高性能徑向緊固連接螺栓的制作方法
【專利摘要】高性能徑向緊固連接螺栓(或“脹套螺栓”)具有一對圍繞螺栓桿的錐形套筒，張力載荷可被施加到螺栓桿上。擠壓環(huán)或壓縮環(huán)介于所述桿的一端的頭部螺母或頭部凸緣和內(nèi)套筒的一端之間。張力載荷被施加到所述桿上，所述內(nèi)套筒導(dǎo)致所述外套筒沿直徑方向膨脹。達(dá)到預(yù)設(shè)載荷極限時(shí)，擠壓環(huán)被擠壓穿過所述頭部螺母和所述擠壓環(huán)之間的驅(qū)動(dòng)活塞中的至少一個(gè)開孔，以允許桿相對于內(nèi)套筒移動(dòng)直到張力載荷被完全施加。替代性地，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件被設(shè)置在所述頭部螺母或頭部凸緣和所述壓縮環(huán)之間，并且達(dá)到預(yù)設(shè)極限時(shí)，所述壓縮環(huán)允許所述桿相對于內(nèi)套筒移動(dòng)，直到張力載荷被完全施加。
【專利說明】高性能徑向緊固連接螺栓

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高性能徑向緊固連接螺栓。(這種螺栓還被稱為“脹套螺栓”。)
[0002]本發(fā)明具體地涉及(但不限于)用以將工程零件牢固地固定到一起的高性能徑向緊固連接螺栓?？赡軕?yīng)用該螺栓的示例包括聯(lián)接管線法蘭、驅(qū)動(dòng)連接、機(jī)械安裝件和類似應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0003]注意:以下討論僅利用背景信息并且不被認(rèn)為是【技術(shù)領(lǐng)域】中的公知常識(commongeneral knowledge, CGK)的陳述。
[0004]當(dāng)確定用于動(dòng)力傳動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)連接的規(guī)格時(shí)，工程師通過公式計(jì)算得到所需的螺栓的尺寸，該計(jì)算公式考慮以下因素，例如:(a)連接直徑，(b)動(dòng)力產(chǎn)生量(powerthroughput)，以及(c)用以預(yù)測螺栓尺寸、頻率和張力載荷要求的材料。動(dòng)力傳輸在理論上經(jīng)由相對的連接表面之間的摩擦附著力而實(shí)現(xiàn)，但是通常還將考慮對剪切力的抵抗性，剪切力在工作期間可指向螺栓桿。在由于振動(dòng)、滑移和/或缺乏螺栓拉力而可致使剪切力發(fā)生的情況下，連接螺栓孔對各自的螺栓桿的沖擊通常破壞并扭曲這些部件，使得拆卸極其困難?？梢钥吹剑谒械穆菟ㄖ?，指定的螺栓拉力的應(yīng)用和維持對于保持驅(qū)動(dòng)連接的功效是至關(guān)重要的。還可以看到，可徑向膨脹以填滿由螺栓桿在驅(qū)動(dòng)連接中和各自的螺栓孔之間的公差形成的任何空間的螺栓，將十分有助于限制連接表面的任何滑移。
[0005]近年，普遍實(shí)行的是采用具有這種性能的螺栓。在當(dāng)前使用的類型中(通常被稱為“徑向緊固連接螺栓”)，螺栓部件被制造為在桿的中部具有增大的錐形部分，桿在每一端都具有螺紋部分。螺栓的錐形部段被容納在形狀互補(bǔ)的錐形套筒內(nèi)，當(dāng)錐形套筒穿過對準(zhǔn)的螺栓孔而被布置在待夾緊的驅(qū)動(dòng)連接部件中的適當(dāng)位置時(shí)，通過將桿的錐形部分引入到錐形套筒中而使錐形套筒沿直徑方向膨脹。這種沿直徑方向的膨脹將響應(yīng)于作用力而持續(xù)，直到套管完全將穿過連接部件的螺栓孔填滿為止。
[0006]通常在這種螺栓中，桿的中部的錐形外表面和套筒的內(nèi)表面必須被精密地加工并且可能要求表面被拋光。另外，“軌道”(track)可被加工在桿的中部的錐形表面中。內(nèi)部錐體可變得被鎖定在外部套筒的內(nèi)部并且難以移除，從而需要以一定壓力注射潤滑油來噴射螺栓并且使得套筒能夠被拆卸(collapse);并且隨著套筒沿直徑方向膨脹，覆蓋“軌道”的部分不會(huì)膨脹到相同的程度。當(dāng)由螺栓固定的部件被釋放時(shí)，套筒可卡住桿的中部并且保持與部件中的所述對準(zhǔn)的螺栓孔的較高的摩擦接合，從而需要例如通過按壓而施加的相當(dāng)大的力來從螺栓孔中釋放螺栓。
[0007]這些已知的螺栓的制造商推薦:后部螺母被安裝到螺栓桿一端的螺紋部分上(以接合連接部件中的一個(gè))；張力載荷施加到螺栓桿的另一端；以及，當(dāng)套筒的所需的膨脹達(dá)到時(shí)，桿的張緊的另一端于是可通過將螺母擰緊到該端上而被被鎖定到位，該螺母接合連接部件中的第二個(gè)。
[0008]這種設(shè)計(jì)清楚地展現(xiàn)了其缺點(diǎn):套筒的原始“設(shè)置”(setting)將通過附著摩擦力而將螺栓鎖定到位。因此，當(dāng)螺栓通過后部螺母被張緊到位時(shí)，非常小的施加張力載荷將移動(dòng)經(jīng)過桿的錐形部段來張緊其相反的一端并且鎖定后部螺母。這可通過從該端部擰緊所述桿來補(bǔ)償，但是這將具有減小引起套筒徑向膨脹的“設(shè)置”力的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種用于高性能徑向緊固連接螺栓或高性能的脹套螺栓的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)克服或至少改善了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0010]本發(fā)明的其它優(yōu)選的目標(biāo)將通過以下說明中清楚地呈現(xiàn)。
[0011]在一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種高性能的徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件，用于將至少兩個(gè)部件固定到一起，所述組件包括:
[0012]桿，所述桿具有位于第一端部部分和第二端部部分的之間的大致圓柱形的中心部分;
[0013]圍繞所述桿的中心部分的至少一個(gè)部段的相應(yīng)的內(nèi)套筒和外套筒，所述內(nèi)套筒和所述外套筒具有互補(bǔ)的相應(yīng)的外部錐形接合面和內(nèi)部錐形接合面；以及
