CN101573541B - 连接销及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种连接销(10)，包括托架元件(12)和可在该托架元件上纵向滑动的滑动元件(14)。该托架元件和该滑动元件在纵向相互倾斜，并彼此贴合在一起形成一体的销。可以将该销插入一孔，使得该托架元件先放置于此，随后向滑动元件施加力使其相对该托架元件纵向地滑动，到达承载位置。

Description

连接销及其使用方法

技术领域

本发明涉及连接销，更特别地，涉及销及其使用方法，该方法具有适合于将两个或多个物体例如房屋构造机械紧固在一起的操作模式，具有较高的抗剪强度和抗弯强度。

背景技术

连接销是设计成连接两个或多个元件并承受由其连接导致的剪切负荷的部件，其包括本体部分(通常是，但不限于圆柱形)并用于将销固定在其装配位置由此防止无意识的移动。这种部件例如是延伸穿过邻近其容纳端的销本体的止动销(扁销键)、扣环、连接螺栓的螺母等等。

在本说明书中所讨论的销包括大体上为多边形或圆柱形的本体部分。该本体部分的截面的尺寸与将要把销插入的孔相匹配。例如，该截面为圆形，在这种情况下本体通常为圆柱形。因此本说明书特别地涉及一种销，其具有多边形或圆柱形本体部分，该本体部分具有标称直径；具有比所述标称直径大的第一直径的基座部分；以及在末端具有比标称直径小的第二直径的锥形头部。

可以理解，具有类似于如上所述的设计且具有合适尺寸的销可以用于紧固小的物体，例如办公订书器的元件，或者如果销的材料类型和结构适合于承受将要对销施加的期望的力，可以用于紧固更大的物体，如房屋构造机械。

一种使用销将物体紧固在一起的房屋构造机械的实例是塔式起重机。为了承受较大的剪切应力，例如由重型机械产生的剪切应力，因此所用的销通常由不具有孔隙的单个脱氧钢元件构成，这可能减小销的剪切应力/承载能力。然而，应该注意，根据销的成本和承载要求，构成销的材料是常规的设计选择。

美国专利US5,000,610公开了一种具有前端的止动销，在具有对准的孔的分隔板或壁之间布置有锁紧端。该止动销的锁紧端具有在止动销的纵向表面上形成的锁紧按钮和与该锁紧按钮隔开第一板厚度的肩部。将该止动销的前端插入第一孔，并进入第二孔。作用在止动销上的附加轴向力通过将锁紧端旋转到第一孔的松弛部分(relieved portions)同时止动销的前端抵抗旋转而使锁紧按钮穿过第一孔。在止动销穿过第一板后，该销矫直并通过第一板的相对侧上的止动按钮和肩部锁紧。美国专利US3511388公开了另一种类型的锁紧机构，其中销具有插入基座部分和其锥形头部的扁销键。该插入的扁销键用于增大其与销相连接部分的直径，由此使销在其被插入的孔中的运动停止。

英国专利GB1,093,679公开了(参见附图1)一种塔式起重机，特别地其包括垂直柱部件1(当装配时其形成立柱或塔)、基座、起重臂(工作臂-在塔顶部用于提升负荷的水平部)、机械臂(用于平衡起重臂的荷重水平部)、摆动单元(齿轮和马达)、以及其中坐有操作员的操作室(未示出)。塔式起重机设计成对于不同高度的房屋构造在不同的高度进行装配并且为了输送可以将其分解。塔式起重机的高度可以通过在立柱上增加选定数量的垂直柱部件进行调节。塔式起重机的高度还会直接增大销或垂直柱部件的连接元件所承受的力。

欧洲专利EP0720961给出了用于塔式起重机的垂直柱部件的连接元件被设计成承受的重量类型的实例附图。作用在连接元件上的巨大的剪切应力例如是由“超过2268kg”的重物导致的，其可能是被紧固的元件之一。应该注意，还可以将附加的塔式起重机元件堆叠在被紧固的垂直柱部件的顶部上。

考虑到在上述实例中塔式起重机的垂直柱部件所承受的剪切应力较大，应该理解用于连接两个或多个构造机器元件的销，如用于连接塔式起重机、高架起重机、桥式起重机、飞机和其他工程设备中的元件的销可能极其难以从其所连接的元件中取出。

然而，从孔中插入和取出销的困难附加地或者可替换地取决于其内配合有销的孔的公差。对于一些设计目的可能需要紧配合。在这种情况下用于连接两个或多个相对小的物体的元件且不承受大负荷(如办公订书器)的销可能很难插入或拔出与其紧配合的孔。可替换地，与具有特定截面的销不必成为紧配合的孔可能会由于其上的负荷、腐蚀、反复地取出和插入销等等而导致变形，由此使孔扩大或具有不对称的形状。至少对于适于承受高剪切力的一类的工业元件来说，已经知道通过重焊孔可以校正孔的这种形状变形。

