感受到这种力是手动或电动来施加的。
根据本发明的第五方面，提供一个灵活保证工件定位的螺纹紧固件组件，该组件包含一个具有旋转轴线的螺纹紧固件，提供一个与所谓旋转轴线同心的环形接合面，用于 与工件或螺纹紧固件组件其它构件的接合。该螺纹紧固件包含一个第一个和第二个紧固件 构件的组件，第一个紧固件构件包含一个头部和从头部向轴线方向延伸的突出部分，在头 部上围绕突出部分带有一个接合面；第二个紧固件构件包含一个接合面和一个中心孔，用 于接受带间隙配合的第一个紧固件构件的突出部分，具有与第二个紧固件构件的接合面接 合的第一个紧固件构件的接合面。所谓的环形接合面位于接合面那个相对面上的第二个紧 固件构件上。螺纹紧固件最好进一步包含第一个和第二个紧固件构件的机械连接手段，将它们 连接到一起，以便当第一个紧固件构件向拧紧方向旋转时协调旋转。在一个结构布置上，机 械连接也将第一个和第二个紧固件构件连接到一起，以便当第一个紧固件构件向旋松方向 (旋松)旋转时协同旋转。机械连接也可以选择另外一种布置方式来促使第一个和第二个 紧固件构件的轴向分离，以适应第一个紧固件构件相对于第二个紧固件构件向旋松方向旋 转。在机械连接将第一个和第二个紧固件构件结合到一起以协调当第一个紧固件构 件向旋松方向(旋松)旋转的地方，可以提供适当的连接结构，例如内接合凹槽之类的结 构，在第一个和第二个紧固件构件之间应用花键连接。在机械连接适合促使第一个和第二个紧固件构件在轴向分离以适应第一个紧固 件构件相对于第二个紧固件构件向旋松方向旋转的地方，可以在第二个紧固件构件的第二 个接合面包含一个斜坡结构，在弹性元件上包含一个补充斜坡结构，匹配斜坡结构提供一 个棘齿结构，允许第一个紧固件构件在拧紧方向旋转，而在旋松方向抑制旋转。根据本发明的第四和第五方面，螺纹紧固件组件在每一方面都能够提供一个弹性 螺母和一个垫圈组件来代替弹性联轴节元件，这一方法同普通的和新的螺纹紧固件组件组 合在一起也可以成为一个有价值的建议。根据本发明，提供一个螺纹紧固件组件用于灵活地保证工件的定位，该组件包含 一个螺纹紧固件，即具有旋转轴线的螺母或螺栓。螺纹紧固件有一个与所谓旋转轴线同心 的环形接合面，与螺纹紧固件组件的弹性元件接合。第二个螺纹紧固件构件包含一个附加 的弹性元件，它绕着传统紧固件的斜面部分作旋转运动，允许它自己定心在第二个元件的 第一个接合面上，再提供一个弹性元件与同连接凸缘的工件串联的第二个元件的其余部分 整体连接，以增加紧固件的变形。围绕着传统紧固件的斜面部分的凸缘能够装配棘齿以防止螺纹紧固件向旋松方 向转动，或者采取其它办法阻止旋松。这样的弹性螺母和弹性垫圈组件是紧固件中一个重要的概念，因为它能够解决螺 纹脱扣和疲劳损坏的问题。上述损坏模式是因螺纹断面应力过大所造成，一旦发生脱扣，这 种损坏现象就会蔓延。随着螺母螺距相应地减小，轴向负荷趋于增加，引起首先接合螺纹的 超负荷。锥形断面的螺母延伸到它的支撑面以下，使它转变成部分拉长的构件，其负荷传递 大为改善。这样的紧固件能够承受波动负荷，而其它市场上现有的紧固件不能做到这一点。 在螺栓的头部也发生应力集中的现象。弹性螺母在几何尺寸上与螺栓相适应，将其进一步 应用到其它外螺纹部件将会同样改善它们的性能。在同一个组件内同时使用弹性螺母和弹性螺栓很有好处。尽管这个概念具有明显的优点，在市场上仍然没有弹性螺母或螺栓供应。本发明 详细地介绍了这种紧固件的设计和批量制造的情况。本发明建议将熟悉的“螺母概念”分 解为弹性螺母-垫圈组件，包含机械锁定的部件。锁定机构的形式不固定，例如可以采取凹 槽、斜坡、楔件和棘齿等形式。关于棘齿已经在涉及弹性联轴节元件的内容中做了叙述。楔 件的成形方向与棘齿相反。它们的肩部在拧紧过程中接合。斜坡在旋松到楔螺纹并进行动 态锁定时彼此面接触。垫圈是中心孔与螺母的锥形相适应。这种形式的明显优点是单向配合，所以不需 要预装配或适当的胶结安装。另一个优点是在几何方面，可以降低应力。上面叙述的所有弹性元件在使用时要综合它们的优点，形成共同的弹性联轴节。实际上，一些弹性元件能够采取串联、平行和将二者组合的方式进行装配，许多弹性元件像 锥形垫圈一样进行装配，以增强变形或负荷的承受能力。人们日益普遍地了解到，锁定系统不能补偿受到拉力的紧固件。因此，本发明对这 方面做了详述，不仅阐述了紧固件的可靠锁定。而且也说明了如何正确地向它们施加预负 荷以及如何使它们在如冲击、振动和温度变化这样恶劣的工作环境下承受拉力。这种机构 之一是刻度尺和指示器，如前所述。它们能够放置在彼此旋转的部件上。由于螺纹组件的 受力与旋转角度成正比，所以能够读刻度尺来准确地向紧固件施加预负荷，远远优于使用 扭矩量程。唯一需要的工具是简单的扳手。这里预计的另外一种方法是使用一种声学装置，用它来转换在施加预负荷因部件 在棘齿上旋转所产生的喀哒噪声。可能要采用大量如前所述的装置。从帮助装配人员对喀 哒噪声计数的放大器到累计总数的复杂仪器直到预设负荷完成。一个与所介绍的全部组件具有共同点的零件是弹性联轴节元件，其功能是作为固 定垫圈与一个工件直接接触。为了组件的适当操作，该固定垫圈需要有足够大的直径或保 持它位置稳定的其它措施。其它措施之一可以包含前面所述的很少使用的嵌入突出物，因 为它们不相对于工件表面旋转而由垫圈上的其它零件推进，所以除了引起局部弹性收缩以 外并不损伤相对表面。本发明也考虑使用多头螺纹，能够在这里发挥其最大的优点，因为所述及的组件 中还没有为了防止旋松而依靠螺纹的摩擦。随着减少摩擦方法的应用，其机械利益也会由 于比现有技术紧固件组件大得多的螺距而达到相同的水准。为了减少静摩擦以外的棘齿摩擦，可以按照一些不同的方式应用滚动轴承，某些 应用方式在本文后续章节中详述。使用弹性元件提供了一个弹性组件，能够不用再次旋紧而在长期的工作状态保持 所施加的预张力，不仅能够承受而且也能适应最恶劣的工作环境。本发明的第六个方面提供了一个先前所述的弹性垫圈-紧固件组件，该组件可以 使用也可以不使用附加垫圈。本发明提供了一种紧固件，包含具有刚性的弹性变形部分，它在紧固件上的负荷 超过初始负荷值时要发生变化，初始负荷值小于该部分的弹性变形极限。本发明提供了一种紧固件，包含一个具有承载面的构件，与相邻联轴节构件的外 表面相接合。其中，承载面包含一个第一接触段和第二接触段。紧固件可以发生弹性变形，第一接触段以初始负荷范围值与相邻的联轴节构件产生接触，第二接触段以比初始负荷范围值大的联轴节上的负荷与邻近的联轴节构件接合。本发明提供了一种紧固件，包含一个弹性元件和一个透孔元件。弹性元件按照弹 性特点适合承受透孔元件的标准负荷，没有弹性流动或弹性流动最小。本发明提供了 一种包含上述紧固件的联轴节。本发明提供了一种联轴节，它包含一个有透孔的工件和一个包含沿该孔延伸的构 件。在这里，紧固件为结构紧凑的弹性构件，其外径不超过该紧固件公称尺寸的三倍，其高 度不超过该紧固件公称尺寸的3/4，依靠达到紧固件标准负荷的联轴节上的负荷产生弹性 变形。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括初级紧固件构件，沿着工件孔延伸，初级构件具有初级接触段与工件接合；二级紧 固件构件，具有二级接触段与初级紧固件构件配合，向工件施加压负荷从而形成联轴节；初 级和二级接触段之间的弹性元件，以便在负荷下受压，该元件在比初级和二级紧固件构件 都大的负荷范围下具有弹力。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括初级紧固件构件，沿 着工件孔延伸，初级构件具有初级接触段与工件接合；二级紧固件构件，具有二级接触段与 初级紧固件构件配合，向工件施加压负荷从而形成联轴节；初级和二级接触段之间的弹性 元件，以便在负荷下受压，该元件在比初级和二级紧固件构件都大的负荷范围下具有弹力。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件总成，包括第一紧固件构件，沿 着工件孔延伸；第一构件，有第一接触段与工件接合；第二紧固件构件，有第二接触段与第 一紧固件构件配合，向工件施加压负荷从而形成联轴节；第一和第二接触段之间的弹性元 件，以便在负荷下受压，该元件在承受低于预定数值的负荷时具有第一刚性，在承受高于预 定数值的负荷时具有较高的刚性。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括初级紧固件构件，沿 着工件孔延伸，初级构件具有初级接触段与工件接合；初级接触段和工件之间的弹性元件， 以便在负荷下受压，该元件在比初级紧固件构件大的负荷范围具有弹力。