[0014]介于所述內(nèi)套筒的第一端部和驅(qū)動(dòng)活塞之間的擠壓環(huán)，所述擠壓環(huán)位于所述桿的第一端部部分處或鄰接所述桿的第一端部部分，所述驅(qū)動(dòng)活塞具有至少一個(gè)朝所述擠壓環(huán)敞開的軸向開孔；
[0015]被布置為使得，隨著張力載荷被漸增地施加到所述桿的第二端部部分上，所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的相對軸向運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致所述外套筒徑向膨脹至與所述至少兩個(gè)部件接合，直到達(dá)到預(yù)定極限，在所述預(yù)定極限處，所述擠壓環(huán)將至少部分地?cái)D壓經(jīng)過所述至少一個(gè)軸向開孔，從而允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒和所述外套筒以及所述至少兩個(gè)部件移動(dòng)。
[0016]在第二方面，本發(fā)明在于一種高性能徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件，用于將至少兩個(gè)部件固定到一起，所述組件包括:
[0017]桿，所述桿具有位于第一端部部分和第二端部部分之間的大致圓柱形的中心部分;
[0018]圍繞所述桿的中心部分的至少一個(gè)部段的相應(yīng)的內(nèi)套筒和外套筒，所述內(nèi)套筒和所述外套筒具有互補(bǔ)的相應(yīng)的外部錐形接合面和內(nèi)部錐形接合面；以及
[0019]介于所述內(nèi)套筒的第一端部和驅(qū)動(dòng)構(gòu)件之間的壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)位于所述桿的第一端部部分處或鄰接所述桿的第一端部部分；
[0020]所述高性能的徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件被布置為:隨著張力載荷被漸增地施加到所述桿的第二端部部分上，所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的相對軸向運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致所述外套筒沿直徑方向膨脹至與所述至少兩個(gè)部件接合，直到達(dá)到預(yù)設(shè)極限；在所述預(yù)設(shè)極限處，所述壓縮環(huán)將允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒和所述外套筒并且相對于所述至少兩個(gè)部件移動(dòng)。
[0021]優(yōu)選地，隨著所述張力載荷開始被施加到所述桿的第二端部上，所述壓縮環(huán)將使所述內(nèi)套筒相對于所述外套筒軸向地移動(dòng)以使所述外套筒沿直徑方向膨脹，同時(shí)允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒移動(dòng)并且從而允許所述張力載荷沿所述桿的整個(gè)長度被施加。
[0022]優(yōu)選地，所述第一端部部分形成有整體式頭部凸緣；或所述第一端部部分具有螺紋，以接納頭部螺母；所述頭部凸緣或所述頭部螺母與所述部件中的一個(gè)部件的端部上的抵接面接合。
[0023]優(yōu)選地，所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有環(huán)形的環(huán)狀部分，所述環(huán)狀部分延伸至由一個(gè)部件中的螺栓孔和所述桿的第一端部部分限定的第一環(huán)形腔中，以接合所述頭部構(gòu)件的外部環(huán)形表面，所述頭部構(gòu)件的內(nèi)表面接合所述內(nèi)套筒的第一端部。
[0024]優(yōu)選地，所述桿的第二端部部分具有螺紋或者被成型，以便被張緊設(shè)備可釋放地接合，其中，所述張緊設(shè)備或所述第二端部部分上的張緊螺母能夠與所述外套筒的外環(huán)形端面接合。
[0025]優(yōu)選地，所述外套筒具有:形成所述環(huán)形外表面的外周凸緣，以及接合所述部件中的第二部件的環(huán)形內(nèi)表面。
[0026]優(yōu)選地，所述內(nèi)套筒具有筒體，所述筒體具有用于在所述桿的中央部分上的可滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的圓柱形開孔。優(yōu)選地，所述筒體的第一端部處的外周凸緣被可滑動(dòng)地容納在所述部件中的第一部件中的螺栓孔內(nèi)并且在被所述擠壓環(huán)接合的一個(gè)端部處提供環(huán)形抵接面。
[0027]優(yōu)選地，所述內(nèi)套筒的外部錐形接合面和所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面以與所述螺栓組件的縱向軸線成較小的角度的方式傾斜。優(yōu)選地，傾斜角可選地小于10° ;更可選地，小于7.5° ;最可選地在0.5° -5°的范圍內(nèi)。
[0028]優(yōu)選地，所述內(nèi)套筒和所述外套筒將由金屬或合金制成，其中，至少所述外套筒具有較薄的壁厚，使得所述外套筒能夠沿直徑方向充分地膨脹以填充所述外套筒和所述至少兩個(gè)部件中的對準(zhǔn)的螺栓孔組之間的工作間隙，并使得所述螺栓組件在張緊之前能夠被插入到其中。通常，所述工作間隙不超過0.5毫米、更可選地不超過0.3毫米。
[0029]優(yōu)選地，油脂、石墨或其它適合的潤滑劑在所述螺栓組件被組裝之前被施加到所述錐形接合面中的至少一個(gè)上，以在所述螺栓組件被張緊和釋放時(shí)促進(jìn)所述內(nèi)套筒和所述夕卜套筒之間的相對的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0030]優(yōu)選地，所述桿、所述驅(qū)動(dòng)活塞、以及所述頭部螺母和尾部螺母將由高強(qiáng)度鋼制成。
[0031]優(yōu)選地，所述外套筒具有筒體，所述筒體具有可滑動(dòng)地容納在所述部件中的第二部件的螺栓孔中的圓柱形外表面。
[0032]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)活塞具有多個(gè)穿過所述驅(qū)動(dòng)活塞的等間隔的軸向開孔。