发明内容

根据本发明提供一种销，包括在纵向相互倾斜并在装配位置、承载位置以及轴向移动的插入/缩回位置之间移动的托架元件和滑动元件。

因此本发明需要一种连接销，其包括托架元件和可在该托架元件上纵向滑动的滑动元件，所述托架元件和滑动元件在纵向相互倾斜，并彼此贴合在一起形成一体的销。

托架元件和滑动元件都可以由任何合适的材料如钢或塑料制成，这取决于期望的剪切力和销的特定用途。

可以在托架元件和滑动元件上施加涂层，例如在配合平面上施加涂层，以便减小它们之间的摩擦等等。

托架元件和滑动元件可以一起形成引导头部、承载本体部和后支架部。承载本体部用于承受高的剪切力。

该布置得使得承载本体部在装配好的承载位置限定连接销的标称截面尺寸，该尺寸与要将销插入于其中的孔的截面尺寸相配合。在轴向移动位置，也就是插入/缩回位置，要插入孔的销的每一部分的截面尺寸比孔的截面尺寸小。因此，当销处于其轴向移动位置时基本上可以容易地将其插入孔中和从孔中取出，而不管其尺寸是否与该孔相配合。在将销插入孔中到其轴向移动位置后，使得托架元件的承载本体部插入到孔中，通过沿托架元件的倾斜平面滑动滑动元件使得滑动元件插入或者部分插入到轴向移动位置并进一步移动到孔中，可以使销处于其承载位置。由于托架元件和滑动元件的倾斜平面，滑动元件的上述运动会有效地放大或扩大孔内销的承载本体部的截面尺寸，下文将描述该“扩张效应”。

因此承载部在承载位置的截面尺寸比本体部在轴向移动的插入/缩回位置的截面尺寸大。

根据本发明的连接销包括在齐平的配合面上相对一不同心的轴线在纵向相互倾斜的托架元件和滑动元件，该滑动元件可在装配位置、承载位置以及轴向移动的插入/缩回位置之间滑动地布置在该托架元件上。

根据本发明的连接销用于连接具有同心孔的两个元件，其包括托架元件和可在该托架元件上纵向滑动的滑动元件，两个元件在纵向相互倾斜并具有承载本体部。该销用于在插入/缩回位置和承载位置之间移动。该插入/缩回位置包括托架元件和滑动元件轴向移动的位置，承载本体部在沿着销的每个纵向平面的组合截面尺寸比同心孔的最小直径更小。该承载位置包括托架元件和滑动元件大体上彼此重叠的位置，承载本体部在沿着销的每个纵向平面的组合截面尺寸等于或大于同心孔的最小直径。

已经发现，通过使用扩张效应将销插入孔中可以容易地插入和取出销，即使在较差条件的情况下，如大的负荷和剪切力、灰尘、铁锈、弯曲、标称本体部上尺寸较紧的孔等等。

由于销在需要在孔中紧配合插入和取出的应用中很有用，因此销也可以形成有可伸长的托架元件，用于允许其仅在远端与一个元件连接。在这种情况下，销可以用作轴或驱动轴或车辆车轴。在托架元件是可伸长的托架元件的情况下，销可以在其两端包括滑动元件。

视需要地，销的外部具有一个或多个平面部，用于减小装配销的标称径向尺寸，以便通过减小接触面积并由此减小其间的摩擦力，容易地将销插入孔中/从孔中取出销。该一个或多个平面部可以布置在与托架元件和滑动元件之间的相交部相邻的销的外部上。该相交部的形式为在两个元件之间形成的轴向边缘。

销的托架元件和滑动元件的倾斜角度处于一定的范围内，该范围使得容易插入要被紧固的物体中，正如将在下文所要描述的。

滑动运动可以通过在托架元件或滑动元件上的至少一个第一导向元件来引导。该至少一个第一导向元件用于将滑动元件固定在托架元件上和/或使滑动元件相对托架元件停止运动。该至少一个第一导向元件的形状类似于环，或者其形状可以是一部分环，也可以用作后支架部。

