具有可變壁厚的軸環(huán)的制作方法
【專利摘要】一種具有帶有內(nèi)表面和外表面的軸部的軸環(huán)。軸部的外表面包括從第一端部延伸至第一外部拐點的第一外表面，以及從第一外部拐點延伸至第二外部拐點的曲線形外表面。該曲線形外表面和從第一外部拐點延伸至第二外部拐點的假想線形成第一區(qū)段，該第一區(qū)段的尺寸和形狀設計成當安裝軸環(huán)時軸環(huán)接納向前擠壓部。
【專利說明】具有可變壁厚的軸環(huán)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸環(huán)，并且較具體地，涉及一種具有可變壁厚的軸環(huán)。
【背景技術】
[0002]目前，模壓軸環(huán)緊固件經(jīng)常被用來固定工件，該工件通常由兩個或更多個具有大致對齊的開口的板件或面板組成。該緊固件包括軸環(huán)和銷。該銷的一端具有頭部，在相對的一端具有帶有鎖定槽和拖拉槽的銷尾。從工件的一側(cè)穿過該對齊的開口插入該銷，在該工件的相對的一側(cè)將軸環(huán)插到該銷上以用于隨后模壓到該銷上。當固定或安裝時，銷的頭部接合其中一個板件的外表面，而軸環(huán)接合另一板件的外表面。
[0003]將軸環(huán)固定在銷上的一種常規(guī)方法是，使用一種抓住和拖拉該銷的拖拉槽且同時施加反作用力到該軸環(huán)上的拖拉型安裝工具。在達到一定的拉力后，通過軸環(huán)金屬的凹陷部流動至銷上的鎖定槽內(nèi)而使該軸環(huán)被鎖定到該銷上。更具體地，安裝工具包括接合銷尾上的拖拉槽的爪組件和接合軸環(huán)的模壓砧。當該工具被驅(qū)動時，該爪在銷上施加拖拉作用，而該模壓砧施加反作用力到該軸環(huán)上。當工件板被拉到一起時，銷的頭部接合其中一個板件的外表面，而軸環(huán)接合另一板件的外表面。當模壓砧沿軸環(huán)的凸緣的方向在該軸環(huán)上行進或前進時，工具的持續(xù)的拖拉作用增加了該工具的模壓負載。當安裝工具從銷的銷尾折斷拖拉槽部時，在完成模壓作用時，該安裝工具被移除并且該軸環(huán)緊固件的安裝完成。
[0004]對于具有恒定的軸部壁厚的軸環(huán)設計，在模壓過程中，軸環(huán)材料的一部分被逐步向前擠壓，從而增加了模壓軸環(huán)所必需的安裝工具模壓負載。更具體地，當安裝工具的砧在軸環(huán)的軸部材料上前進時，該砧使該材料抵抗該銷而變形。在此過程中，軸部材料的鄰近砧的接觸點的一部分也被向前推進以形成向前擠壓部。該向前擠壓部是軸部材料的被推動到砧的前方的那部分。換句話說，由于工具使材料向前移動，軸部壁的厚度在工具的前方增力口。軸部壁厚度的增加引起了工具模壓負載的增加，而這是不希望的。
[0005]還需要一種內(nèi)置機構，用以在安裝工具的砧在軸環(huán)上達到足夠的深度或行程長度時阻止該安裝工具的砧的前進。例如，安裝工具可以使砧一直移動至軸環(huán)的凸緣或片材輪廓區(qū)域(sheet line zone)(即，工件表面上與凸緣底部匹配的區(qū)域)處。這將在支撐在片材輪廓區(qū)域上的軸環(huán)支承表面上產(chǎn)生高的峰值壓力，這會促使軸環(huán)張開(即，凸緣的遠離工件的片材輪廓區(qū)域的部分卷曲)。高的峰值壓力也會引起損壞由敏感的材料(如，復合材料)制成的工件元件的風險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個實施例中，軸件包括第一端部和與第一端部相對的第二端部，從第一端部延伸到第二端部的縱向軸線，以及從第一端部延伸到第二端部并包括內(nèi)表面和外表面的軸部，其中，該軸部的內(nèi)表面包括從第一端部延伸到第一內(nèi)部拐點的第一平坦內(nèi)表面，從第一內(nèi)部拐點延伸到第二內(nèi)部拐點的第二平坦內(nèi)表面，以及從第二內(nèi)部拐點延伸到第二端部的第三平坦內(nèi)表面，其中，該軸部的外表面包括從第一端部延伸到第一外部拐點的第一外表面，以及從第一外部拐點延伸到第二外部拐點的曲線形的外表面，并且其中，該曲線形外表面和從第一外部拐點延伸到第二外部拐點的假想線形成第一區(qū)段，該第一區(qū)段的尺寸和形狀設計成當安裝軸環(huán)時接納軸環(huán)的向前擠壓部。