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括初级紧固件构件，沿 着工件孔延伸，初级构件具有初级接触段与工件接合；初级接触段和工件之间的弹性元件， 以便在负荷下受压，该元件在初级紧固件构件的标准负荷下具有弹力。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括初级紧固件构件，沿 着工件孔延伸，初级构件具有初级接触段与工件接合；初级接触段和工件之间的弹性元件， 以便在负荷下受压，该元件在承受低于预定数值的负荷时具有初级刚性，在承受高于预定 数值的负荷时具有较高的刚性。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括具有承载面的紧固 件构件；固定垫圈，有初级表面适合与紧固件构件的承载面接触，有二级表面适合与工件接 触，在这里，该垫圈在初级和二级表面之间具有压缩弹性。紧固件构件的承载面和固定垫圈 的初级表面拥有较多突出物，在紧固件构件相对于固定垫圈旋转时提供声音指示。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括具有承载面的螺纹 紧固件；中间垫圈，具有适合与承载面接触的初级表面以及二级表面；固定垫圈，具有适合与中间垫圈的二级表面接触的初级表面和适合与工件接触的二级表面。在这里，中间垫圈和固定垫圈之间的表面用来在螺纹紧固件和工件之间增加压力接触。本发明提供了一种应用在工件联轴节上的紧固件组件，包括具有承载面的螺纹 紧固件；中间垫圈，具有适合与承载面接触的初级表面以及二级表面；固定垫圈，具有适合 与中间垫圈的二级表面接触的初级表面和适合与工件接触的二级表面。在这里，螺纹紧固 件用来将扭矩传递给中间垫圈，中间垫圈相对于固定垫圈旋转。固定垫圈在紧固件拧紧期 间相对于工件保持静态。本发明提供了一种紧固件组件，包含一个压缩弹性段和一个弹性延伸杆，弹性段 的刚度大于标准负荷下延伸杆的刚度。本发明提供了一种包含杆部和头部的铆钉结构。在这里，至少头部段在铆钉负荷 达到初始值时产生弹性变形，铆钉负荷超过初始值时，头部的刚性也随之发生变化。本发明提供了一种包含杆部和头部的铆钉结构。头部具有一个承载面，与相邻构 件的外表面接合。这里，承载面包含初级接触段和二级接触段，铆钉的头部段能够产生弹性 变形，使得初级接触段在初始负荷量以内向铆钉施加负荷时与相邻构件接触，二级接触段 应用大于初始负荷量的铆钉负荷的情况下与相邻构件接合。本发明提供了一种包含螺纹杆部和头部的铆钉结构。头部有一个沿轴向延伸来的 环形凸缘，它包含一个在第一轴线方向与相邻构件接触的轮缘、一个从轮缘起向内的环形 凹陷区和一个围绕轴线沿着第一方向延伸的突出物，小于轮缘沿第一方向的延伸。当铆钉 处于松脱状态时，突出物的位置从凹陷区向内呈径向，杆部从环形突出物向第一轴线方向 延伸。当铆钉承受轴向负荷时，环形凸缘的轮缘向第二轴线方向偏斜。本发明提供了一种螺栓结构，包含一个螺纹杆部分和一个头部，在这里，至少头部 段在螺栓负荷达到初始值时产生弹性变形，螺栓负荷超过初始值时，头部的刚性也随之发 生变化。本发明提供了一种包含螺栓杆和螺栓头的螺栓结构。头部具有一个承载面，用于 与相邻构件的外表面相接合。承载面包含初级接触段和二级接触段，在这里，螺栓的头部能 够产生弹性变形，使得在向螺栓施加初始负荷值范围以内的负荷时，初级接触段与相邻构 件接触，二级接触段在施加大于初始负荷值范围的负荷时与相邻构件接合。本发明提供了一种包含螺纹杆部和头部的螺栓结构。头部有一个沿轴向延伸来的 环形凸缘，它包含一个在第一轴线方向与相邻构件接触的轮缘、一个从轮缘起向内的环形 凹陷区和一个围绕轴线沿着第一方向延伸的突出物，小于轮缘沿第一方向的延伸。当螺栓 处于松脱状态时，突出物的位置从凹陷区向内呈径向，杆部从环形突出物向第一轴线方向 延伸。当螺栓承受轴向负荷时，环形凸缘的轮缘向第二轴线方向偏斜。本发明提供了一种包含弹性变形部分的垫圈结构，其变形部分在向垫圈施加达到 或超过初始负荷值的范围时就发生弹性变形，而变形部分的刚性在向垫圈施加的负荷大于 初始值时即产生变化。本发明提供了一种垫圈结构，包含一个孔和一个与相邻构件的外表面接合的承载 面。该承载面包含初级接触段和二级接触段，在这里，垫圈的头部段能够发生弹性变形，使 得当垫圈上的负荷在初始负荷值的范围以内时，初级接触段与相邻构件接触，当负荷超过 初始负荷值范围时，二级接触段与相邻构件接合。
本发明提供了一种包含沿轴向延伸来的环形凸缘的垫圈，该环形凸缘包含一个在 第一轴线方向与相邻构件接触的轮缘、一个从轮缘起向内的环形凹陷区和一个围绕轴线沿 着第一方向延伸的突出物，小于轮缘沿第一方向的延伸。当垫圈处于松脱状态时，即垫圈承 受轴向负荷时，环形凸缘的轮缘能够偏斜。本发明提供了一种用于联轴节的垫圈结构，包括初级表面，适合与第一相邻联轴 节构件接触；二级表面，适合与第二相邻联轴节构件和弯曲凸缘接触。在这里，固定垫圈在 初级和二级表面之间可以弹性压缩，二级表面形成在凸缘上，固定垫圈在外观上可以充分 成形。本发明提供一种用于联轴节的垫圈结构，包括一个有承载面的固定垫圈和一个适 合与相邻联轴节构件接触的二级表面。在这里，固定垫圈包括一个套筒，当承载面和相邻联 轴节构件之间的压力达到预定的初始值时，该套筒与相邻联轴节构件相接触。本发明提供一种用于带螺纹的紧固件联轴节的垫圈结构，包括初级承载面，用来与第一联轴节元件接触，初级承载面制成凹形(圆锥形或曲线形)，以便第一联轴节元件能 够在初级承载面上自行定心；二级相对承载面，用来与第二联轴节元件接触；一个中心孔， 它在包含槽孔部分和向内突出的凸缘的表面之间延伸，以承受第一联轴节元件的套筒部 分。本发明提供一种用于带螺纹的紧固件联轴节的垫圈结构，包括初级承载面，用于 与第一联轴节元件接触，配备联锁机构，以防止与螺纹紧固件作相对旋转运动；二级相对承 载面，用来与第二联轴节元件接触；一个中心孔，它在包含槽孔部分和向内突出的凸缘的表 面之间延伸，以承受第一联轴节元件的套筒部分。本发明提供一种用于带螺纹的紧固件联轴节的垫圈结构，包括若干环形布置的 斜坡，共同构成承载面；二级相对承载面，用来与第二联轴节元件接触；一个中心孔，它在 包含槽孔部分和向内突出的凸缘的表面之间延伸，以承受第一联轴节元件的套筒部分。本发明提供一种用于带螺纹的紧固件联轴节的垫圈结构，包括初级承载面，用来 与第一联轴节元件接触，初级承载面制成凹形(圆锥形或曲线形)，以便第一联轴节元件能 够在初级承载面上自行定心；二级承载面，用来与第二联轴节元件接触。在这里，垫圈刚度 较大，从而各在承载面之间的压力下保持凹陷形状。本发明提供一种用于带螺纹的紧固件联轴节的固定垫圈结构，包括适合与紧固 件元件接触的初级表面；适合与工件接触的带二级表面的曲线凸缘。在这里，固定垫圈在初 级表面和二级表面之间可以弹性压缩。二级表面位于凸缘的末端。该垫圈结构还包含套筒 部分，形成在凸缘受压下与工件接触的三级表面。本发明，提供一种用于带螺纹的紧固件联轴节的固定垫圈结构，包括具有初级表 面和二级表面的弹性物体，初级表面适合与紧固件接触，二级表面适合与工件接触。在这 里，该弹性体的弹力随着压力的增加而增加。本发明提供一种用于联轴节的垫圈对，包括初级垫圈，它的初级表面适合与另一 个紧固件的承载面接触，该垫圈还有二级表面；固定垫圈，包含两个表面，其初级表面适合 与初级垫圈的二级表面接触，二级表面适合与工件接触。在这里，初级垫圈的二级表面呈凸 形，固定垫圈呈凹形，以便初级垫圈在固定垫圈上自行定心。初级垫圈的硬度比二级垫圈 大。
