CN101487489B - 使用劈开的螺纹紧固件加预应力的装置 - Google Patents

使用劈开的螺纹紧固件加预应力的装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及的是使用劈开的螺纹紧固件加预应力的装置，其中紧固件包括沿着与纵向中心轴线相交的平面对半分开的带螺纹的圆环。端壁之一是与位于在应力生成器的圆环上形成的截头锥形推力面上的截头锥形承载表面一起形成的。承载表面和推力生成表面是为呈现截头锥形表面的共轭对提供由加到分布在从外面围绕圆筒形应力生成器主体区段周围的调整螺栓上的扭矩发展的力的有利分解而安排的。

Description

使用劈开的螺纹紧固件加预应力的装置
背景技术
本发明涉及用来将机器的大组合部件结合在一起的螺纹紧固件，更具体地说，涉及用于组装到轴的外螺纹上的这种紧固件的多块构造和使用应力生成器(优选调整螺栓)将预先加应力的力强加于该螺纹连接而不需要把扭矩加到该螺纹连接上。
重型锻压机被用于，举例来说，金属加工工业中，通过在高温条件下锻(压)钢模之间的钢工件塑造和精炼金属铸件(通常是钢工件)的金相颗粒结构。这种类型的锻压机通常是在钢模之间发展5000吨以上的压力必不可少的而且是由庞大部件组成的，本质上包括安装在静止的上十字头上的活塞缸的液压驱动的活塞。一对或两对有时叫做钢柱的连杆将该上十字头与大底座互相连接和锚定。这些部件被设计成非常耐用并因此通常非常大，以便维持锻造操作发展的力。液压驱动的活塞是为移动携带抵住热钢工件的上锻造钢模的十字头而工作的。工件在用于锻造操作的活塞的冲程之间被操纵进入战略位置，停留在位于有钢柱附着在其上的大固定底座上的静止钢模上。在用于锻造操作的活塞的每个冲程之后，其它液压操作的活塞和活塞缸组件将该活塞、十字头和上锻造钢模举起。
钢柱被成对地用来将静止的上十字头系于大固定底座之上并且必须耐得住在钢模之间发展的压力。钢柱有从十字头和底座凸出的螺纹端接受螺母构件。每个螺母构件具有螺纹孔，通常，直径大约在1英尺和3英尺之间，而且扭矩必须适用于给螺纹连接该加预应力防止配对螺纹之间的冲击载荷。预应力的大小应该超过加工力，包括锻造操作期间发生的冲击载荷，以便防止永久变形，尤其是在螺母在钢柱螺纹端上的配对螺纹之间出现间隙的情况下。钢柱和紧固件螺母上的螺纹有这样的实际比例，以致为了完成锻压机的修护操作必不可少的解体和重新组装，机械化搬运设备对于紧固件螺母的移动和安装是必不可少的。在超过每个螺母伸出的钢柱的暴露螺纹上的浮尘颗粒形成的硬壳能在使配对螺纹松开的时候引起楔住或挤碎的情况。在修护现有的锻压机时出现的另一个问题是螺母上的螺纹和钢柱上的螺纹在初始负载转移区域位置的变形，这是特别麻烦的，因为螺母螺纹的变形破坏螺距，以致螺母在拆卸过程中无法穿越整个螺纹。这些情况时常被称为螺母锁死和磨损的情况。即使在新的压机柱上安装螺母的时候，出现金属碎片(例如，碎屑)或不规范的螺纹乃至标准的操作程序也能导致磨损发生。螺母的重量和配对螺纹之间的大的接触面积能足以引起磨损。另外，当现有的螺母构件因为损坏不能被重新安装的时候，制造时允许在钢柱螺纹范围内的螺纹公差有时从30、50或更多年的历史上看与现代标准公差相比是非常不精密的，因此，螺纹配对困难发生在安装新制造的替换螺母构件之时。相似的问题是在用于金属加工工业和其他工业的其他重型设备的构造和维护中遇到的，在这种情况下，量值非常大的力要求使用有如此大的实际尺寸和重量以致需要机械化搬运设备来安装和拆除的螺纹紧固螺母构件。
因此，本发明的目标是提供一种紧固件，该紧固件容易组装到与用于重型机械(尤其是锻压机)的那些相似的大的带螺纹的柱、棒之上并且拉紧它们，但就该紧固件的安装(包括给配对螺纹加预应力)和拆除而言不需要重型机械化设备。
本发明的另一个目标是提供一种在原始的手持工具的帮助下在安装操作中有用的紧固件构造，该紧固件构造能消除已知的在使用大的重型紧固件来耐受大的力时发生的螺母锁死和磨损现象。