[0007]在一個實施例中，第一和第三平坦內(nèi)表面均取向于平行于縱向軸線，以及第二平坦內(nèi)表面取向于傾斜于縱向軸線。在一個實施例中，第一平坦內(nèi)表面和第一外表面形成具有第一厚度的第一區(qū)段，以及其中曲線形外表面和內(nèi)表面上的鄰近曲線形外表面的第一區(qū)域形成具有第二厚度的第二區(qū)段。在一個實施例中，第二區(qū)段的第二厚度小于第一區(qū)段的第一厚度。在一個實施例中，當軸環(huán)被安裝時，第二區(qū)域的第二厚度增加。
[0008]在一個實施例中，軸部的外表面包括定位在第二端部附近的突起部。在一個實施例中，外表面包括第三平坦外表面，以及其中，突起部從第二外部拐點縱向延伸到第三平坦外表面。在一個實施例中，第三平坦外表面在凸緣處終止。在一個實施例中，突起部是圓形的突起部。在一個實施例中，圓形的突起部是環(huán)狀的。在另一個實施例中，圓形的突起部是曲線形的。在一個實施例中，外表面包括多個定位在第二端部附近的嵌齒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更充分地理解本發(fā)明，參考下面的附圖對示例性實施例進行的詳細的描述，其中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例構造的軸環(huán)的透視圖；
[0011]圖2是圖1所示的軸環(huán)的正視圖；
[0012]圖3是圖1所示的軸環(huán)的仰視圖；
[0013]圖4是圖1所示的軸環(huán)的俯視圖；
[0014]圖5是沿剖面線5-5剖切并沿箭頭方向看去的圖1所示的軸環(huán)的剖視圖；
[0015]圖6是圖5的圓形區(qū)域6的放大圖；
[0016]圖7描繪了在軸環(huán)的安裝過程中施加在安裝工具上的模壓負載與砧的移動距離的關系的曲線圖，其中，實線表示工具應用于本發(fā)明的軸環(huán)，而虛線表示工具應用于缺乏可變厚度特征的軸環(huán)；
[0017]圖8是安裝在銷部件的銷尾部分的鎖定槽上的圖5所示軸環(huán)的部分剖視面的照片;
[0018]圖9是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例構造的軸環(huán)的透視圖；
[0019]圖10是圖9所示的軸環(huán)的正視圖；
[0020]圖11是圖9所示的軸環(huán)的仰視圖；
[0021]圖12是圖9所示的軸環(huán)的俯視圖；
[0022]圖13是沿剖面線13-13剖切并沿箭頭方向看去的圖9所示軸環(huán)的剖視圖；
[0023]圖14是圖13所示的軸部的圓形區(qū)域14的放大圖；
[0024]圖15是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例構造的軸環(huán)的透視圖。
【具體實施方式】
[0025]雖然本發(fā)明可以與模壓型緊固系統(tǒng)結(jié)合使用，但是它特別適合用作在具有銷尾的銷部件上的模壓型軸環(huán)。因此，本發(fā)明將在下文描述這樣的軸環(huán)。然而，應該理解的是，以下的描述只是為了說明本發(fā)明，并不是為了限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明對于其他類型的緊固系統(tǒng)、軸環(huán)和/或銷部件也具有適用性。