本发明提供一种用于联轴节的垫圈对，包括初级垫圈，它的初级表面适合与另一个紧固件的承载面接触，该垫圈还有二级表面；弹性固定垫圈，包含两个表面，其初级表面 适合与初级垫圈的二级表面接触，二级表面适合与工件接触。在这里，初级垫圈的二级表面 呈凸形，固定垫圈呈凹形，以便初级垫圈在固定垫圈上自行定心。初级垫圈无弹性。本发明提供一种用于联轴节的垫圈对，包括初级垫圈，它的初级表面适合与另一 个紧固件的承载面接触，该垫圈还有二级表面；弹性固定垫圈，包含两个表面，其初级表面 适合与初级垫圈的二级表面接触，二级表面适合与工件接触。在这里，初级垫圈的二级表面 包含若干突出物，固定垫圈的初级表面包含若干补充突出物，这些突出物用来防止在旋松 方向而不是在拧紧方向初级垫圈相对于二级垫圈作旋转运动。本发明提供一种用于联轴节的垫圈对，包括具有两个表面的初级垫圈，其初级表 面适合与另一个紧固件的承载面接触，二级表面为凸起形状；固定垫圈，其初级凸形表面适 合与初级垫圈的二级表面接触，以便初级垫圈能够在固定垫圈上自行定心，该固定垫圈还 包含适合与工件接触的二级表面。在这里，初级垫圈的二级表面和固定垫圈的初级表面随 着联轴节的拉紧而增加表面接触力度。本发明提供一种用于联轴节的垫圈对，包括具有两个表面的初级垫圈，其初级表 面适合与另一个紧固件的承载面接触，二级表面为凸起形状；固定垫圈，其初级凸形表面适 合与初级垫圈的二级表面接触，以便初级垫圈能够在固定垫圈上自行定心，该固定垫圈还 包含适合与工件接触的二级表面。在这里，二级垫圈的二级表面和固定垫圈的初级表面随 着联轴节的拉紧而增加表面接触力度。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，这种结构由一个螺 纹紧固件和一个垫圈组成。螺纹紧固件的功能是在承载面上和突出的套筒细端阻止相对转 动，以便在远离承载面的地方进一步变窄。垫圈包含一个承载面，在螺纹紧固件上有相应的 结构。该垫圈还包含一个槽孔来支撑紧固件的套筒部分。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，这种结构由一个螺 纹紧固件和一个垫圈组成。螺纹紧固件包含若干环形布置的斜坡和一个圆台形细端套筒， 以便在远离承载面的地方进一步变窄。垫圈包含若干环形布置的斜面，共同构成初级表面， 适合与承载面接触。该垫圈还包含一个槽孔来支撑紧固件的套筒部分。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，这种结构由一个螺 纹紧固件和一个垫圈组成。螺纹紧固件包含初级承载面，定位在从内螺纹的轴向端部向内 至少一周，距螺纹有径向间隙。螺纹紧固件还包含一个圆台形细端套筒，以便在远离承载面 的地方进一步变窄。垫圈包含初级表面，适合与承载面接触。该垫圈还包含一个槽孔。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，这种结构由一个螺 纹紧固件和一个垫圈组成。螺纹紧固件包含一个凸形承载面。垫圈包含凹形的初级表面， 适合与承载面接触，以便紧固件能够在垫圈上自行定心。在这里，垫圈的硬度比紧固件的硬 度大。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，这种结构由一个螺 纹紧固件和一个垫圈组成。螺纹紧固件包含一个凸形承载面。垫圈包含凹形的初级表面， 适合与承载面接触，以便紧固件能够在垫圈上自行定心。垫圈还包含若干环形突出物，共同 构成二级承载面，以便与联轴节元件接合，对在旋松方向的相对运动提供比拧紧方向更大的阻力。与垫圈相比，螺纹紧固件有比较大的弹性变形。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，这种结构由一个螺纹紧固件和一个垫圈组成。螺纹紧固件包含一个凸形的承载面。垫圈包含一个凹形的初级 表面和终止在适合与工件接触的二级表面的弹性曲线凸缘。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件和垫圈的组合结构，它包括具有一个 承载面的螺纹紧固件；一个具有初级表面和适合与工件接触的二级表面的弹性固定垫圈。 这里，螺纹紧固件相对于固定垫圈旋转，固定垫圈的二级表面当固定垫圈产生弹性变形时 增强与工件的接触。本发明提供一种紧固件元件，包含一个沿轴线方向延伸的环形凸缘，该环形凸缘 包含一个在轴向与相邻构件接触的轮缘；包含一个位于轮缘内的凹陷部分；还包含一个围 绕轴线的突出部分，沿第一方向延伸，小于轮缘沿第一方向的延伸。当紧固件元件松脱时， 突出部分位于凹陷部分内。在这里，当紧固件元件承受轴向负荷时，环形凸缘的轮缘能够向 第二轴向偏斜。本发明提供一种内螺纹紧固件。它包括初级承载面，位置在内螺纹紧固件的轴向 端部向内至少一螺扣，径向与螺纹存在间隙；一个圆台形细端套筒，以便在远离承载面处进
一步变窄。本发明提供一种外螺纹紧固件结构用于联轴节。这种结构包括螺纹头部和沿头部 第一轴线延伸的外螺纹杆以及圆台形细端套筒。头部包含初级承载面，在头部的第一轴向 端径向上与螺纹杆存在间隙。圆台形套筒的细端是为了在远离承载面处变窄，套筒的外表 面形成二级承载面。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件结构。若干环形斜坡位于螺纹紧固件轴 向端内部至少一个螺扣处，与螺纹存在径向间隙。一个尖端圆台形套筒使离开斜坡处进一
步变窄。本发明提供一种用于联轴节的螺纹紧固件结构，包括若干环形斜坡，共同构成一 个承载面，位置在内螺纹的轴端向内至少一个螺扣处，与螺纹存在径向间隙；一个圆台形细 端套筒，使承载面以外继续变窄，套筒的外表面形成二级承载面。本发明提供一种向包含紧固件的工件的联轴节施加负荷使之达到期望值的方法。 包括提供一个紧固件，能够确定联轴节的负荷量；测定负荷量达到期望值所需的时间；这 里采用的方法提供负荷离散增加的指示。本发明提供一种向包含紧固件的工件的联轴节施加负荷使之达到期望值的方法。 包括提供一种紧固件，能够在联轴节的负荷达到预定值时改变可觉察的刚度；测定负荷 量达到期望值所需的时间。本发明提供一种灵活保证工件定位的螺纹紧固件组件，该结构包含一个螺纹紧固 件构件和一个第二构件。螺纹紧固件构件有一个旋转轴和一个与所述的旋转轴同轴的环形 接合面用于接合弹性元件。螺纹紧固件构件也包含一个环绕环形接合面的斜面段。第二构 件包含一个圆台形凸缘，与斜面段接合来允许螺纹紧固件构件在第二构件的初级表面上自 行定心。本发明提供一种灵活保证工件定位的垫圈结构，该结构包含一个有旋转轴的螺纹 紧固件构件和与所述的旋转轴同轴的环形接合面用于接合弹性元件。螺纹紧固件构件也包含一个环绕环形接合面的斜面段。垫圈包含一个围绕承载面的圆台形凸缘，与斜面段接合 来允许螺纹紧固件构件在承载面上自行定心。


为了更好地了解本发明，现在仅通过举例并参考附图对具体装置予以说明。附图意义如下图A为联轴节的示意图；图B为图A所示联轴节的受力分析图；图C为压负荷对时间的曲线图；图1为根据本发明的具体装置的弹性联轴节元件的透视图；图2为局部示意图，说明弹性元件上应用棘齿的斜坡结构的外形；图3为探险联轴节元件的负荷特性图，按照压力对变形绘制；图3B和图3C为负荷特性图，说明图41的弹性紧固件；图4为弹性联轴节元件的断面示意图，说明在几个负荷阶段弹性联轴节元件的压 力变形；图5为弹性联轴节元件的局部详图，说明几个负荷阶段的情况；图6为弹性联轴节元件的断面图；图7为弹性联轴节元件的局部断面图；图8为局部断面图，说明弹性联轴节元件的一个接合面的一种外形和该元件另一 个接合面的部分外形的情况；图9为局部断面图，说明弹性联轴节元件的一个接合面的另一种外形情况；图10为第二种具体情况下的螺纹紧固件组件的透视图，该螺纹紧固件组件包含 一个螺母组件；图11为螺母组件构成部分第一螺母构件下部的透视图；图12为表示螺母组件负荷的局部断面示意图(为方便起见，螺母组件图解为一个 单件)；图13为沿紧固件组件的连接螺纹的负荷分布曲线图，带图12说明的螺母结构，试 比较常规螺母结构；图14为螺母组件构成部分第二螺母构件(中间垫圈)下部的透视图；图15为第二螺母构件下部的透视图；图16为与外螺纹紧固件(如螺栓)配合的螺纹紧固件的断面图；图17为弹性联轴节元件的下部视图，说明其与工件接触的接合面；图18A为根据第二种具体装置形成螺纹联轴节组件的断面图；图18B为形成联轴节的原工艺螺纹紧固件组件的断面图，以便与图18A所示的联 轴节对照；图19表示一种选择性结构布置，在这里，螺母组件的第一螺母构件由外螺纹紧固 件组件替代；图20为螺纹紧固件组件的局部分解透视图，根据更具体的情况，该螺纹紧固件包 含一个螺母组件；
图21为图20所示的螺纹紧固件组件的断面图；图22为构成螺母组件的第一构件的透视图；图23为构成螺母组件的第二构件下部的透视图；图24为螺纹紧固件组件的断面图，根据更多的具体装置，包括若干串联的弹性元件；图25为更多具体装置的螺纹紧固件组件的透视图；图26为图25所示的构成螺纹紧固件组件的弹性垫圈的透视图；图27为螺母组件第一构件的透视图，第一构件制成多头内螺纹；图28为更多具体装置的螺纹紧固件组件的侧面(部分是断面)正视示意图；图29为弹性联轴节元件的示意透视图，包括改进的棘齿结构；图30为图解构成本发明的联轴节的紧固件组件的断面侧视图；图31为图30所示的紧固件组件部分分解透视图，紧固件组件部分包含一个螺纹 紧固件组件和一个弹性联轴节元件；图32为本发明另外一种情况的紧固件组件的分解上部透视图；图33为图32所示的下部分解示意图；图34为图32所示的紧固件组件的断面侧视图；图35为图32所示的紧固件组件的侧视图；图36为图32所示的紧固件组件的底部视图；图37为图32所示的紧固件组件的弹性元件的侧视图；图38为图32所示的紧固件组件的弹性元件的断面侧视图；图39为图38所示的弹性元件的断面侧视图的封闭部分；图40为图38所示的弹性元件的底部视图；图41为本发明的紧固件组件的另外一种具体装置的侧视图的局部断面；图42为图41所示的紧固件组件的俯视图；图43为图41所示的紧固件组件的弹性元件的俯视图；图44为图43所示的弹性元件的侧视图；图45为图43所示的弹性元件的断面侧视图；图46为本发明的紧固件组件的又一具体装置的侧视图的局部断面；图47为图46所示的紧固件组件的侧视图；图48为图46所示的紧固件组件的俯视图；图49为图46所示的紧固件组件的弹性元件的侧视图；图50为图48所示的弹性元件的断面侧视图；图51完图49所示的弹性元件的俯视图；图52为本发明的又一个弹性元件的侧视图；图53为图52所示的弹性元件的断面侧视图；图54为图52所示的弹性元件的俯视图；图55为图49所示的弹性元件的断面侧视图，说明其结构；图56A为图49所示的弹性元件的局部断面图，施加负荷以前；图56B为图49所示的弹性元件的局部断面图，施加初始负荷以后；