发明内容
依照本发明，提供一种把螺纹连杆固定到机器部件上的紧固件，该紧固件包括沿着与统一地与在方向相反的端壁之间的内螺纹隔开的纵向中心轴线相交的平面对半分开的圆环(其中端壁之一有不用横越内螺纹与中心轴线相交的投影顶点限定的截头锥形承载表面)、用来将沿着与纵向中心轴线相切的延伸轴线对半分开的圆环的对分零件夹紧的螺栓和有包含为呈现截头锥形表面与截头锥形承载表面的共轭对而安排的截头锥形推力面的端壁的空心圆筒的组合，该截头锥形推力面被包含有效地产生与空心圆筒的纵向中心轴线平行的预应力的应力生成器的圆筒形应力生成器主体段从外面包围着，借此截头锥形表面的共轭对将应力生成器产生的平行于纵向中心轴线的力向机器部件分解，以便提供当连杆上的螺纹在圆环中时将内螺纹推向连杆上的配对螺纹的沿着半径向内指向纵向中心轴线的分力和提供对连杆施加张力的方向平行于纵向中心轴线的另一个分力。
附图说明
当参照附图阅读下面的描述的时候，本发明将被更全面的理解，其中：
图1是在金属加工工业中用来锻造高温工件的并且适合使用本发明的紧固件的那种类型的锻压机的示意图；
图2是沿着图1中的线II-II截取的放大截面图；
图3是图2的平面图；
图4是沿着图3的线III-III截取的截面图；
图5是本发明的紧固件的填隙垫片成形部份的平面图；
图6是图5所示的填隙垫片的端视图；
图7是沿着图2中的线X-X截取的对分环扇形体之一的正视图；
图8是图7所示的对分环扇形体的平面图；
图9是沿着图3中的线VII-VII截取的第二对分环扇形体的正视图；
图10是图9所示的对分环扇形体的平面图；
图11是用来给形成本发明的紧固件的螺纹加预应力的带螺纹的调整螺栓的例证；而
图12是举例说明在使用本发明的紧固件时发生的力的分解的力图。
具体实施方式
图1举例说明重型大容量锻压机10的主要零部件，该锻压机是体现本发明的特征的紧固件的适当应用的典型范例。该锻压机包括基础支撑底座12，在该底座上安装固定的下钢模14和被隔开的钢柱16和18，该钢柱有时被称为连杆，有穿过该底座上的孔凸出并且借助紧固件20固定到其上的带螺纹的螺纹端部分。活塞缸和活塞组件24被固定在十字头22和被液压系统(未展示)有效地驱动的活动十字头28之间，以便当热的钢工件停留在固定的下钢模14上的时候驱动上钢模26抵住该热钢工件用足够的力对该工件的金属进行高温作业。连杆16和18的直立自由端也有螺纹端部分，该部分穿过十字头22的孔口凸出并且被紧固件20的固定到该十字头上。如图2所示，钢柱16和18的每个末端都有肩台19，穿过十字头22或底座12上的孔口凸出的小直径部分21和螺纹端部分23就是从该肩台延伸出来的。每个螺纹端部分23都被紧固件20固定。
在钢柱的每个末端部分上的紧固件20都有同一的构造，而该紧固件的构造细节构造依照本发明的优选实施方案是在图2-7中举例说明的。该紧固件包括沿着与统一地与以相反指向的端壁40和42为终点的内螺纹36隔开的纵向中心轴线34相交的平面32对半分开的圆环30。端壁42提供用不穿越内螺纹36与中心轴线34相交的投影顶点44限定的截头锥形承载表面。用来将圆环30对半分开的金属加工工艺通常将在切割线部位引起金属损失，并因此形成大约半个环的扇形体31A和31B。因此，大约半个环的扇形体31A和31B是与面对包含沿着它将圆环对半分开的切割线的平面32的相对的螺母主体壁面32A一起形成的。
图5和6所示，填隙垫片46是与平壁面46A一起制作的而且用参考符号46B指定的厚度是为补偿作为用来将圆环30对半分开的金属加工工艺的结果损失的金属厚度而选定的。孔46C是按隔开的间隔在填隙垫片46上钻出来的，其中需要两个填隙垫片，在相对的螺母主体壁面32A之间需要一个。如图3、7和8所示，被隔开的通孔45是在圆环30的半环扇形体31A的侧壁中沿着被安排成与纵向中心轴线34相切的隔开的轴线33A钻出来的。每个进入半环主体的切线入口部位都被沉头孔45A扩大，以适应用来将圆环的对分零件连同沿着分割线延伸的填隙垫片46一起夹紧的螺栓48的大头部部分。如图3、9和10所示，同样被安排成与纵向中心轴线34相切的隔开的轴线33A被用来在圆环30的半环扇形体31B的侧壁中钻隔开的盲孔47。那些盲孔是有螺纹的，以便接受螺栓48的螺纹部分。