[0026]圖1-6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構造的具有可變壁厚的軸環(huán)10。在一個實施例中，軸環(huán)10包括具有平坦表面14的第一端部12，以及與該第一端部12相對并具有帶有平坦表面18的凸緣17的第二端部16。在一個實施例中，當以下文描述的方式被安裝時，第二端部16面向工件(雖然工件未在圖1-6中示出，可參見例如示于圖8的工件W)。在一個實施例中，從第一端部12延伸到第二端部16的管形的壁部或軸部20繞縱向軸線22軸對稱地定中。在一個實施例中，彎曲的角部24在表面14處開始形成在軸部的外周上。
[0027]參照圖5和6，軸環(huán)10的可變的內(nèi)表面或側(cè)面25包括如下特征。在一個實施例中，軸部20的第一平坦內(nèi)表面26在表面14處開始延伸至第一內(nèi)部拐點28。在一個實施例中，第一平坦內(nèi)表面26取向為平行于縱向軸線22。在一個實施例中，從第一內(nèi)部拐點28開始，第二平坦內(nèi)表面30取向為相對于縱向軸線22傾斜。在一個實施例中，第二平坦內(nèi)表面30從第一內(nèi)部拐點28延伸至第二內(nèi)部拐點32。在一個實施例中，第三平坦內(nèi)表面34從第二內(nèi)部拐點32延伸至第二端部16的表面18。在一個實施例中，第三平坦內(nèi)表面34的方向平行于縱向軸線22。
[0028]繼續(xù)參照圖5和6，在一個實施例中，軸部20具有繞軸環(huán)10的縱向軸線22軸對稱地定中的形狀可變的外表面或側(cè)面36。在一個實施例中，外表面36包括如下特征。在一個實施例中，角部24在軸環(huán)10的表面14處開始從表面14延伸至第一外表面38。在一個實施例中，第一外表面38延伸至第一外部拐點40。在一個實施例中，第一外表面38和第一平坦內(nèi)表面26的鄰近區(qū)域41結(jié)合以限定具有第一厚度Tl的軸部20上的第一區(qū)段42。
[0029]具體地參照圖6，在一個實施例中，曲線形表面44從第一外部拐點40延伸至第二外部拐點46。在一個實施例中，曲線形表面44和第一平坦內(nèi)表面26的鄰近區(qū)域47結(jié)合以限定具有第二厚度T2的軸部20上的第二區(qū)段48。在一個實施例中，第二厚度T2是最小厚度。在一個實施例中，厚度T2小于第一區(qū)段42的第一厚度Tl。在一個實施例中，突起部50從第二外部拐點46延伸至第三平坦外表面52。在一個實施例中，第三平坦外表面52在軸環(huán)10的凸緣17處終止。在一個實施例中，如下所述，突起部50作為工具止擋部。在一個實施例中，突起部50具有圓環(huán)形。在另一個實施例中，突起部50可以具有傾斜的臺階部、平臺或凸緣的形狀(圖中未示出)。
[0030]繼續(xù)參照圖6，其示出了描述第一外表面38的延伸部的假想線54 (S卩，虛線)，該假想線從第一外部拐點40延伸至在第二外部拐點46處的突起部50并與其相交。在一個實施例中，虛線54和曲線形表面44結(jié)合以限制區(qū)域56，其重要性在下文描述。