图56C为图49所示的弹性元件的局部断面图，施加第二负荷以后；图57为本发明的另一个弹性元件部分的断面放大的侧视图；图58为本发明的螺纹紧固件的上部分解透视图； 图59为图58所示的螺纹紧固件的下部分解透视图；图60为图58所示的螺纹紧固件的侧视图；图61为图58所示的螺纹紧固件部分的放大侧视图；图62为图58所示的螺纹紧固件的断面侧视图；图63为图58所示的螺纹紧固件部分的放大的断面侧视图；图64为图58所示的螺纹紧固件的底部视图；图65为图58到图64所示的螺纹紧固件的侧视图，带嵌入突出物；图65A为螺母形式的弹性元件的侧视图；图66为图65所示的螺纹紧固件的断面侧视图；图67为图65所示的螺纹紧固件的底部视图；图68为图65所示的螺纹紧固件部分的底部放大视图；图69为本发明另外一种具体装置下的螺纹紧固件的侧视图；图70为图69所示的螺纹紧固件部分的放大侧视图；图71为图69的视图翻转30度的紧固件的断面侧视图；图72为图69所示的螺纹紧固件的底部视图；图73螺纹紧固件组件的侧视图，它反映了图69所示的螺纹紧固件与图37所示的 弹性元件的连接情况；图74为图73所示的螺纹组件部分的放大的断面侧视图；图75为图73所示的螺纹紧固件组件的底部视图；图76为根据本发明的另一种弹性元件的侧视图；图77为图76所示的弹性元件的断面侧视图；图78为图76所示的弹性元件的底部侧视图；图79为由一个紧固件组件构成的联轴节的侧视图，包括一组从图76到图78所示 的弹性元件；图80为图79所示的联轴节的断面侧视图；图81为本发明另一种具体装置的铆钉紧固件的侧视图；图82为图81所示的铆钉的局部断面侧视图；图83为图81所示的铆钉的底部视图；图84为图81所示的用铆钉构成的两个联轴节的断面侧视图；图85为图84所示的两个联轴节之一部分的放大的断面侧视图；图86为本发明又一具体装置的空心铆钉紧固件的断面侧视图；图87为图86所示的空心铆钉的底部视图；图88为图86所示的由铆钉构成的两个联轴节的断面侧视图；图89为图88所示的联轴节之一部分的放大的断面侧视图；图90为由huck螺栓构成的紧固件的下部分解透视图，这种结构是本发明的另一 个具体装置；
图91是一种联轴节的局部断面侧视图，该联轴节由膨胀套筒螺栓形式的紧固件构成，是本发明的一个具体装置；图92是一种联轴节的局部断面侧视图，该联轴节由膨胀套筒螺栓形式的另一个 紧固件构成，是本发明的一个具体装置，可供选择；
具体实施例方式参照图30，联轴节10是本发明的第一个具体装置。联轴节10包括工件12，由第 一个工件构件14和第二个工件构件16形成。工件12有一个透孔18，在工件构件14内部 为孔段18’，在工件构件16内部为孔段18”。孔段18’和18”同轴，最好直径相等。联轴节10的作用是将工件构件14连接到工件构件16上。联轴节10也包含一个 紧固件组件20。在这个具体装置中，紧固件组件20是一个带螺纹的紧固件总成，包括外螺 纹紧固件22、内螺纹紧固件组件24和弹性元件26。外螺纹紧固件22是一个典型的螺栓结 构，有螺栓头28和沿螺栓头28延伸的螺栓杆30。螺栓杆的末端零件32上有外螺纹。内螺纹紧固件组件24包括一个内螺纹紧固件25和一个中间垫圈27。内螺纹紧固 件25有内螺纹35，衬有一个透孔，用于与外螺纹紧固件22的外螺纹32进行螺纹接合。内 螺纹紧固件25配备一个典型的螺母。弹性元件26是一个固定垫圈，在这个具体装置中用于螺母25和工件12之间的定 位。更明确地说，在这个具体装置中，弹性元件26位于中间垫圈27和工件12之间。弹性 元件26包括一个承载面34，为了使内螺纹紧固件组件24在这上面施加拧紧负荷。弹性元 件26也有一个工件接合表面36，用于与工件构件14的表面38接合。螺栓22的螺栓头28 与工件构件16的表面40接合。联轴节10通过经由孔18在螺栓22的杆部30上攻制螺纹和装入弹性元件26来 构成，以便其工件接合面36与表面38接合。于是，内螺纹紧固件组件24与螺栓杆30的螺 纹部位32形成螺纹接合。既然联轴节10已经构成，就可以通过旋转内螺纹紧固件组件24 向一个方向拧紧到预负荷点，以便沿着螺纹杆30向螺栓头28方向运动，在那里向承载面34 施加压力，然后再将压力依次传递给工件12的表面38。同样，螺栓头28向表面40施加压 力，给工件12加上压负荷。在这个过程中，弹性元件26也承受压力。因为它具备弹性，对这个压力(弹力) 就有弹性阻力。弹性元件26的弹力大于组件20中其它单个零件的弹力。弹性元件26在 受到来自螺栓22和内螺纹紧固件组件24的标准负荷后特别能够保持它原有的弹性。这使 得预负荷达到螺栓22的标准负荷以后仍然保持联轴节的弹性。弹性的特点最好是随着压 力的增加而在预定点发生变化。弹性特点的变化应该在螺栓22的标准负荷左右发生。向联轴节施加预负荷的困难之一通常表现在确定达到期望的预负荷的时间方面。 本发明介绍一种确定是否达到期望的预负荷的方法。典型地在螺栓标准负荷的60%和 90%之间，但也可以在90%和100%之间。给联轴节适当地施加预负荷使其达到最佳功能 是很重要的。现在来看附1到图7，这里表示了弹性联轴节元件28的第一个具体装置400 用于构成联轴节10的螺纹紧固件组件22的情况。这个具体装置的弹性联轴节元件400包含一个垫圈，该垫圈具有一个普通的带第一接合面的环形物体491，与一个螺纹紧固件组件(例如内螺纹紧固件组件20，可以是一个 螺母的简单形式)的一个构件接合；包含二级接合面492，用于与一个平面组件构件接合，如平垫圈或更普遍的工件12。环形物体490有一个中心轴，带接合面491和492，每个接合 面都是环形结构，位于中心轴的中央。接合面491与表面34等同，接合面492与表面36等 同，见图30。物体490有一个径向外围493和一个限制孔径的径向内围494，布置在中心轴 的中部，在两个接合面491和492之间延伸。初级接合面491为圆台形，与弹性元件的中心轴的法平面成一定的角度。这使得 弹性元件400和补充成形的构件接合并具备“自行定心”功能。当然，其它的布置方式也有 可能，有些将在下面进一步阐述。图8中对另外一种结构布置进行了图解，按照这种方式， 接合面491要非常平并且与弹性元件400的中心轴充分垂直。图9中说明了另一种布置方 式，接合面491在横截面上为弓形。接合面491适合与螺纹紧固件组件的构件接合，其方式是，在拧紧方向允许紧固 件构件旋转，而在旋松方向抑制这种旋转。为此，接合面491配备一个结构件700，将接合方 式与紧固件构件上的斜坡结构匹配起来。接合结构配合工作，提供一个棘齿机构，允许紧固 件构件在拧紧方向旋转，而在旋松方向克服旋转。抑制在旋松方向旋转防止螺纹紧固件总 成在工作时意外旋松，而以方便的办法允许紧固件组件有意地失去螺纹。图2更详细地说明，结构件700插入棘齿斜坡748，每个斜坡均有一个坡面745和 坡肩746，来限定结构件740。为了允许棘爪离合器动作(梢后红更详细地解释)，棘齿斜坡的坡肩向螺纹方向 倾斜，其倾斜度大于螺纹节距，但不超过螺距的20倍(为什么20倍？)。弹性联轴节元件400在拧紧螺纹紧固件组件20 (包括弹性元件400本身)时经受 初级和二级接合面之间的压力。当承受这样的压力时，物体490发生弹性变形，伴随着压 力，该物体的特性表现为施加负荷期间，物体的弹性刚度会分步增加。在负荷作用下的弹性元件400的特性在图3中描述，在图中，水平轴上的变形依靠 垂直轴上的力来划分。划分线上的方向变化点代表物体弹性刚度的分步增加。100%的力 代表联轴节内螺纹件的标准负荷，这引起曲线图上100%的变形。但是，这种变形不需要完 全使弹性元件变平。曲线图上的水平横线代表与外螺纹件标准负荷相等的力。可见，在那 个区域，弹性特性增强，这使得元件在内部没有弹性变形的情况下就能够承受远远超过曲 线图上描述的巨大的力。为了使夹紧力小于螺栓的标准负荷以便刚度变化通过组合电动工具的电子控制 系统测定到，可以在设计时选择刚度的变化。因此，拧紧过程能够在预定的夹紧力下停止。弹性联轴节元件显示的刚度变化由物体490的完善构造来实现。确切地说，二级 接合面492的构造包括平直段A和曲线段B，如图7和图8所示。曲线段B有凹度和凹度逆 转的变形点C。由于这个布置，曲线段B —般是“倾斜的S”形状，是图中所见的最佳状态。 凹度相对物体490，向内面向变形点的径向外侧，向外面向变形点的径向内侧。由于这个布 置，二级接合面492呈现一个凸起部分D，面向工件和凹入部分E，随着凸起部分D接近工 件，也面向工件。在受压期间，凸起部分D将逐渐与工件接触，如图4和图5所示，在这些图 中说明了二级接触面的各个位置。从图中可以看到，凸起部分D的区域与工件接合，随着弹 性联轴节元件变形的增加而增加。