[0033]優(yōu)選地，所述擠壓環(huán)由“可流動(dòng)”材質(zhì)制成。適合的材料包括橡膠(天然的和/或合成的)；聚合物，例如尼龍(商標(biāo))、聚乙稀、聚丙烯或類似物；“軟”金屬，例如鉛、錫、銷或其合金；“較硬”金屬，例如青銅；或其它適合的“可流動(dòng)”材料。
[0034]在第三方面，本發(fā)明在于一種將至少兩個(gè)部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一組的對準(zhǔn)的螺栓孔，所述方法包括以下步驟:
[0035](a)將具有所述擠壓環(huán)的高性能徑向緊固連接螺栓組件插入到一組對準(zhǔn)的螺栓孔中，其中，所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面可選地與所述部件中的第一部件的端面間隔小的距離(以及可選地與容納在所述第一部件的螺栓孔中的頭部凸緣或頭部螺母上的環(huán)形端部部分間隔小的距離)；
[0036](b)將張力載荷施加到所述桿的第二端部部分上，以將所述內(nèi)套筒軸向地拉到所述外套筒中；其中:
[0037](c)所述內(nèi)套筒上的外部錐形接合面與所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面之間的接合導(dǎo)致所述外套筒的圓柱形外表面沿直徑方向膨脹至與所述部件中的一組螺栓孔接合；以及
[0038](d)隨著張力載荷被進(jìn)一步增加至超過預(yù)設(shè)極限，所述擠壓環(huán)將被至少部分地?cái)D壓穿過所述驅(qū)動(dòng)活塞中的所述至少一個(gè)軸向開孔，以允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒(并且從而相對于所述部件)移動(dòng)，直到所述頭部凸緣或所述頭部螺母與所述部件的第一部件接合并且所需的張力載荷已被施加到所述桿上，從而將所述至少兩個(gè)部件固定到一起。
[0039]在第四方面，本發(fā)明在于一種將至少兩個(gè)部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一組的對準(zhǔn)的螺栓孔，所述方法包括以下步驟:
[0040](a)將具有所述壓縮環(huán)的高性能徑向緊固連接螺栓組件插入到一組對準(zhǔn)的螺栓孔中，其中，所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面可選地與所述部件中的第一部件的端面間隔小的距離(以及可選地與容納在所述第一部件的螺栓孔中的頭部凸緣或頭部螺母上的環(huán)形端部部分間隔小的距離)；
[0041](b)將張力載荷施加到所述桿的第二端部部分上，以將所述內(nèi)套筒軸向地拉到所述外套筒中；其中:
[0042](c)所述內(nèi)套筒上的外部錐形接合面與所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面之間的接合導(dǎo)致所述外套筒的圓柱形外表面沿直徑方向膨脹至與所述部件中的一組螺栓孔接合；以及
[0043](d)隨著張力載荷被進(jìn)一步增加至超過預(yù)設(shè)極限，所述壓縮環(huán)將允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒和所述外套筒并且至少相對于所述部件移動(dòng)。
[0044]優(yōu)選地，在步驟(b)期間，所述壓縮環(huán)將使所述內(nèi)套筒相對于所述外套筒移動(dòng)以使所述外套筒沿直徑方向膨脹，同時(shí)允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒移動(dòng)，并且從而允許所述張力載荷沿所述桿的整個(gè)長度被施加，以將所述至少兩個(gè)部件固定到一起。
[0045]優(yōu)選地，在步驟⑷之后，在另一步驟(e)中:在張緊設(shè)備從所述桿的第二端部部分釋放之前，張緊螺母與所述桿的第二端部部分上的螺紋接合并且沿其可旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)至與所述部件的第二部件張緊地接合。(在這一實(shí)施例中，所述張緊螺母在所述桿的第二端部部分與所述張緊設(shè)備之間的連接部的內(nèi)部被接納到所述桿的第二端部部分上。)
[0046]替代性地，在步驟(d)之后，在另一步驟(e)中:作為張緊設(shè)備操作并且接合所述部件中的第二部件的液壓螺母通過接合鎖定裝置以及釋放充油壓力(charge pressure)而被正常地操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]為了使本發(fā)明能夠被完全理解并且使技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖來描述一些優(yōu)選的實(shí)施例，在附圖中:
[0048]圖1為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的法蘭之間的連接組件的等軸側(cè)視圖，所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸采用了多個(gè)安裝到本發(fā)明的第一實(shí)施例的相應(yīng)連接螺栓上的液壓螺母；
[0049]圖2為連接組件的局部剖視的等軸側(cè)視圖；
[0050]圖3為連接組件的剖視側(cè)視圖，其中，具有處于將張力載荷施加到螺栓桿之前的第一實(shí)施例連接螺栓；以及
[0051]圖4為位于兩個(gè)機(jī)械部件之間的連接組件的剖視側(cè)視圖，其中，具有處于將張力載荷施加到螺栓桿的第二實(shí)施例連接螺栓。

【具體實(shí)施方式】
[0052]技術(shù)人員將明白，下文將描述的本發(fā)明的實(shí)施例被設(shè)計(jì)成用于螺栓桿上的剪切載荷極大的應(yīng)用場合。本發(fā)明的連接螺栓可被使用在驅(qū)動(dòng)連接或用于傳輸極大的旋轉(zhuǎn)載荷的其它裝置；但是還適合用于例如大型機(jī)械(例如，船舶用的液體或氣體燃料的發(fā)動(dòng)機(jī))的安裝螺栓、用于建筑物的支柱或橫梁或類似設(shè)施。