[0031]在一個實施例中，軸環(huán)10以如上所述的方式安裝在銷部件上。更具體地，參照圖7，當安裝工具的砧首先前進越過角部24的外周，然后越過第一區(qū)段42的第一外表面38時，產(chǎn)生向前擠壓部并且模壓負載逐步增大，如圖7所示，S卩，當從曲線圖中所示的實線曲線上的A點移動至B點時。在一個實施例中，當砧越過第二區(qū)段48的曲線形表面44并朝向突起部50行進時，向前擠壓部在區(qū)域56中移動并且第二區(qū)段48的厚度T2增加。在砧的該部分行進中，模壓負載穩(wěn)定，如圖7所示，S卩，當從曲線圖中所示的實線曲線上的B點移動至C點時。相比較而言，對于經(jīng)歷相同的模壓過程的、具有均勻的壁厚的、類似構造的軸環(huán)，在從圖7的曲線圖所示的虛線曲線上的B點移動至C點時，可以看到模壓負載不斷地增加，這樣不斷增加的負載遠遠超過了在從圖7的曲線圖所示的實線曲線上的B點移動至C點時所看到的軸環(huán)10的穩(wěn)定的模壓負載。在一個實施例中，在圖7的曲線圖所示的實線曲線中的D點處，當砧接觸軸環(huán)10的突起部50時，模壓負載形成峰值并且模壓工具以上文描述的傳統(tǒng)方式與軸環(huán)10斷開連接。在一個實施例中，也是在該點處，砧在突起部50上留下最終的參考點(即，由砧在模壓過程中從軸環(huán)10上經(jīng)過而產(chǎn)生的在軸環(huán)10的外表面36的突起部50上的輕微的印記)。更具體地，對突起部50上的(或如下文所述的凸起或嵌齒119)最終的參考點的觀測(即，在砧的行程的終端處留下的參考點)提供了能夠證明以下事實的積極的證據(jù):砧在軸環(huán)10的軸部20的外表面36上已經(jīng)行進了用以將軸環(huán)10正確地固定到銷P上所必需的距離。
[0032]在一個實施例中，圖8示出了安裝在銷P上的軸環(huán)10。在一個實施例中，銷P具有帶有鎖定槽L的銷尾T。在一個實施例中，在銷P上的模壓軸環(huán)10將工件W固定在片材輪廓區(qū)域Z處。更特別地，在一個實施例中，軸部20的第一平坦內(nèi)表面26被模壓在銷尾T的鎖定槽L上，以及凸緣17的表面18支承在工件W的片材輪廓區(qū)域Z上。
[0033]應該理解的是，對實現(xiàn)如上文所述的適度的工具模壓負載所必需的曲線形表面44的縱向長度和構型的設計可以根據(jù)如軸環(huán)10的冶金法、尺寸等各種參數(shù)的變化而改變。在一個或多個實施例中，曲線形表面44的縱向長度和構型的設計可以通過如下方式建立:i)以經(jīng)驗為主，ii)通過已知的冶金工程計算，或iii)通過這兩種方法的組合。
[0034]在一個實施例中，軸環(huán)10的軸部20的可變的壁厚促進了適度的向前擠壓和減小的模壓負載。結(jié)果，用于模壓軸環(huán)10的安裝工具的動力需求、尺寸和重量也減小了。此外，在一個實施例中，由軸環(huán)10的突起部50提供的工具止擋特征防止了安裝工具的砧到達工件的凸緣或片材輪廓區(qū)域，并且因此降低了使軸環(huán)分開以及損壞由敏感的材料(例如復合材料)制成的工件元件的風險。在一個實施例中，軸環(huán)10的突起部50也接納并方便地顯示了最終的參考點，這提供了對正確的和充分的模壓的快速視覺確認。
[0035]在一個實施例中，如上面指出的，由于作為模壓過程的自然結(jié)果，軸環(huán)10在模壓過程中遇到向前擠壓，軸環(huán)10的軸部20的可變厚度的外形彌補了這種現(xiàn)象。在一個實施例中，如果軸環(huán)10的厚度朝向軸環(huán)10的第二端部16 (即，朝向凸緣17)逐漸減小，考慮到將在工具的前面被向前擠出的材料的數(shù)量，在模壓過程中將實現(xiàn)基本恒定的模壓負載。更具體地，內(nèi)表面25和/或外表面36可以改變以實現(xiàn)具有可變壁厚的軸部20，這將促進被向前擠壓的材料的減少和基本上適度的模壓負載。
[0036]應當指出的是，本發(fā)明可以有多種修改和變化。例如，在一個實施例中，如將在下文詳細描述的，軸部20的內(nèi)表面25也可以被改變以改變軸環(huán)10的厚度和使向前的擠壓和模壓負載適度。此外，在其它實施例中，多個凸起或嵌齒可以被對稱地定位于圍繞軸環(huán)10的外表面36的周圍以替代軸環(huán)10的突起部50，并為扭矩扳手提供杠桿點。