物体490还包括一个凸缘部分F，在物体的内围向内延伸直到中心孔的周围。由凸 缘部分Z限定的物体径向内围494的直径小于初级和二级接合面491和492任意一个的直径。
二级接合面491的曲线外形与凸缘部分F合并。弹性元件的特性参考图4到图6的解释。图4表示理论的夸大的断面形状，图5 表示可能实现的情况之一。这样的形状表示优良的弹性，一般为线性性质。凸缘F保持径 向内接合面494的位置，防止它在工作时特别是在高温环境下工作时遭到毁坏，如同现在 使用圆锥形弹簧的情况。两个图都显示出在负荷下变形的情况。现在来讨论附图的图19到图19，它们根据第二个具体装置说明螺纹紧固件总成。 螺纹紧固件组件包含一个螺母组件100，与螺栓300进行螺纹连接，也包含一个与第一个具 体装置同类型的弹性元件26，螺纹紧固件组件的结构在图31中可以清楚地看到。在这里提 请注意，构成图18A所示的联轴节的螺母组件100的相对尺寸只有在边缘上比图18B所示 的标准螺纹紧固件联轴节大。也要注意，弹性元件也可以是图37到图40所表现的类型，下 面将进一步叙述。螺母组件100与图30所示的内螺纹紧固件组件相当，包含两个零件第一螺母构 件290 ；第二螺母构件590。第一螺母构件290包含一个头部210和一个从头部沿轴向延伸的突出部分280，在 围绕着突出部分280的头部290有一个接合面211。在头部290的外围采取措施以促进它 的旋转，如修整平面，就像常规螺母为了接合而使用扳手或扳钳一样。突出部分280具有一个径向外围表面283，内部朝向突出部分的自由端变细，以便 呈通常的圆台形状。第一螺母构件有一个螺纹孔234，用于与一个外螺纹紧固件如螺栓22进行螺纹接 合。螺纹既通过头部210也通过突出部分280延伸。这种布置在螺母290和螺栓之间的螺 纹接合部分提供了几乎均勻分布的负荷，相反，对于常规螺母而言，大部分负荷由前面的几 圈螺纹承担。螺母290和螺栓300之间的螺纹接合方式见图16的示意图。图13为螺母 290和螺栓之间沿接合螺纹处的负荷分布曲线图，有关联的地方用断裂线描述。为了对照， 该曲线图也包括常规螺母和螺栓的负荷分布，在图制造以实线表示。第二螺母构件590在第一螺母构件290和弹性元件400之间的作用如同中间垫圈 27。第二螺母构件590包含一个物体，该物体有初级接合面591，与第一螺母构件290的接 合面211进行面接合，该物体还有二级接合面592，与弹性垫圈490的初级接合面491进行 面接合。该物体还包括一个中心孔594，与第一螺母构件290的突出部分280在此作间隙配 合，图16清楚地表现了这一点。第一螺母构件290上的接合面211和591和中间垫圈最好成一定的角度，以便实 现自行定心。此外，中间垫圈可以比螺母构件硬。另外，接合面211和591的角度可以稍有 不同，以便它们中间的接触当负荷增加和螺母扭曲(如果中间垫圈的刚性更大)时得到增 强。这能够获得这些构件之间的弹性效应。二级接合面592大于初级接合面591，以便在第二螺母构件590和弹性元件490之 间提供较大的接触面以适应在它们之间工作的棘轮机构。与接合面211和591的情况类似，接合面592和490可以有斜度以自行定心。斜度在10度和15度之间是最适宜的。此外，接合面之间的角度也可以存在1-3度的差异，目 的在于逐渐增加这些构件之间的接触面和相应的弹性。第一螺母构件290和第二螺母构件590通过各自的接合面211和591进行面接合。第一螺母构件290和第二螺母构件590之间进行机械连接，使它们接合在一起，当第一螺母 构件向拧紧方向旋转时能够协调旋转，并促使第一和第二螺母构件的轴向分离以适应第一 螺母构件在旋松方向相对于第二螺母构件的旋转。这个具体装置的机械连接依靠第一螺母 构件290的接合面211上的斜坡结构540和第二螺母构件的接合面591上的辅助斜坡540 来实现。斜坡结构240和540配合动作，使楔肩在第一螺母构件290向拧紧方向旋转时接 合，从而驱动第二螺母构件向同一方向旋转。斜坡结构240和540也共同动作楔入两个螺 母构件290和590使之轴向分离以适应第一螺母构件向旋松方向旋转。为了这个目的，每 个斜坡结构240或540包含一系列楔段749，楔的斜度大于螺距，因此，第一螺母构件290在 旋松方向的旋转受阻，从而抑制在旋松方向的继续旋转。第二螺母构件590的二级接合面592配备棘齿结构(参见前述)配合与弹性垫圈 上的棘齿结构的接合，如前所述。第一和第二螺母构件290和590之间接合的接合面591和211的形状为了对中而 配置。通过圆台形或曲线形表面来达到。例如，第一螺母的承载面是凸形的，第二螺母的承 载面是凹形的，或者正相反。与此类似，弹性垫圈400和第二螺母590的接合面之间也制成对中的形状。再次 通过圆台形或曲线形表面来达到。再次通过第二螺母的表面是凸形的、弹性元件是凹形的、 或者情况正相反。为了保持总成结构合理紧凑，固定垫圈400或许需要在其接合面070上配备嵌入 突出结构077，从图17上能明显地看到。对这个具体装置以前曾叙述过，紧固件元件曾经是螺母总成100的形式。应该了 解到，这个紧固件元件也能够采用螺栓的形式，头部沿着通向螺母组件100的轴线分成一 或两个结构。根据本发明有关这部分的内容，图19举例说明螺栓的第一个具体装置的第 一构件390。第一构件390包含一个螺栓头部310和一个从头部沿着轴向延伸的突出部分 380，围绕突出部分的头部上有一个接合面。螺栓的螺纹杆从突出部分延伸，如该图所示。在以前所描述的具体装置中，螺纹紧固件组件包含两件式螺母组件100以及弹性 元件400。图20到图23所示的具体装置利用原来的具体装置的一些特性，包括由螺母690 和固定垫圈890组成的螺母组件100。但在这个具体装置中，螺母690表现出原具体装置的 第一螺母构件290的某些特征，固定垫圈890的结构也体现了原具体装置的第二螺母构件 590的一些特征。这样，螺母组件100仍然为两件式结构，一个部件是螺母构件690 (或螺栓构件)， 另一个构件是固定垫圈890。螺母构件690包含一个头部210和一个从头部沿轴向延伸的突出部分280，带围绕 突出部分的头部上的一个接合面211。突出部分280有一个内部细端外表面，朝向突出部分 的自由端。螺母构件有一个与螺栓进行螺纹连接的螺纹孔。螺纹段在头部210和突出部分280上都延伸。这种布置在螺母构件290和螺栓之间的螺纹接合段形成了几乎均勻的负荷 分布，如同原来的具体装置的情况。固定垫圈890包含一个有两个接合面的物体，初级接合面491与螺母构件290接 合，二级接合面492与工件接合。螺母构件290具有内螺纹，与螺栓300进行螺纹连接。该 物体有一个中心轴，接合面491和492均为位于该轴中心部位的环形面。该物体具有一个 径向外围493和一个径向内围494，使中心孔径与螺母构件290的突出部分280之间进行间 隙配合，如图21所示。 螺母构件290和固定垫圈890通过各自的接合面进行面接合。这些接合面与棘轮 机构结合，允许螺母构件在拧紧方向旋转而抑制在旋松方向旋转。棘轮机构在操作上类似 于原来的具体装置的螺母总成100和固定垫圈490之间的动作。本具体装置的固定垫圈890的构形体现了前述具体装置的弹性联轴节元件490的 弹力性质。在这方面，固定垫圈890的环形体与在其内围向内延伸的凸缘部分结合来围绕 着中心孔和接合面492的曲线外形延伸，前述具体装置就是这样工作的。现在来研究图24，图中表示了螺纹紧固件组件与陆续安排的若干弹性元件490的 结合情况。本具体装置中的元件呈中凹形，如图所示，方便一个接一个地自行定心。通过逐 次放置弹性元件，所达到的变形量因元件的弹性而增加。