滑动元件的动态特征可以进一步便于增加锁紧机构，用于将托架元件和滑动元件固定在一起。该锁紧机构可以在多种模式中固定销和/或用于使滑动元件相对托架元件的运动停止和/或促进滑动元件相对托架元件的运动。该锁紧机构的形式为键元件，包括至少一个用于将托架元件和滑动元件固定在一起的螺栓。该至少一个螺栓通过插入在滑动元件中形成的孔或槽以及插入在托架元件中形成的孔来固定托架元件和滑动元件。托架元件和滑动元件中的孔或槽可以同轴径向地或轴向地形成。该至少一个螺栓包括啮合装置。该啮合装置的形式为螺栓上的外螺纹，托架元件形成有相对应的内螺纹以便促进两个元件的固定啮合。这种情况下，也可以使用螺纹来使滑动元件相对托架元件运动。可替换地或者附加地，锁紧机构可以在外部与销连接。在这种情况下托架元件和/或滑动元件包括相对应的外部啮合装置，用于安装于其上的锁紧机构。例如，外部锁紧机构的形式可以是至少一个具有内螺纹的环，外部啮合装置可以是在其上要安装环的一部分销上的外螺纹。也可以枢转地将该锁紧机构安装在托架元件或滑动元件上。

因而锁紧机构提供了一种以不同的操作“模式”或“位置”锁紧销的方式。例如，销具有一种模式，其中滑动元件大体上与托架元件重叠对准，也就是承载位置或“关闭”模式，和/或具有一种模式，其中滑动元件从托架元件后面突出，也就是插入/缩回位置或“打开”模式，其中承载本体部的截面尺寸在承载位置非常小。

为了本说明书和权利要求的目的，如果锁紧机构被锁紧，即使滑动元件相对托架元件的运动停止，则认为销处于“锁紧”模式。如果锁紧机构被解锁，且滑动元件可以相对托架元件移动，则认为销处于“解锁”模式。因此，对于销有四种可能的模式：

-锁紧 -关闭模式，其中托架元件和滑动元件对准(大体上重叠)且不可相对彼此移动；

-解锁 -关闭模式，其中托架元件和滑动元件对准(大体上重叠)且可相对彼此移动；

-锁紧 -打开模式，其中托架元件和滑动元件没有对准(即滑动元件从托架元件的一端突出)且不可相对彼此移动；以及

-解锁 -打开模式，其中托架元件和滑动元件没有对准且可相对彼此移动。

应该理解，当向处于解锁模式中的滑动元件施加轴向力时，可仅使滑动元件移动。然而，如果向处于锁紧模式中的滑动元件施加该轴向力，则可能使整个销移动。该轴向力可以是应用推动、拉动或旋转运动的动作。该轴向运动适于通过适合于此目的的任何已知工具产生，所述工具例如是扳手、螺旋、气动/液压/普通的锤子。销可以改装成使得工具可以安装于其上。工具也可以是作为锁紧机构的两用工具。例如，在锁紧机构是螺栓的情况下，该螺栓可以用作两用的工具来产生移动运动。在这种情况下，该工具适于和形成有滑动元件的键槽相配合。

该销可以设计成，使得滑动元件形成为在大体上对准的模式中突出超过托架元件，以及当处于关闭模式时销的本体部大体上为圆柱形。然而，该本体部可以形成有多边形截面。该多边形可以是方形、六边形等等，以匹配要将销插入的孔的形状。这种圆柱形或多边形截面可以防止孔中的销相对其纵轴枢转地移动。

附加地，在期望将高的剪切力施加到销上的应用中，通过将托架元件和滑动元件构造成使得其在关闭模式时没有孔隙，承载部可以用于承受高的剪切力。也就是说，销将具有基本上实心的截面，优选地由钢或任何其他合适的坚硬材料制成。

根据特定的布置，托架元件和滑动元件形成有燕尾装置，用于限制仅沿轴向方向在它们之间移动。

应该注意，根据本发明的销在那些承受高剪切力和/或精密公差的应用中是有用的。特别地这些应用包括如上所述的重型机械和甚至是较小的物体。

根据本发明的另一个方面，具有如上所述的任何一个特征的销可以是连接组件的一部分，其包括膨胀到孔中的膨胀套筒，该孔具有与销不同的截面形状或者其截面尺寸比销的截面尺寸略大。该套筒具有沿其整个长度延伸的轴向槽，例如如果套筒大体上为圆柱形，则该套筒具有C形截面。在期望高剪切力的应用中，套筒可以由坚硬但柔韧的材料制成。这种材料可以是钢。附加地，套筒和插入于其中的销一起形成至少在沿销的承载部上大体上没有孔隙的实心组件。