[0053]參考圖1至3，驅(qū)動(dòng)連接組件100將一對驅(qū)動(dòng)軸101、102的各自的法蘭7互相連接。
[0054]如將在下文更詳細(xì)地描述的，連接組件100包含多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的連接螺栓10，所述多個(gè)連接螺栓10以相等的角度間隔圍繞法蘭7設(shè)置，其中，連接螺栓10由各自的液壓螺母8張緊。
[0055]圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例，其中，每個(gè)高性能徑向緊固連接螺栓(或脹套螺栓)10設(shè)置有液壓螺母8，液壓螺母8例如采用由Technofast Industries Pty Ltd，2/677 Boundary Road，Richlands，Queensland，Australia，under the Registered TradeMark “TECHNOFAST”制造并銷售的類型。
[0056]連接螺栓10具有桿1，桿I具有居于螺紋的第一端部部分12和第二端部部分13之間的圓柱形中央部分11。
[0057]頭部螺母5與桿I的第一端部部分12螺紋地接合，并且頭部螺母5在其內(nèi)表面上具有環(huán)形端部部分51。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意，頭部螺母5上的環(huán)形端部部分51被容納在由兩個(gè)部件7中的第一部件的螺栓孔71和桿I限定的腔內(nèi)。
[0058]內(nèi)套筒3具有管狀筒體31，筒體31具有圓柱形孔32以便可在桿I的中央部分11上滑動(dòng)。在筒體31的鄰接桿I的第一端部部分12的端部處，外周凸緣33可滑動(dòng)地容納在第一部件7中的螺栓孔71中，并且外周凸緣33在其外端處具有環(huán)形抵接面34。
[0059]內(nèi)套筒3的筒體31具有外部錐形接合面35，其中，該面與桿I的縱向軸線所成的傾斜角在3°至5°的范圍內(nèi)。
[0060]外套筒2具有管狀筒體21，筒體21具有圓柱形外表面22，圓柱形外表面22在螺栓組件10被張緊之前與第一部件和第二部件的螺栓孔71、72具有0.3毫米至0.5毫米的工作間隙。外周凸緣23在筒體21鄰接第二端部部分13的端部處具有內(nèi)部環(huán)形抵接面24，內(nèi)部環(huán)形抵接面24可與第二部件7的抵接面接合，并且外套筒2的筒體21上的外部抵接面25可被液壓螺母8的外部部分81接合，液壓螺母8的內(nèi)部部分82與桿I的第二端部部分13螺紋地接合。
[0061]外套筒2的筒體21具有內(nèi)部錐形接合面26，內(nèi)部錐形接合面26以與內(nèi)套筒3的外部錐形接合面35相同的角度朝向桿I傾斜。
[0062]驅(qū)動(dòng)活塞6具有環(huán)形塞體61，該環(huán)形塞體具有多個(gè)延伸穿過其的等間隔軸向開孔62。環(huán)形塞體61螺紋地安裝在桿的鄰接中央部分11端部的第一端部部分12上。
[0063]具有管狀環(huán)體41的擠壓環(huán)(extrus1n ring) 4被置于內(nèi)套筒3上的環(huán)形抵接面34和驅(qū)動(dòng)活塞6的內(nèi)部環(huán)形抵接面63之間。環(huán)體41的內(nèi)孔與桿I的中央部分12可滑動(dòng)地接合；并且外表面與外套筒2的外表面22對齊。
[0064]螺栓組件10被組裝并插入到對準(zhǔn)的螺栓孔71和72中(如圖3所示)。
[0065]技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意，頭部螺母5的內(nèi)表面與第一部件7的抵接面間隔開并且內(nèi)套筒3上的外周凸緣33與外套筒的筒體21的鄰接(內(nèi)部)端間隔開。
[0066]隨著液壓螺母8被裝載，液壓螺母8的內(nèi)部部分82將沿箭頭A的方向移動(dòng)，從而導(dǎo)致頭部螺母5上的環(huán)形端部部分51與驅(qū)動(dòng)活塞6接合并且朝外套筒2推進(jìn)驅(qū)動(dòng)活塞6、擠壓環(huán)4和內(nèi)套筒3。內(nèi)套筒2的外部錐形接合面34與外套筒2的相應(yīng)的內(nèi)部錐形接合面26之間的滑動(dòng)接合，使得外套筒2在直徑方向上膨脹并與部件7中的所述對準(zhǔn)的螺栓孔71、72接合。
[0067]當(dāng)所需的張力載荷已由液壓螺母8施加到桿I上時(shí)，液壓螺母8可與受壓液壓流體源隔離，以將液壓螺母8鎖定在該張力載荷下。
[0068]在預(yù)設(shè)張力載荷下，擠壓環(huán)4的環(huán)體41的“可流動(dòng)”物質(zhì)將開始流動(dòng)穿過驅(qū)動(dòng)活塞6的塞體61中的軸向開孔62。這將限制內(nèi)套筒3和外套筒2之間的任何的更進(jìn)一步的相對運(yùn)動(dòng)；但是將允許驅(qū)動(dòng)活塞6和頭部螺母5繼續(xù)沿箭頭A的方向移動(dòng)，直到頭部螺母5的內(nèi)表面接合第一部件7的抵接面并且所需的張力載荷沿桿I的長度被施加。
[0069]如果兩個(gè)連接部件7待被分離開(例如，為了維護(hù))，液壓螺母8中的液壓被釋放，從而允許桿I沿與箭頭A相反的方向移動(dòng)，以解除螺栓組件10上的張力載荷。內(nèi)套筒3將趨于沿與箭頭A相反的方向移動(dòng)，并減小外套筒2上的沿直徑方向施加的力。頭部螺母5從桿I的第一端部部分12釋放，使得能夠沿箭頭A的方向按壓桿I的第一端部部分12，以從部件7釋放螺栓組件10。
[0070]在第二實(shí)施例中(未示出)，張緊(或尾部)螺母可被置于張緊設(shè)備(所述張緊設(shè)備連接到桿I的第二端部部分13上)和外套筒2之間。在這一實(shí)施例中，張緊設(shè)備將張力載荷施加到桿I上，導(dǎo)致內(nèi)套筒3沿桿I的中央部分11軸向地移動(dòng)，從而使外套筒2沿直徑方向膨脹(如上所述)。
[0071]當(dāng)所需的張力載荷已經(jīng)被施加時(shí)，旋轉(zhuǎn)張緊(或尾部)螺母使其沿與箭頭A的方向相反的方向順著第二端部部分13移動(dòng)，直到張緊(或尾部)螺母接合外套筒2的外部抵接面26來保持桿I上的張力載荷為止。張緊設(shè)備(例如，液壓千斤頂)隨后可被移除。