现在来讨论图25和图26，又一个具体装置的螺纹紧固件组件。这种紧固件组件与 第二个具体装置类似，所不同的是增加了指示向螺纹紧固件组件施加负荷的程度的功能。 因此，螺母组件100在其第二构件上面加入一个指示器060。指示器060与装在弹性元件 露出部分上的刻度尺一同作用。指示器060和刻度尺050能够测定螺母组件100与弹性元 件490进入摩擦接合后的受拉紧的程度。在能够有助于设置预负荷，因为通过螺母与弹性 垫圈初步接触后旋转的程度可以准确地确定预负荷。由于棘轮机构在第二螺母构件590和垫圈490之间工作，当螺母与垫圈彼此初始 接合后相对旋转时，会产生听得见的“喀哒”噪声。随着斜坡结构的上缩，弹性元件的长斜 坡面引起弹性元件本体和相邻的紧固件构件(中间垫圈590或螺母690)之间的分离，这 种情况也能够产生“喀哒”噪声。在运动分离期间，位移被弹性元件的弹力所吸收。当斜坡 结构达到顶点时，其坡肩由于复合的拉紧力以及弹性元件吸收的位移的轻微松弛将迅速下 降。于是斜坡面叫互相冲击，引起“喀哒声”。这样的“喀哒”声能够用来控制紧固件的预负荷程度。其应用的一个实例是规定 拧紧程序应该为组件中预定的“喀哒”次数。因此，可以使用一个拾音器或音响探测器800， 与一个放大器或一个扬声器或带显示器的计数器或任何其它适当的设备配合使用，通过计 算“喀哒”次数来获得精确的负荷值。对于探测器800，可以应用一个电子计数器，先计算预订的喀哒次数，然后切断拧 紧螺母组件的电动工具的动力。用这种方法，喀哒次数能够设定，电动工具能够拧紧螺母组 件，从而拧紧联轴节达到期望的水准，于是，当根据预设的喀哒次数的显示达到了所期望的 夹紧力时，动力将被切断。在以前所描述的具体装置中，螺纹紧固件组件使用单头螺纹。当然也能够应用其 它的结构配置。图27中就举例说明了一个两件式螺母组件的第一构件应用了多头内螺纹。 这样的多头螺纹同样也应用在螺母690的具体装置中。
为了改善组件的性能，能够采取减小摩擦的措施。这些措施包括在一些或全部的 组件的内表面和螺纹上使用各种润滑剂。对于较大的紧固件，最后使用带双保持架的滚动 轴承020，如图28具体装置中所示。保持架的低段位于固定垫圈的中部，但可以相对于固定 垫圈旋转。保持架构件可以现场焊接或者使用铆钉之类的紧固件来装配。一个弹性密封件可以安装在中间垫圈上，它相对于低位垫圈旋转并且像棘齿上的滚筒一样上下运动。滚动轴承又能够安装在相互作用结构之一的凹槽里，允许在相对的结构的棘齿上 旋转。这些具体装置已经通过一个结构类型的棘齿斜坡进行了描述。应该意识到，棘齿 斜坡能够以适当的方法来构成。棘齿斜坡构造形式的选择在图29中介绍。图32到图35表示螺纹紧固件组件24的更好的具体装置1690和弹性元件26的 更好的具体装置1490。螺纹紧固件组件1690是一个螺母，包括一个头部1612和一个圆台形突出部分 1680，头部为带扳手面1610的标准六角形结构形式。该螺母通常与图22的有关描述相似。 头部的下面是有圆形斜坡的承载面1211，与以前描述的承载面211上的斜坡类似。螺母的 突出部分1680与突出部分280类似。弹性元件1490尽管形状更像铃形但与图23所示的具体装置类似。承载面34的 形式为圆形斜坡，是对螺母的承载面1211上的斜坡的互补形状。此外，承载面36具有与图17所示的不同的外形。外形是弯曲的，形成一个从轮缘 凹进的圆洞。具有接合面36的工件外形形成了若干表面段，包括1452、1454、1450、1460和 1456，这些表面段将根据施加给弹性元件1490的压力与工件表面12的接合面38接触。另 夕卜，由于在外表面和一些表面段1450、1452和1454内部形成切去段1472，在周长上形成了 三个槽口 1470，以致于能够进入到弹性元件1490内部的圆洞之内。此外，嵌入件1474的功 能相当于图17所示的嵌入件077。弹性元件26在有关的附图如图37到图40和图55中更详细地说明。最好见图38 和图39，接合系统由一系列斜坡构成，每个斜坡都有一个长斜坡面1702和一个坡肩1704。 斜坡在一个方向上布置，使螺母1690向拧紧方向旋转，通常为顺时针方向；匹配结构(如另 外一组斜坡)使长坡面1702上缩，然后使坡肩1704下降到下一个斜坡上，以此类推。在旋 松方向，坡肩必须互相上缩，然后让长坡面1702下降。在斜坡上向任意一个方向运动所引 起的位移必须相对地小，以便虽然不是楔却能够阻止向旋松方向的旋转。如前所述，这种旋 转会引起“喀哒声”。如图55所示，弹性元件26 —般由初级承载面1430构成，其上面安装棘轮机构 1700，承受内螺纹元件20的负荷。初级承载面1430通常是环形的。在这个具体装置中，与 螺母接合的承载面通常为凹面，以实现自行定心特征。从该承载面向下延伸部分通常是柱 体部分1432，它有一个螺栓穿入孔，其作用是在负荷增加时抵御向内卷曲。从初级承载面 1430和柱体部分1432延伸通常是曲线凸缘部分1434，它呈倒碟形，中凹处有一个洞1436， 该洞延伸到中心孔1466内。限定这个孔洞的接合面1438的外形是变化不定的，以便将与 接合面36接触的相邻构件(工件)划分成若干段，如上所述。当接合面36与工件或其它相邻构件接触时，嵌入的突出部分1472将参与接触。随着联轴节的拧紧，这些突出物就嵌入到工件(或相邻构件)里。因为它们比较小，大部分力集中在这个小区域上，使它们迅速地嵌入到工件内部。这些嵌入物发生机械接合，能够防止 弹性元件相对于工件旋转。此后，一般处于凸缘1474外缘的外围面1450将参与接触，如图 56A所示。接合面1459是一个比较薄的环形面或者只是一个圆形的轮缘。内部与接合面 1450相邻的是普通圆台形的略微倾斜(可能是曲线的)的表面1452。当压力增加时，凸缘 1474将发生偏斜，使接合面1452与工件的接触更加紧密，如图56B所示。凸缘内部的孔洞1436主要由一个圆形的凹陷或凹入物1482所形成。孔洞的内表 面分为一个弯曲部分1454、一个平直部分1456和一个急剧弯曲部分1458。从急剧弯曲部 分向内是柱体部分的平接合面1456，从这个平表面向工件突出。所以，表面1456部分底与 沿着弯曲面1454、圆锥形表面1452的内部和环形表面1450的点平齐。因此，随着压力的增加，凸缘1454要发生变形。依次地，元件1490和工件之间的接 触连同接合面1452增加，1454直到1460的一部分也产生图56C所示的接触。压力的进一 步增加将导致1454段的余下部分发生接触以及急剧弯曲段1458也可能参与，直到与1456 段建立接触为止。不同表面段1450、1452、1454、1456、1458和1460之间的转换是为了改变 元件的刚度特性(可理解为在其它具体装置中的进一步变换也照此进行)。应注意到，接合面36外形的样式可以是平直段、斜面、凹形或凸形以及能够控制 接触方式的其它形状；如果压力递增，刚度特性的变化随着负荷的加大而增加。槽口 1462允许进入到孔洞1482内。为了方便地进入，可以采取测量所施加的压 力的办法，例如利用塞规或光束检查表面1460和工件之间的间隙。孔洞也包括1460段和 工件之间在联轴节装配期间直到表面段1460与工件在那个点接触时所形成的间隙。这个 点最好是在轴节的预负荷值下，通常就在螺栓的标准负荷前后。因此，当达到螺栓的期望预 负荷值时，元件的弹性将使刚度急剧增加，但弹性在超过这个点时仍然保持不变。这样的刚度特性的急剧增加能够使用目前的传感设备通过对螺母施加拧紧力的 办法来检测。反之，切断电动工具的动力使用大得不能再大的力来拧紧螺母，也能达到这个 目的。使表面段1460与相邻构件(如工件)接触所需要的拧紧力能够做出标记(在凸 缘1454的外表面上雕刻、压纹或印花)，以便为了达到所要求的(预)负荷而挑选联轴节所 需的适当的弹性元件。选择弹性元件通常与选择适合于联轴节的螺栓结合起来进行。刚度 的变化完全可以由人感觉到。图3B和图3C描述弹性联轴节元件1490在压力下的典型特性。曲线图的坐标轴 与图3的相同。如图3B和图3C所示，物体的弹性刚度呈梯形变化。这符合工件的表面段 1460与接触工件或相邻构件的接合面36接合的情况。因此，为了使压力大于梯形增加点， 弹性联轴节元件1490不能再继续变形。图41到图45显示弹性元件和螺母的变化情况，这里所应用的是标准螺母1100和 弹性元件1110。这个弹性元件与图32到图43所描述的情况类似。主要差别在于，表面34 通常是与图8所示的类似的环形平面，棘轮机构1700位于这个表面上。棘轮机构可以咬入 标准螺母1100的承载面。这里值得注意的是，长表面1702和肩部1704可以通过适当的处 理而变硬，以便其硬度大于螺母1100承载面的硬度。现讨论图46到图51，这些图揭示了弹性固定垫圈22的进一步变化，其差异再次体现在表面34上。在这个具体装置中，表面34的断面形状使其具有通常垂直于中心轴的一 个平直环形段和一个整个形状为圆台形的斜面部分1192，用于在标准螺母1102的圆锥形 外围部分内部进行配合。这个具体装置的接合机构1190通过一组斜坡再次成形，在斜面部 分1192上形成圆形的棘齿结构。斜面部分1192与环形表面1194存在径向间隔。将斜面 部分1192与环形表面1194隔开的是一个曲线凹槽，它可以消除负荷的突变从而使应力均 勻分布。图52 图54显示了又一个变化，其中，表面34包括了平环形部分1196和斜坡部 分1198。斜面部分1198还设计成与标准螺母的圆锥形/倒角边缘相配合。不过，在本连接 结构中，1196和1198部分并没有采用棘齿系统。换句话说，在表面34上滑动的螺母的表面 都是光滑表面。