回到图3，每个螺栓48都优选采用包括用杆48B与头部部分48C结合的螺纹端部分48A的螺栓形式。众多调整螺栓48D分布在螺栓圆周附近被隔开，而且每个调整螺栓都包括与在头部部分48C中形成的内螺纹啮合的螺纹段。每个调整螺栓的头部都能借助适当的扳钳或其他用来给该调整螺栓施加扭矩并借此用足以重建在对半分割制造工艺发生之前的圆环30的结构完整性的力有弹性地拉紧螺栓48的装置来啮合。本发明的重要特征允许将圆环30安置在锻压机钢柱或相似的机器部件的螺纹上，不需要旋转该圆环。夹紧压力可能是为了与轴上的螺纹建立螺纹连接而施加的，即使该螺纹被磨损或相反被拉伸超过该材料的弹性极限，受外来物质包壳污染，或为增加其有效长度沿着钢柱的螺纹被重新定位，下面将予以详细解释。
空心圆筒50有圆筒形的内壁，其直径充份地扩大以允许与在相关联的钢柱16或18的末端部分上的螺纹形成统一的间隔。这种统一的间隔关系造成空心圆筒的纵向中心轴线和轴线34之间的同轴关系。横向平面端壁52面对在相关联的连杆的螺纹端的位置与底座12或十字头22承载接触的垫圈54。平面端壁52与包含为呈现截头锥形表面与截头锥形承载表面42的共轭对而安排的截头锥形推力面58的端壁56相对。该截头锥形推力面58被圆筒形的包含众多钻制孔62(每个孔都包括螺纹段64)的主体段60从外面包围着。在用附图举例说明的本发明的优选实施方案中，负载转移是沿着螺纹部分64发生的，该螺纹部分限定终止于平面端壁52的有调整螺栓62的螺纹通过螺纹与位于隔开的位置的孔啮合的应力生成器。在附图中展示的本发明的实施方案利用散布在两个螺栓圆周附近的调整螺栓62来发展给钢柱和对分紧固件30之间的螺纹连接加预应力所需要的力的大小。每调整螺栓62都是这样安排的，以致调整螺栓的纵向中心轴线62A与穿过空心圆筒50伸出的纵向中心轴线34隔开并且与它平行地延伸。如图11所示，螺纹端部分62B是与以用来接受扭矩的六角形头部部分62D为终点的杆部分62C成一整体。杆部分62C的长度是为确保六角形头部部分62D将从主体段60向外伸出而且每个调整螺栓的螺纹部分足以总是维持充份的与能变硬的垫圈54的承载接触以便更好地经受住施加给调整螺栓的扭矩发展的夹紧力。调整螺栓能体现以螺纹在螺栓头部和柱销杆与加长的圆筒形侧壁之间的位置为特色的柱销螺栓的构造。
图12举例说明力图，其中施加给整螺栓62的扭矩所产生的力是用方向平行于纵向中心轴线34的箭头100标识的。截头锥形表面42和58的共轭对在金属对金属的接触中沿着箭头102指出的方向转移力，而在对半分开的紧固件30和钢柱的螺纹端部分之间的螺纹连接是为将箭头102指出的力分解成两个分力，一个分力是用箭头104举例说明的，另一个分力是用箭头106标识的。分力104是沿着半径向内指向纵向中心轴线用来将内螺纹推向连杆上的配对螺纹的分力。另一个分力106将平行于纵向中心轴线34定向，把张力施加给该连杆。这种力的分解是借助施加给调整螺栓62的扭矩顺利地产生的，借助施加给调整螺栓的扭矩不需要给将紧固件30和钢柱16、18相互连接的螺纹加扭矩就能提供沿着半径向内指向纵向中心轴线的分力。
这种有利的力分解是在投影顶点44截头锥形支承表面42、58和中心轴线34之间的夹角β的结果。该夹角β在70-80度的范围内，优选在76-79度的范围内。这种有利的力分解被在横跨截头锥形表面42和58的共轭对的金属对金属的接触所形成的比较大的表面区域上的力转移进一步增强。
截头锥形推力面58和平面端壁52之间的距离能被慎重地选定，以便如同先前解释过的那样确定环30的预期位置和钢柱在两端紧固件之间的长度。使用调整螺栓产生箭头100标识的力能用其它的结构完成，例如，液压操作的张紧器，该张紧器本身是技术上已知的并且被整合在圆筒形的应力生成器主体区段之中提供有效地产生与空心圆筒50的纵向中心轴线平行的预应力的应力。