[0072]在這一實(shí)施例中，為了使兩個(gè)部件7能夠被分離開，張緊設(shè)備被再次連接到桿I的第二端部部分13上，并且張力載荷被施加到桿I上，以使張緊(或尾部)螺母能夠從其與外套筒2的接合處被可旋轉(zhuǎn)地釋放；以及張緊設(shè)備從桿I的第二端部部分13被釋放。頭部螺母5被從第一端部部分12釋放，以使螺栓組件10能夠被取出(如上所述)。
[0073]對技術(shù)人員來說是顯而易見的是，如上所述的連接螺栓10可在部件7的處于摩擦接合的相對表面之間提供相當(dāng)大的夾緊力并且能夠經(jīng)受并且甚至阻止與部件7的相對運(yùn)動(dòng)相反的極大的剪切力。
[0074]對擠壓環(huán)6、外套筒2和內(nèi)套筒3的材料和/或尺寸的選擇將取決于螺栓組件10的預(yù)期應(yīng)用。優(yōu)選地，外套筒2將具有金屬的或金屬合金的較薄的壁，以在內(nèi)套筒3隨著桿I被張緊而被迫進(jìn)入外套筒2中時(shí)使外套筒2能夠沿直徑方向膨脹。
[0075]用于制造擠壓環(huán)4的材料可從聚合物/塑性材料，或金屬/金屬合金，或類似物的廣泛范圍中選擇。如上所述，取決于擠壓環(huán)4的環(huán)體41開始“流動(dòng)”穿過驅(qū)動(dòng)活塞6的本體61中的軸向開孔62處的張力載荷的預(yù)設(shè)極限，材料的范圍可從尼龍、鉛、合金到青銅，從而允許桿I繼續(xù)相對于部件7移動(dòng)，直到所需的張力載荷被施加到桿I上，該載荷沿桿I均勾分布O
[0076]圖4示出了第二實(shí)施例的位于一對機(jī)械部件107 (具有以居間形式布置的間隔件S和墊片或密封件G)之間的連接組件，機(jī)械部件107采用本發(fā)明的第二實(shí)施例的連接螺栓IlOo
[0077]桿101、內(nèi)套筒102和外套筒103以及頭部螺母105大致與如上述所描述的相同，其中，附圖標(biāo)記Ixx對應(yīng)于圖1至3中的相同項(xiàng)目的附圖標(biāo)記XX。
[0078]第一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)活塞6被驅(qū)動(dòng)構(gòu)件106取代，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件106采用螺紋地接合在桿101上的鎖緊螺母的形式，其中，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件106的外表面161與頭部螺母105的環(huán)形端部部分151間隔開。
[0079]第一實(shí)施例的擠壓環(huán)4被壓縮環(huán)104取代，壓縮環(huán)104具有大致截頭錐形的形狀，(例如呈Belleville墊圈的形式)。
[0080]壓縮環(huán)104的發(fā)散(divergent)的內(nèi)表面141接合內(nèi)套筒103的端部上的抵接面，而壓縮環(huán)104的周緣外表面142接合驅(qū)動(dòng)構(gòu)件106的內(nèi)表面162。
[0081]隨著液壓張緊器108施加張力載荷，壓縮環(huán)104的發(fā)散的表面141接合內(nèi)套筒103，以使內(nèi)套筒103相對于外套筒102軸向地移動(dòng)，從而導(dǎo)致外套筒102沿直徑方向膨脹，同時(shí)允許桿101在內(nèi)套筒103內(nèi)移動(dòng)并且使桿101沿其完整長度被張緊。桿101還可推動(dòng)頭部螺母105使其與鄰接的部件107接合。這使得張力載荷能夠沿桿101的長度被均勻地施加。壓縮環(huán)104的發(fā)散的表面141可導(dǎo)致內(nèi)套筒103沿直徑方向膨脹，并使其與外套筒102接合。
[0082]當(dāng)張力載荷達(dá)到預(yù)設(shè)極限、外套筒102和內(nèi)套筒103完全接合時(shí)，壓縮環(huán)104將允許桿I相對于外套筒102和內(nèi)套筒103移動(dòng)并且進(jìn)而相對于兩個(gè)部件107移動(dòng)，從而確保螺栓110沿其整個(gè)長度被均勻張緊。
[0083]按照與圖1至3的第一實(shí)施例相同的方式，桿101上的張力載荷可由液壓千斤頂108保持；鎖緊螺母可被接合并且液壓千斤頂108可被移除；以及組件107可被分離開。
[0084]和擠壓環(huán)4不同，假如未超出壓縮環(huán)104的機(jī)械極限，壓縮環(huán)104可被重復(fù)使用。
[0085]雖然僅示出了作為壓縮環(huán)104的單個(gè)Belleville墊圈，但是也可設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)的這種Belleville墊圈(或類似物)，以便為螺栓桿1、101提供相對于“鎖定”套筒2、3和102、103的較大的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0086]在兩個(gè)實(shí)施例中，“預(yù)設(shè)極限”將對應(yīng)于使外套筒2、102被膨脹成與部件7、107接合所需的力；而不是其它的極限(例如，桿相對于部件或相對于外套筒的軸向運(yùn)動(dòng)的距離)。
[0087]技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明對于連接螺栓提供的有利之處包括但不限于:
[0088]a)本連接螺栓被更易于制造和/或操作并且更具成本效益；
[0089]b)本連接螺栓提供了能夠在單次動(dòng)作中實(shí)現(xiàn)套筒設(shè)置和螺栓張緊的“一次拉緊”(one pull)螺栓設(shè)計(jì)的螺栓；以及
[0090]c)當(dāng)張力被釋放時(shí)，可更容易地移除螺栓。