图57显示了碟形凸缘1436内侧表面36的又一个变化。在本图中，表面1450较 厚，在表面1450和表面1152之间提供了一个平环形的台阶。当其用于提供凸缘内外之间 的密封时，这种构型特别有用，是因为这将部分地嵌入工件，从而造成密封。参阅图58 图68，在本连接结构中，螺栓1300包括了曲面凸缘1310形式的弹性 元件，它是从螺栓1300的头部沿径向展开的。本连接结构中的凸缘1310的作用类似于图 32 图43中的连接结构的曲面凸缘。它的底面1314与工件或相邻的元件诸如标准平垫圈 相接触。螺栓的弹力来自凸缘1310的弯曲，该弯曲是由接触表面1314的形状控制的。表 面1314包括凸缘1310边缘的周缘接触表面1342、(然后向中心前进)截头圆锥体形表面 1344、另一个曲面1346、拐点1348、平坦部分1350、急剧弯曲部分1352、平坦部分1354、然 后是构成螺栓1300杆部的一部分的截锥形部分。曲面1346、1352和平面1350界定了凹进 部分1358，它是凸缘1310内腔的一部分。随着图32 图43中的连接结构所承受的由接头 承载而施加的压力的增加，使表面部分与工件的接触逐渐增加，从而使螺纹紧固件的弹性 发生了变化。图65 图68显示了图58 图64中的螺纹紧固件的变化。该变化包括两个变 化，可能采纳任一个变化或同时采纳两种变化。两种变化都显示在图纸上。第一个不同点 是槽口 1370，它与图30中所描述的槽口 1470相类似。另一个不同点是嵌入凸出部1372， 它与图32 图43中所描述的嵌入凸出部1474相类似。图65A显示了具有凸缘1310和仿形表面36的螺母1301，与图65中的螺栓的螺母 相类似。参阅图69 图72，图中显示了外螺纹紧固件1200，它由头部1204和带螺纹1208的 杆部1206组成。头部1204带有扳手平面1210和衔接表面1202，由一组带有长表面1210和 肩部1212的斜面构成。斜面结构形成一套棘齿，与图32 图43中所描述的弹性元件1490 的类似结构协同动作。在杆的顶部与头部1204会合处，提供一个截头圆锥体部分1214，用 来更好地分配头部1204所承受的载荷。弯曲界面1216减小了 1214部分和表面1202之间 的应力。图73 图75显示了螺纹紧固件1200，它带有与弹性元件1490相啮合的棘齿机构 1202。弹性元件1490不需要棘齿系统、槽口 1470或嵌入凸出部1474。图76 图78显示 了不带棘齿或嵌入凸出部的弹性元件1490。图79和图80显示了按照现在的发明由一个紧固件3004连接在一起的两块板3000和3002。该紧固件包括许多堆叠的弹性垫圈，弹性垫圈的构型在图76 图78中给出，没有槽口。就是说，弹性垫圈之间没有棘齿啮合机构。在图8广图85中描述了按照现在的发明的另一种替代性紧固件。在本连接结构 中，紧固件的形式是铆钉1800。铆钉1800由头部1802和杆部1804组成。对于铆钉而言， 杆部1804 —般是实心圆柱体，但在接近头部1806的部分，杆部1804朝向头部略微张开，因 此略微呈圆锥形。这用来更好地分配头部1802所承受的载荷。铆钉1800的头部1802包 括一个与铆钉所要紧固的工件相接触的贴合表面1808。铆钉1800包括界定了凹槽1812下 面的曲面周边凸缘部分1810。表面1808基本上与图32 图43中所描述的仿形表面相同。 它包括凸缘1810边缘的周缘接触表面部分1850、通常为截头圆锥体形的斜面部分1852、更 陡峭的斜面和曲面部分1854、平坦部分1856、急剧弯曲部分1858和另一个平坦部分1860， 随着载荷逐渐增大，每个部分都与工件发生接触。由平坦部分I860向内是杆部1802的截 头圆锥体部分18。图84显示了带有铆钉1800的装配接头1820。在打铆之后，蠕变将造成 与工件相接触的表面I860破坏。曲面凸缘部分的弹性有助于在蠕变发生后维持施加在工 件上的压缩载荷。此外，如果在工作条件下对紧固件施加了额外的载荷，那么表面I860可 能再次接触紧固件，紧固件的刚度会急剧增大，将维持对接头的加载。已知的铆钉中没有弹 性元件。铆钉可以冷冲压或热冲压。我们可以注意到，这里所描述的蠕变作用将适用于该发明的其它连接结构。该发 明的优点之一是，由于弹性，即使在验证载荷附近，对工件加载的损失也是可以微不足道 的，或者至少处于可以接受的水平。现在的发明的又一个变化是如图86 图89所示的波普空心铆钉1880。波普空心 铆钉1880由头部1882和杆部1884组成。头部和杆部是空心的，可以通过一个孔1886进 入。波普空心铆钉1880基本上与已知的波普空心铆钉相同，但它包括一个弹性元件，该弹 性元件以铆钉头部1882下面的曲面凸缘1888和凹槽1890形式出现，由与图8广图85中 所描述的铆钉1800的表面1808相似的构型的仿形接触表面1892界定。图90显示了现在的发明的另一个变化。在本例子中，显示了弹簧门闩紧固件1900 的组成部分，其中，门闩设计成当施加足够的扭矩时在变窄部分1902处扣合。在该发明的 本连接结构中，头部1904包括弹性元件1906，其形式类似于图58中的螺纹紧固件的弹性元 件。现在的发明的另一个变化是在图91和图92中显示的膨胀套筒紧固件1930中包 括了弹性元件，该膨胀套筒紧固件的商标为“DYNAB0LT”，由Ramset公司销售。一般在膨胀 套筒紧固件1930的螺母1932和工件1934之间放置一个平垫圈。在该发明的本连接结构 中，符合上文所描述的各种连接结构的弹性元件1936可以代替平垫圈(在图91中显示)， 或者图92中所显示的垫圈和螺母或弹性垫圈可以放置在螺母1932与平垫圈1938之间。紧固件1930以普通方式安装，将螺栓1940和套筒1942插入孔1944中。拧紧螺 母1932，使螺栓1940拉向螺母1932。螺栓1940的头部1946将包覆螺栓1940的套筒1942 胀大，套筒1940与孔1940膨胀贴合，因而形成接头。包含弹性元件对于安装膨胀套筒紧固 件之后变化载荷的吸收是有用的。这种膨胀套筒紧固件往往安装在可能承受高温波动和/ 或动载荷变化或由于恶劣气候条件或地质现象(诸如震动和地震)而造成的载荷变化的结 构位置。
根据上述内容，显然各种连接结构都提供了简单却高效的紧固件。在有些连接结 构中，紧固件是一个螺纹紧固件组件，易于装配和拆卸，能够抵御振动和动载荷以及热学变 化。 提供这些特性的螺纹紧固件组件的一个特殊特征是使用弹性元件作为垫圈或采 用通孔紧固件元件，例如螺栓或铆钉。弹性垫圈可通过一个棘齿机构与另一个紧固件元件 (螺母或螺栓)对面贴合，如上文所述。棘齿机构与弹性元件的弹性协同实现离合器的功 能，允许紧固件元件向拧紧方向转动，禁止其向拧松方向转动。在其它连接结构中，紧固件组件包括一个可压缩弹性元件，其弹性大于紧固件组 件的轴杆的弹性。虽然已对连接结构在弹性元件构成所描述并图解的特殊紧固件组件的一部分这 一方面进行了描述，还是应该明白，弹性元件本身也可以在其它紧固件组件中得到应用。在不改变基本发明原理的条件下，可以对现在的发明加以改造和变化。这些改造 和变化的目的是为了适合现在的发明的范围，这可以由上文的描述和附属的声明加以确定。
权利要求
一种紧固件组件，包括一个垫圈和一个紧固件元件，该紧固件元件有一个向垫圈传递力的贴合面，该紧固件元件在贴合面的周围有一外围面，外围面相对于紧固件元件的贴合面成角度，垫圈有与紧固件元件接触的第一个接合面，第一个接合面有一个与贴合面接触的内部和一个在内部周围倾斜的外部，其中，倾斜的外部布置为与紧固件元件的外围面接合。
2.根据权利要求1的紧固件组件，其中，外围面围绕着贴合面形成倒角。
3.根据权利要求1或2的紧固件组件，其中，垫圈第一个接合面的内部为环形。
4.根据前述中任一权利要求的紧固件组件，其中，垫圈第一个接合面的内部为平面。