[0037]圖9-14和圖15分別地示出了本發(fā)明的第二和第三實施例。在圖9-14和圖15中所示的與上面描述的圖1-6的實施例的元件相同或基本相同的元件分別由增加了一百和二百的相應的參考標號指示。除另有說明外，圖9-14和圖15的實施例以與圖1-6的實施例相同的基本方式構造和組裝。
[0038]圖9-14示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例構造的具有可變壁厚的軸環(huán)110。在一個實施例中，軸環(huán)110包括具有平坦表面114的第一端部112，以及與第一端部112相對并具有帶有平坦表面118的凸緣117的第二端部116。在一個實施例中，多個凸起或嵌齒119在凸緣117附近形成，作為工具止擋部并且可選地作為用于扭矩扳手的杠桿點。在一個實施例中，管形的壁部或軸部120在軸環(huán)110的第一和第二端部112，116之間延伸。
[0039]參照圖13和14，在一個實施例中，軸部120圍繞軸環(huán)的110的縱向軸線122軸對稱地定中。在一個實施例中，軸環(huán)110的可變形的內(nèi)表面或外形125包括以下特征。在一個實施例中，第一平坦內(nèi)表面126從軸環(huán)110的第一端部表面114處開始取向于平行于軸環(huán)110的縱向軸線122，并且延伸到第一內(nèi)部拐點128。在一個實施例中，第二平坦內(nèi)表面130從第一內(nèi)部拐點128延伸至定位在內(nèi)角部135上的第二內(nèi)部拐點132。在一個實施例中，第二平坦內(nèi)表面130取向于稍微傾斜于縱向軸線122。
[0040]在一個實施例中，軸部120具有圍繞軸環(huán)110的縱向軸線122軸對稱地定中的、可變形狀的外表面或外形136。在一個實施例中，外表面136包括以下特征。在一個實施例中，角部124從軸環(huán)110的表面114開始從表面114延伸至第一外表面138。在一個實施例中，第一外表面138延伸至第一外部拐點140。在一個實施例中，第一外表面138和第一內(nèi)表面126的鄰近區(qū)域141結(jié)合以限定具有第一厚度Tl的軸部120上的第一區(qū)段142。在一個實施例中，第一外表面138延伸至第二外部拐點146。在一個實施例中，圓形的彎曲形狀的突起部147從第二外部拐點146延伸至第二平坦外表面149。在一個實施例中，第二平坦外表面149在軸環(huán)110的凸緣117處終止。在一個實施例中，第一外表面138和第二內(nèi)表面130的鄰近區(qū)域147結(jié)合以限定具有第二厚度T2的軸部120上的第二區(qū)段148。在一個實施例中，該第二厚度T2為最小厚度。在一個實施例中，該第二厚度T2小于第一區(qū)段142的第一厚度Tl。
[0041]如上所述，圖9-14的實施例(即，軸環(huán)110)以與圖1-6的實施例(即，軸環(huán)10)相同的基本的方式構造和組裝。同樣地，用于軸環(huán)110的模壓過程以與如上所述的用于軸環(huán)10的模壓過程相同的基本的方式操作。
[0042]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例構造的具有可變壁厚的軸環(huán)210。在一個實施例中，軸環(huán)210包括具有平坦表面214的第一端部212，以及與第一端部212相對并具有帶有平坦表面218的凸緣217的第二端部216。在一個實施例中，管形的壁部或軸部220在軸環(huán)210的第一和第二端部212，216之間延伸。在一個實施例中，多個凸起或嵌齒219在凸緣217的附近形成，作為工具止擋部并且可選地作為用于扭矩扳手(圖中未示出)的杠桿點。更具體地，在一個實施例中，具有與嵌齒219匹配的凹陷特征的扳手可安裝在嵌齒219上。一旦安裝在嵌齒219上，扳手可用于在軸環(huán)210上施加扭矩，以便在鎖定槽是螺紋的情況下，從銷P的鎖定槽L上擰下軸環(huán)210。