[0091]在不偏離本發(fā)明的情況下，可對所述和所示的實(shí)施例做出多種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能的徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件，用于將至少兩個(gè)部件固定到一起，所述組件包括: 桿，所述桿具有居于第一端部部分和第二端部部分之間的大致圓柱形的中央部分； 圍繞所述桿的中心部分的至少一個(gè)部段的相應(yīng)的內(nèi)套筒和外套筒，所述內(nèi)套筒和所述外套筒具有互補(bǔ)的相應(yīng)的外部錐形接合面和內(nèi)部錐形接合面；以及 介于所述內(nèi)套筒的第一端部和驅(qū)動(dòng)活塞之間的擠壓環(huán)，所述擠壓環(huán)位于所述桿的第一端部部分處或鄰接所述桿的第一端部部分，所述驅(qū)動(dòng)活塞具有至少一個(gè)對所述擠壓環(huán)敞開的軸向開孔； 所述高性能的徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件被布置為:隨著張力載荷被漸增地施加到所述桿的第二端部部分上，所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的相對軸向運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致所述外套筒沿直徑方向膨脹至與所述至少兩個(gè)部件接合，直到達(dá)到預(yù)設(shè)極限；在所述預(yù)設(shè)極限處，所述擠壓環(huán)將被至少部分地?cái)D壓穿過所述至少一個(gè)軸向開孔，從而允許所述桿移動(dòng)而不相對于所述至少兩個(gè)部件移置所述外套筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中: 所述第一端部部分形成有整體式頭部凸緣；或所述第一端部部分具有螺紋，以接納頭部螺母；所述頭部凸緣或所述頭部螺母與所述部件中的一個(gè)部件的端部上的抵接面接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中: 所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有環(huán)形的環(huán)狀部分，所述環(huán)狀部分延伸至由一個(gè)部件中的螺栓孔和所述桿的第一端部部分限定的第一環(huán)形腔中，以接合所述頭部構(gòu)件的外部環(huán)形表面，所述頭部構(gòu)件的內(nèi)表面接合所述內(nèi)套筒的第一端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述桿的第二端部部分具有螺紋或者被成型，以便被張緊設(shè)備可釋放地接合，其中，所述張緊設(shè)備或所述第二端部部分上的張緊螺母能夠與所述外套筒的外環(huán)形端面接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述外套筒具有:形成所述環(huán)形外表面的外周凸緣，以及接合所述部件中的第二部件的環(huán)形內(nèi)表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述內(nèi)套筒具有筒體，所述筒體具有用于在所述桿的中央部分上的可滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的圓柱形開孔；以及 可選地，所述筒體的第一端部處的外周凸緣被可滑動(dòng)地容納在所述部件中的第一部件中的螺栓孔內(nèi)并且在被所述擠壓環(huán)接合的一個(gè)端部處提供環(huán)形抵接面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述內(nèi)套筒的外部錐形接合面和所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面以與所述螺栓組件的縱向軸線成較小的角度的方式傾斜；其中，傾斜角可選地小于10° ;更可選地，小于7.5° ;最可選地在0.5° -5°的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述內(nèi)套筒和所述外套筒將由金屬或合金制成，其中，至少所述外套筒具有較薄的壁厚，使得所述外套筒能夠沿直徑方向充分地膨脹以填充所述外套筒和所述至少兩個(gè)部件中的對準(zhǔn)的螺栓孔組之間的工作間隙，并使得所述螺栓組件在張緊之前能夠被插入到其中，可選地，所述工作間隙不超過0.5毫米、更可選地不超過0.3毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 油脂、石墨或其它適合的潤滑劑在所述螺栓組件被組裝之前被施加到所述錐形接合面中的至少一個(gè)上，以在所述螺栓組件被張緊和釋放時(shí)促進(jìn)所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的相對的軸向運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述桿、所述驅(qū)動(dòng)活塞、以及所述頭部螺母和尾部螺母將由高強(qiáng)度鋼制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述外套筒具有筒體，所述筒體具有可滑動(dòng)地容納在所述部件中的第二部件的螺栓孔中的圓柱形外表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述驅(qū)動(dòng)活塞具有多個(gè)穿過所述驅(qū)動(dòng)活塞的等間隔的軸向開孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述擠壓環(huán)由“可流動(dòng)”材質(zhì)制成，例如:橡膠(天然的和/或合成的)；聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯或類似物；“軟”金屬，例如鉛、錫、鋁或其合金；“較硬”金屬，例如青銅；或其它適合的“可流動(dòng)”材料。