5.根据前述中任一权利要求的紧固件组件，其中，紧固件元件为内螺纹紧固件。
6.根据权利要求1-5中任一所述的紧固件组件，其中，紧固件元件为带有头部的外螺 纹紧固件。
7.根据权利要求6的紧固件组件，其中，紧固件元件为螺栓。
8.根据前述中任一权利要求的紧固件组件，其中，垫圈第一个接合面倾斜的外部包括 多个斜面，围绕着内部形成圆形棘齿结构，阻止向拧松方向旋转，同时允许向拧紧方向旋转。
9.根据前述中任一权利要求的紧固件组件，其中，垫圈的第一个接合面包括一个凹槽， 将内部与倾斜的外部分隔开。
10.根据前述中任一权利要求的紧固件组件，其中，垫圈是可弹性变形的。
11.根据权利要求10的紧固件组件，其中，垫圈的刚度随加载而增加。
12.根据权利要求11的紧固件组件，其中，垫圈有相对于第一个接合面的第二个接合 面，第二个接合面有初级加载面和二级加载面，初级和二级加载面由一个凹进隔开，由此， 垫圈布置为当加载到初始负荷极限时仅通过初级加载面传递负荷，并且在超过初始负荷极 限时通过初级和二级加载面共同传递负荷。
13.根据前述中任一权利要求的紧固件组件，其中，垫圈有一个包括一个内部的物体， 其内部在第一个接合面的内部和相对于第一个接合面的第二个接合面的内部之间延伸，在 那里，物体的内部向垫圈提供中心刚度。
14.一种用于紧固件组件的垫圈，该紧固件组件包括垫圈和一个紧固件元件，该紧固件 元件有一个向垫圈传递力的贴合面，该紧固件元件在贴合面的周围有一个外围面，外围面 相对于紧固件元件的贴合面成角度，其中，垫圈有与紧固件元件接触的第一个接合面，第一 个接合面有一个与贴合面接触的内部和一个在内部周围倾斜的外部，倾斜的外部布置为与 紧固件元件的外围面接合。
15.根据权利要求14的垫圈，其中，垫圈第一个接合面的内部为环形。
16.根据权利要求14或15的垫圈，其中，垫圈第一个接合面的内部为平面。
17.根据权利要求14-16中任一所述的垫圈，其中，垫圈第一个接合面倾斜的外部包 括多个斜面，围绕着内部形成圆形棘齿结构，阻止向拧松方向旋转，同时允许向拧紧方向旋 转。
18.根据权利要求14-17中任一所述的垫圈，其中，垫圈的第一个接合面包括一个凹 槽，将内部与倾斜的外部隔开。
19.根据权利要求14-18中任一所述的垫圈，其中，垫圈是可弹性变形的。
20.根据权利要求19的垫圈，其中，垫圈的刚度随加载而增加。
21.根据权利要求20的垫圈，其中，垫圈有相对于第一个接合面的第二个接合面，第二 个接合面有初级加载面和二级加载面，初级和二级加载面由一个凹进隔开，由此，垫圈布置 为当加载到初始负荷极限时仅通过初级加载面传递负荷，并且在超过初始负荷极限时通过 初级和二级加载面共同传递负荷。
22.根据权利要求14-21中任一所述的垫圈，其中，垫圈有一个包括一个内部的物体， 其内部与第一个接合面的内部并排，在那里，物体的内部向垫圈提供刚度。
23.一种紧固件组件，包括一个紧固件元件和一个垫圈，该紧固件元件有一个内螺纹 孔，沿着孔紧固件元件有一个轴向布置的头部和突出部分，头部在径向上大于突出部分，垫 圈有一个力传递部分，力传递部分的内径大于突出部分的外径，力传递部分布置在位于突 出部分的周围，以便使通过垫圈作用的轴向压力传向头部，并沿着内螺纹孔至少部分地分 布在头部和突出部分内。
24.根据权利要求23的紧固件组件，其中，突出部分有一个径向外围表面，其内部朝向 突出部分的自由端逐渐变细。
25.根据权利要求24的紧固件组件，其中，垫圈有一个圆台形内表面，与突出部分的径 向外围表面隔开一定的间隙配合。
26.根据权利要求23-25中任一所述的紧固件组件，其中，垫圈的力传递部分有第一 个接合面，与头部的接合面接合，当紧固件组件向拧紧方向旋转时，接合面之间进行机械连 接，使它们接合在一起。
27.根据权利要求26的紧固件组件，其中，当紧固件组件向拧松方向旋转时，机械连接 使接合面结合在一起。
28.根据权利要求27的紧固件组件，其中，机械连接由内接合凹槽提供。
29.根据权利要求26的紧固件组件，其中，机械连接使接合面分离以响应紧固件元件 相对于垫圈向拧松方向旋转。
30.根据权利要求29的紧固件组件，其中，机械连接包括在每个接合面上的棘齿结构。
31.根据权利要求26-30中任一所述的紧固件组件，其中，紧固件组件的接合面都是倾 斜的，以便定中心。
32.根据权利要求31的紧固件组件，其中，接合面倾斜10度到15度之间。
33.根据权利要求23-32中任一所述的紧固件组件，其中，垫圈是可弹性变形的。
34.根据权利要求33的紧固件组件，其中，垫圈的刚度随加载而增加。
35.根据权利要求34的紧固件组件，其中，垫圈有与紧固件元件的头部分隔开的第二 个接合面，第二个接合面有初级加载面和二级加载面，初级和二级加载面由一个凹进隔开， 由此，垫圈布置为当加载到初始负荷极限时仅通过初级加载面传递负荷，并且在超过初始 负荷极限时通过初级和二级加载面共同传递负荷。
36.根据权利要求25-35中任一所述的紧固件组件，其中，垫圈的力传递部分，在对垫 圈施加负荷时，向垫圈提供刚度。
37.如权利要求25-36中任一所述的紧固件组件中的紧固件元件。
38.一种紧固件组件，包括第一个紧固件元件，第二个紧固件元件和一个垫圈，第一个 紧固件元件有一个内螺纹孔，沿着孔第一个紧固件元件有一个轴向布置的头部和突出部分，头部在径向上大于突出部分，第二个紧固件元件有一个力传递部分，力传递部分的内径 大于突出部分的外径，力传递部分布置在位于突出部分的周围，以便使通过垫圈作用的轴 向压力通过第二个紧固件元件传向头部，并沿着内螺纹孔至少部分地分布在头部和突出部 分内。
39.根据权利要求38的紧固件组件，其中，突出部分有一个径向外围表面，其内部朝向 突出部分的自由端逐渐变细。
40.根据权利要求39的紧固件组件，其中，第二个紧固件元件有一个圆台形内表面，与 突出部分的径向外围表面分隔开一定的间隙配合。
41.根据权利要求38-40中任一所述的紧固件组件，其中，第二个紧固件元件的力传递 部分有第一个接合面，与头部的接合面接合，当紧固件组件向拧紧方向旋转时，接合面之间 进行机械连接，使它们接合在一起。
42.根据权利要求41的紧固件组件，其中，当紧固件组件向拧松方向旋转时，机械连接 使接合面结合在一起。
43.根据权利要求42的紧固件组件，其中，机械连接由内接合凹槽提供。
44.根据权利要求41的紧固件组件，其中，机械连接使接合面分离以响应紧固件元件 相对于垫圈向拧松方向旋转。
45.根据权利要求44的紧固件组件，其中，机械连接包括在每个接合面上的斜面结构。
46.根据权利要求38-45中任一所述的紧固件组件，其中，紧固件组件的接合面都是倾 斜的，以便定中心。
47.根据权利要求46的紧固件组件，其中，接合面倾斜10度到15度之间。
48.根据权利要求38-47中任一所述的紧固件组件，其中，垫圈是可弹性变形的。
49.根据权利要求48的紧固件组件，其中，垫圈的刚度随加载而增加。
50.根据权利要求49的紧固件组件，其中，垫圈有与第二个紧固件元件分隔开的第二 个接合面，第二个接合面有初级加载面和二级加载面，初级和二级加载面由一个凹进隔开， 由此，垫圈布置为当加载到初始负荷极限时仅通过初级加载面传递负荷，并且在超过初始 负荷极限时通过初级和二级加载面共同传递负荷。
51.根据权利要求38-50中任一所述的紧固件组件，其中，垫圈有一个包括一个内部的 物体，其内部与第二个紧固件元件的力传递部分并排，在那里，当对垫圈施加负荷时，物体 的内部向垫圈提供刚度。
52.根据权利要求38-51中任一所述的紧固件组件，其中，垫圈包括多个斜面，在远离 第二个紧固件元件方向的环形面周围形成圆形棘齿结构。
53.根据权利要求38-52中任一所述的紧固件组件，其中，制造第二个紧固件元件所用 的材料比制造第一个紧固件元件所用的材料硬。
54.如权利要求38-53中任一所述的紧固件组件中的紧固件元件。
全文摘要
用在工件的接头中的紧固件组件包括一个穿过工件上的孔的初级紧固件元件、一个二级紧固件元件和一个弹性元件。初级紧固件元件具有同工件相接触的初级接触部分。二级紧固件元件具有二级接触部分，与初级紧固件元件协同作用以对工件施加压缩载荷因而形成接头。弹性元件位于初级接触部分和二级接触部分之间，使得其在载荷下受压缩。当承载小于预先确定的数量时，弹性元件具有基本的刚度特性；当承载大于预先确定的数量时，该弹性元件具有较高的刚度特性。
文档编号F16B39/26GK101846123SQ20091014645
公开日2010年9月29日 申请日期2004年7月1日 优先权日2003年7月1日
发明者乔治·艾米尔·杜塔, 大卫·利乌斯茨克, 汉纳·马里亚·斯莫勒里克 申请人:Iq紧固件私人有限公司