虽然已经结合各种图的优选实施方案描述了本发明，但是人们将理解其他相似的实施方案可能被采用，或者为了实现本发明的同一功能可能在不背离本发明的情况下对描述过的实施方案进行修改和补充。所以，本发明不应该局限于任何单一的实施方案，而是应该在宽度和范围方面依照权利要求书的叙述予以解释。

Claims (16)

1.一种将螺纹连杆(16、18)固定到机器部件(12、22)上的紧固件(20)，所述紧固件(20)包括下列零部件的组合：
沿着与统一地与方向相反的端壁(40、42)之间的内螺纹(36)隔开的纵向中心轴线(34)相交的平面(32)对半分开的圆环(30)，所述端壁之一(42)具有不用横越所述内螺纹(36)与所述中心轴线(34)相交的投影顶点(44)限定的截头锥形承载表面；
用来将沿着与所述纵向中心轴线垂直延伸的轴线(33A)对半分开的所述圆环(30)的对分零件(31A、31B)夹紧的螺栓(48)；以及
有包含为呈现截头锥形表面与所述的截头锥形承载表面的共轭对而安排的截头锥形推力面(58)的端壁(56)的空心圆筒(50)，所述的截头锥形推力面(58)被包含应力生成器的圆筒形应力生成器主体区段(60)从外面包围，该应力生成器有效地产生与所述空心圆筒(50)的所述纵向中心轴线(34)平行地提供的预应力，借此所述截头锥形表面的共轭对将平行于所述纵向中心轴线(34)的由所述的应力生成器产生的力向机器部件(12、22)分解，以便提供当所述内螺纹(36)在所述圆环(30)中的时候将所述内螺纹(36)向连杆(16、18)上的配对螺纹推进的沿半径向内朝向所述纵向中心轴线的分力(104)和提供平行于所述纵向中心轴线(34)定向的对所述连杆(16、18)施加张力的另一个分力(106)。
2.根据权利要求1的紧固件(20)，进一步包括用在所述圆环(30)的所述对分零件(31A、31B)所形成的面对面表面(32A)之间的所述螺栓(48)夹紧的薄垫片(46)。
3.根据权利要求1的紧固件(20)，其中所述应力生成器包括众多按隔开的位置靠螺纹与所述空心圆筒(50)上的孔啮合的调整螺栓(62)。
4.根据权利要求3的紧固件(20)，其中所述的调整螺栓(42)每个都包括从所述圆环(30)伸出与所述机器部件(12、22)一起进入力传输关系的螺纹端(42B)。
5.根据权利要求4的紧固件(20)，进一步包括在所述的每个调整螺栓(62)和所述的机器部件(12、22)之间用来在其间转移力的垫圈(54)。
6.根据权利要求1的紧固件(20)，其中所述的螺栓(48)包括众多螺栓组件，该螺栓组件有平行的纵向中心轴(33A)位于与所述纵向中心轴线(34)平行延伸的平面中。
7.根据权利要求1的紧固件(20)，其中所述的圆环的对分零件(31A、31B)有相对的螺母主体壁面(32A)面对所述的沿着它将所述圆环(30)对半分开的平面，所述螺母主体壁面(32A)被所述螺栓(48)穿过。
8.根据权利要求7的紧固件(20)，其中所述螺栓(48)每个都包括从穿过所述的被对半分开的圆环(30)的所述对分零件(31A、31B)之一(31A)的孔(45)伸出并且被锚固在所述的被对半分开的圆环的所述对分零件(31A、31B)之中的另一个(31B)上的加长杆部分(48B)、所述应力生成器对所述的对分零件(31A、31B)之一(31A)施加压缩力的应力，并且具有众多在其外周缘部分附近按隔开的位置分布在所述的对分零件(31A、31B)之一(31A)上的孔和众多与所述的孔啮合个别地接受扭矩的带螺纹的调整螺栓(62)，调整螺栓(62)有从所述的孔伸出的末端部分(62B)，该末端部分(62B)通过给所述的调整螺栓(62)施加扭矩给在所述对分零件(31A、31B)之中的一个(31A)和所述的应力生成器之间的所述对分零件之中的另一个(31B)加应力。