14.一種將至少兩個(gè)部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一組對準(zhǔn)的螺栓孔，所述方法包括以下步驟: (a)將根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的高性能徑向緊固連接螺栓組件插入到一組對準(zhǔn)的螺栓孔中，其中，所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面可選地與所述部件中的第一部件的端面間隔小的距離(以及可選地與容納在所述第一部件的螺栓孔中的頭部凸緣或頭部螺母上的環(huán)形端部部分間隔小的距離)； (b)將張力載荷施加到所述桿的第二端部部分上，以將所述內(nèi)套筒軸向地拉到所述外套筒中；其中: (c)所述內(nèi)套筒上的外部錐形接合面與所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面之間的接合導(dǎo)致所述外套筒的圓柱形外表面沿直徑方向膨脹至與所述部件中的一組螺栓孔接合；以及 (d)隨著張力載荷被進(jìn)一步增加至超過預(yù)設(shè)極限，所述擠壓環(huán)將被至少部分地?cái)D壓穿過所述驅(qū)動(dòng)活塞中的所述至少一個(gè)軸向開孔，以允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒(并且從而相對于所述部件)移動(dòng)，直到所述頭部凸緣或所述頭部螺母與所述部件的第一部件接合并且所需的張力載荷已被施加到所述桿上，從而將所述至少兩個(gè)部件固定到一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中: 在步驟(d)之后，在另一步驟(e)中:在張緊設(shè)備從所述桿的第二端部部分釋放之前，張緊螺母與所述桿的第二端部部分上的螺紋接合并且沿其可旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)至與所述部件的第二部件張緊地接合，所述張緊螺母在所述桿的第二端部部分與所述張緊設(shè)備之間的連接部的內(nèi)部被接納到所述桿的第二端部部分上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中: 在步驟(d)之后，在另一步驟(e)中:當(dāng)達(dá)到所述外套筒的所需的膨脹和/或所述桿內(nèi)的張力載荷時(shí)，使作為張緊設(shè)備運(yùn)行并且接合所述部件的第二部件的液壓螺母與液壓流體源隔離。
17.—種高性能的徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件，用于將至少兩個(gè)部件固定到一起，所述組件包括: 桿，所述桿具有居于第一端部部分和第二端部部分的之間的大致圓柱形的中央部分；圍繞所述桿的中心部分的至少一個(gè)部段的相應(yīng)的內(nèi)套筒和外套筒，所述內(nèi)套筒和所述外套筒具有互補(bǔ)的相應(yīng)的外部錐形接合面和內(nèi)部錐形接合面；以及 介于所述內(nèi)套筒的第一端部和驅(qū)動(dòng)構(gòu)件之間的壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)位于所述桿的第一端部部分處或鄰接所述桿的第一端部部分； 所述高性能的徑向緊固連接螺栓組件或高性能的脹套螺栓組件被布置為:隨著張力載荷被漸增地施加到所述桿的第二端部部分上，所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的相對軸向運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致所述外套筒沿直徑方向膨脹至與所述至少兩個(gè)部件接合，直到達(dá)到預(yù)設(shè)極限；在所述預(yù)設(shè)極限處，所述壓縮環(huán)將允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒和所述外套筒并且相對于所述至少兩個(gè)部件移動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，其中: 隨著所述張力載荷開始被施加到所述桿的第二端部上，所述壓縮環(huán)將使所述內(nèi)套筒相對于所述外套筒軸向地移動(dòng)以使所述外套筒沿直徑方向膨脹，同時(shí)允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒移動(dòng)并且從而允許所述張力載荷沿所述桿的整個(gè)長度被施加。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的組件，其中: 所述第一端部部分形成有整體式頭部凸緣；或所述第一端部部分設(shè)置有螺紋，以接納頭部螺母；所述頭部凸緣或所述頭部螺母與所述部件中的一個(gè)部件的端部上的抵接面接入口 ο
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組件，其中: 所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有環(huán)形的環(huán)狀部分，所述環(huán)狀部分延伸至由一個(gè)部件中的螺栓孔和所述桿的第一端部部分限定的第一環(huán)形腔中，以可選地接合所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的外部環(huán)形表面，所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)表面接合所述壓縮環(huán)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組件，其中: 所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件為螺紋地接合在所述桿上的螺母，其中，所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的外部環(huán)形表面與所述頭部凸緣或頭部螺母的環(huán)形的環(huán)狀部分間隔開，所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)表面接合膨脹環(huán)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述桿的第二端部部分具有螺紋或者被成型，以便被張緊設(shè)備可釋放地接合，其中，所述張緊設(shè)備或所述第二端部部分上的張緊螺母能夠與所述外套筒的外環(huán)形端面接合。