[0043]將理解的是，本文所描述的實施例僅僅是示例性的，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可作出許多變化和改進。舉例來說，除了上文描述的那些實施例以外，所有這些變化和修改都意在被包括在所附的權利要求書所界定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種軸環(huán)，包括: 第一端部和與所述第一端部相對的第二端部，從所述第一端部延伸至所述第二端部的縱向軸線，以及從所述第一端部延伸至所述第二端部并包括內(nèi)表面和外表面的軸部， 其中，所述軸部的所述內(nèi)表面包括從所述第一端部延伸至第一內(nèi)部拐點的第一平坦內(nèi)表面，從所述第一內(nèi)部拐點延伸至第二內(nèi)部拐點的第二平坦內(nèi)表面，以及從所述第二內(nèi)部拐點延伸至所述第二端部的第三平坦內(nèi)表面， 其中，所述軸部的所述外表面包括從所述第一端部延伸至第一外部拐點的第一外表面，以及從所述第一外部拐點延伸至第二外部拐點的曲線形外表面，以及 其中，所述曲線形外表面和從所述第一外部拐點延伸至所述第二外部拐點的假想線形成第一區(qū)段，所述第一區(qū)段的尺寸和形狀設計成當安裝所述軸環(huán)時接納所述軸環(huán)的向前擠壓部。
2.根據(jù)權利要求1所述的軸環(huán)，其特征在于，所述第一和第三平坦內(nèi)表面均取向于平行于所述縱向軸線，以及所述第二平坦內(nèi)表面取向于傾斜于所述縱向軸線。
3.根據(jù)權利要求2所述的軸環(huán)，其特征在于，所述第一平坦內(nèi)表面和所述第一外表面形成具有第一厚度的第一區(qū)段，以及其中，所述曲線形外表面和所述內(nèi)表面上鄰近于所述曲線形外表面的第一區(qū)域形成具有第二厚度的第二區(qū)段。
4.根據(jù)權利要求3所述的軸環(huán)，其特征在于，所述第二區(qū)段的所述第二厚度小于所述第一區(qū)段的所述第一厚度。
5.根據(jù)權利要求4所述的軸環(huán)，其特征在于，所述外表面包括定位在所述第二端部附近的關起部。
6.根據(jù)權利要求5所述的軸環(huán)，其特征在于，在軸環(huán)被安裝時，所述第二區(qū)段的第二厚度增加。
7.根據(jù)權利要求6所述的軸環(huán)，其特征在于，所述外表面包括第三平坦外表面，以及其中，所述突起部從所述第二外部拐點縱向延伸至所述第三平坦外表面。
8.根據(jù)權利要求7所述的軸環(huán)，其特征在于，所述第三平坦外表面在凸緣處終止。
9.根據(jù)權利要求5所述的軸環(huán)，其特征在于，所述突起部是圓形的突起部。
10.根據(jù)權利要求9所述的軸環(huán)，其特征在于，所述圓形的突起部是環(huán)狀的。
11.根據(jù)權利要求10所述的軸環(huán)，其特征在于，所述圓形的突起部是曲線形的。
12.根據(jù)權利要求4所述的軸環(huán)，其特征在于，所述外表面包括多個定位在所述第二端部附近的嵌齒。
【文檔編號】F16B5/10GK103629219SQ201310363448
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權日:2012年8月20日
【發(fā)明者】羅德里戈·品海羅, 伊萊恩·庫茨, 盧克·海洛克 申請人:美鋁公司