9.根据权利要求1的紧固件(20)，其中所述的螺栓(48)包括众多有平行的纵轴在与所述的纵向中心轴线(34)平行延伸的平面中的螺栓组件，而且所述的众多螺栓组件每个都包括从穿过所述的被对半分开的圆环(30)的所述对分零件(31A、31B)之一(31A)的孔(45)伸出并且被锚固在所述的被对半分开的圆环(30)的所述对分零件(31A、31B)之中的另一个(31B)上的加长杆部分(48B)、所述的应力生成器对所述的对分零件(31A、31B)之一(31A)施加压缩力的应力，并且具有众多在其外周缘部分附近按隔开的位置分布在所述的对分零件(31A、31B)之一(31A)上的孔和众多与所述的孔啮合个别地接受扭矩的带螺纹的调整螺栓(62)，调整螺栓(62)有从所述的孔伸出的末端部分(62B)，该末端部分(62B)通过给所述的调整螺栓(62)施加扭矩给在所述对分零件(31A、31B)之中的一个(31A)和所述的应力生成器之间的所述对分零件(31A、31B)之中的另一个(31B)加应力。
10.根据权利要求1的紧固件(20)，其中所述的另一个分力(106)是通过以范围在70-80度之内的夹角给所述的调整螺栓(62)加扭矩沿半径向内指向所述纵向中心轴线(34)的。
11.根据权利要求10的紧固件，其中所述夹角在76-79度的范围之内。
12.一种将螺纹连杆(16、18)固定到机器部件(12、22)上的紧固件(20)，所述紧固件(20)包括下列零部件的组合：
沿着与统一地与方向相反的端壁(40、42)之间的内螺纹(36)隔开的纵向中心轴线(34)相交的平面(32)对半分开的圆环(30)，所述端壁之一(42)具有与所述纵向中心轴线(34)相交的投影顶点(44)限定的截头锥形承载表面；
所述的圆环(30)包括对分零件(31A、31B)；
用来将沿着与所述纵向中心轴线(34)垂直延伸的轴线(33A)的所述圆环(30)的对分零件(31A、31B)夹紧的螺栓(48)；以及
空心圆筒(50)，其具有与所述圆环(30)的所述纵向中心轴线(34)对齐的纵向中心轴线，且具有包含为呈现截头锥形表面与所述圆环的所述截头锥形承载表面的共轭对而安排的截头锥形推力面(58)的端壁(56)，所述空心圆筒(50)的所述的截头锥形推力面(58)被包含应力生成器的圆筒形应力生成器主体区段(60)从外面包围，该应力生成器是可操作地产生与所述空心圆筒(50)的所述纵向中心轴线(34)平行地提供的预应力，借此所述截头锥形表面的共轭对将平行于所述纵向中心轴线(34)的由所述的应力生成器产生的力向机器部件分解，以便提供当所述内螺纹(36)在所述圆环(30)中的时候将所述内螺纹(36)向连杆(16、18)上的配对螺纹推进的沿半径向内朝向所述纵向中心轴线的第一分力(104)和提供平行于所述纵向中心轴线(34)定向的对所述连杆(16、18)施加张力的第二分力(106)；
其中沿半径向内朝向所述纵向中心轴线(34)的第一分力(104)是提供70-80度范围内的夹角的结果，所述的夹角形成在所述的截头锥形面的共轭对和所述空心圆筒的纵向中心轴线之间。
13.根据权利要求12的紧固件(20)，其中所述应力生成器包括众多按隔开的位置靠螺纹与所述空心圆筒(50)上的孔啮合的调整螺栓(62)。
14.根据权利要求13的紧固件(20)，其中所述的调整螺栓(62)每个都包括从所述圆环(30)伸出与所述机器部件(12、22)一起进入力传输关系的螺纹端(62B)。
15.根据权利要求14的紧固件(20)，进一步包括在所述的每个调整螺栓(62)和所述的机器部件(12、22)之间用来在其间转移力的垫圈(54)。
16.根据权利要求12的紧固件(20)，其中所述的螺栓(48)包括众多螺栓组件，该螺栓组件具有平行的纵向中心轴，位于与所述圆环(30)切向延伸的平面中。
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