23.根據(jù)權(quán)利要求17-22中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述外套筒具有形成所述環(huán)形外表面的外周凸緣，以及接合所述部件中的第二部件的環(huán)形內(nèi)表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求17-23中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述內(nèi)套筒具有筒體，所述筒體具有用于在所述桿的中央部分上的可滑動(dòng)的圓柱形開孔；以及 可選地，所述筒體的第一端部處的外周凸緣被可滑動(dòng)地容納在所述部件中的第一部件中的螺栓孔內(nèi)并且在被所述壓縮環(huán)接合的一個(gè)端部處提供環(huán)形抵接面。
25.根據(jù)權(quán)利要求17-24中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述壓縮環(huán)為截頭錐形的彈簧墊圈或Belleville彈簧墊圈，其中，所述壓縮環(huán)具有接合所述內(nèi)套筒的一個(gè)端部的發(fā)散的內(nèi)表面以及接合所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)表面的外周緣表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求17-25中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述內(nèi)套筒的外部錐形接合面和所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面以與所述螺栓組件的縱向軸線成較小的角度的方式傾斜；其中，傾斜角可選地小于10° ;更可選地，小于7.5° ;最可選地在0.5° -5°的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求17-26中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述內(nèi)套筒和所述外套筒將由金屬或合金制成，其中，至少所述外套筒具有較薄的壁厚，使得所述外套筒能夠沿直徑方向充分地膨脹以填充所述外套筒和所述至少兩個(gè)部件中的對準(zhǔn)的螺栓孔組之間的工作間隙，并使得所述螺栓組件在張緊之前能夠被插入到其中，可選地，所述工作間隙不超過0.5毫米、更可選地不超過0.3毫米。
28.根據(jù)權(quán)利要求17-27中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 油脂、石墨或其它適合的潤滑劑在所述螺栓組件被組裝之前被施加到所述錐形接合面中的至少一個(gè)上，以在所述螺栓組件被張緊和釋放時(shí)促進(jìn)所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的相對的軸向運(yùn)動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求17-28中任一項(xiàng)所述的組件，其中: 所述桿、所述驅(qū)動(dòng)活塞、以及所述頭部螺母和尾部螺母將由高強(qiáng)度鋼制成；并且所述壓縮環(huán)由彈簧鋼制成。
30.根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，其中: 所述外套筒具有筒體，所述筒體具有可滑動(dòng)地容納在所述部件中的第二部件的螺栓孔中的圓柱形外表面。
31.—種將至少兩個(gè)部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一組對準(zhǔn)的螺栓孔，所述方法包括以下步驟: (a)將根據(jù)權(quán)利要求17-30中任一項(xiàng)所述的高性能徑向緊固連接螺栓組件插入到一組對準(zhǔn)的螺栓孔中，其中，所述頭部凸緣或所述頭部螺母具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面可選地與所述部件中的第一部件的端面間隔小的距離(以及可選地與容納在所述第一部件的螺栓孔中的頭部凸緣或頭部螺母上的環(huán)形端部部分間隔小的距離)； (b)將張力載荷施加到所述桿的第二端部部分上，以將所述內(nèi)套筒軸向地拉到所述外套筒中；其中: (c)所述內(nèi)套筒上的外部錐形接合面與所述外套筒的內(nèi)部錐形接合面之間的接合導(dǎo)致所述外套筒的圓柱形外表面沿直徑方向膨脹至與所述部件中的一組螺栓孔接合；以及 (d)隨著張力載荷被進(jìn)一步增加至超過預(yù)設(shè)極限，所述壓縮環(huán)將允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒和所述外套筒并且至少相對于所述部件移動(dòng)。 31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中: 在步驟(b)期間，所述壓縮環(huán)將使所述內(nèi)套筒相對于所述外套筒移動(dòng)以使所述外套筒沿直徑方向膨脹，同時(shí)允許所述桿相對于所述內(nèi)套筒移動(dòng)，并且從而允許所述張力載荷沿所述桿的整個(gè)長度被施加，以將所述至少兩個(gè)部件固定到一起。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中: 在步驟(d)之后，在另一步驟(e)中:在張緊設(shè)備從所述桿的第二端部部分釋放之前，張緊螺母與所述桿的第二端部部分上的螺紋接合并且沿其可旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)至與所述部件的第二部件張緊地接合，所述張緊螺母在所述桿的第二端部部分與所述張緊設(shè)備之間的連接部的內(nèi)部被接納到所述桿的第二端部部分上。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中: 在步驟(d)之后，在另一步驟(e)中:當(dāng)達(dá)到所述外套筒的所需的膨脹和/或所述桿內(nèi)的張力時(shí)，使作為張緊設(shè)備運(yùn)行并且接合所述部件的第二部件的液壓螺母與液壓流體源隔離。
【文檔編號】F16B7/04GK104471256SQ201380023190
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月6日
【發(fā)明者】J·W·巴克內(nèi)爾 申請人:泰克努法斯特工業(yè)有限公司