根据本发明的又一个方面，提供一种将销插入与其尺寸相配合的孔中的方法，该销具有如上所述的任何一个特征。

该方法包括以下步骤：

a)提供一种包括托架元件和可在该托架元件上纵向滑动的滑动元件的销，所述托架元件和所述滑动元件在纵向相互倾斜，并贴合在一起形成一体的具有承载本体部的销，该承载本体部具有其尺寸与孔的截面尺寸相配合的标称截面尺寸；该承载本体部由托架元件的一部分和滑动元件的一部分构成；该销在托架元件和滑动元件大体上彼此重叠的承载位置和托架元件和滑动元件轴向移动的插入/缩回位置之间移动，一起构成本体部的托架元件和滑动元件的任何重叠部的截面尺寸比标称截面尺寸小；

b)将处于插入/缩回位置的销插入孔中，使得托架元件布置于其中；以及

c)向滑动元件施加力，使得滑动元件相对托架元件纵向地移动到所述承载位置，其中在孔中形成有具有所述标称截面尺寸的所述本体部。

该方法还可以包括在所述承载位置紧固销由此将销紧固在所述孔中的步骤。

附图说明

为了理解本发明和了解如何在实践中实施本发明，现在仅通过非限制性的实例参考附图描述一些实施例，其中：

图1是根据本发明处于锁紧-关闭模式的销的纵向视图；

图2是具有处于和图1所示相同的定向的销元件(即托架元件和滑动元件，不包括锁紧机构)的图1的销的分解图；

图3是图1中示出的托架元件的底视图；

图4是图1的销的分解图，其还示出了销元件(不包括锁紧机构)的内表面；

图5是图1的销的滑动元件的纵向视图；

图6是处于锁紧-打开模式的图1的销的纵向视图；

图7是处于解锁-打开模式的图1的销的纵向视图；

图8是处于解锁-关闭模式的图1的销的纵向视图；

图9是在插入两个垂直柱部件的连接部之前处于锁紧-打开模式的图1的销的视图；

图10是插入在图9示出的两个垂直柱部件中同时处于解锁-打开模式的图1的销的视图；

图11是插入在图9示出的两个垂直柱部件中同时处于解锁-关闭模式的图1的销的视图；

图12是插入和紧固在图9示出的两个垂直柱部件中同时处于锁紧-关闭模式的图1的销的视图；

图13是示出了根据本发明的连接销的另一个实施例的分解后立体图；

图14是根据本发明的又一个实施例的轴向视图；

图15是插入在两个垂直柱部件中的图14的销的轴向视图；

图16是根据本发明处于关闭模式的销的另一个实施例的纵向视图；

图17A是根据本发明处于锁紧-关闭模式的销的又一个实施例的纵向视图；

图17B是根据本发明处于锁紧-关闭模式的销的再一个实施例的纵向视图；

图17C是根据本发明处于锁紧-关闭模式的销的再一个实施例的纵向视图；

图17D是根据本发明处于关闭模式的销的再一个实施例的纵向视图；

图17E是根据本发明处于锁紧-关闭模式的销的再一个实施例的纵向视图；

图17F是根据本发明处于关闭模式的销的再一个实施例的纵向视图；

图17G是根据本发明的销的再一个实施例的分解图；

图17H是处于关闭模式的图17G的销的局部分解图；

图18A是根据本发明处于解锁-打开模式的销的另一个实施例的局部分解图；

图18B是处于解锁-关闭模式的图18A的销的纵向视图；

图18C是处于锁紧-关闭模式的图18A的销的纵向视图；

图19A是根据本发明的销的另一个实施例的分解图；

图19B是根据本发明的销的另一个实施例的分解图，其中销的滑动元件和托架元件被分为几个部分；

图19C是处于解锁-打开模式的销的纵向视图；

图19D是处于锁紧-关闭模式的图19B的销的纵向视图；

图19E是根据本发明处于锁紧-关闭模式的销的另一个实施例的截面图；

图20是规则形状的孔的实例的示意图；

图21是膨胀套筒的实例的示意图；

图22A是具有插入在一变形的孔中的具有示例性的膨胀套筒的垂直柱起重机部件的示意图；

图22B是图22A中的垂直柱起重机部件和膨胀套筒的示意图，其中销处于解锁-打开模式且部分置于套筒内；

图22C是图22B中的垂直柱起重机部件、膨胀套筒和销的示意图，其中销处于关闭模式；

图23A是处于锁紧-关闭模式包括伸出的托架元件的销的又一个实施例的纵向视图；以及

图23B是处于锁紧-关闭模式的销的再一个实施例的轴向视图，该销用作车辆车轴，包括伸出的托架元件和两个滑动元件。

具体实施方式

现在首先参考图1，其中示出了根据本发明的销，大体上用10表示。销10包括托架元件12、可插入托架元件12中的滑动元件14，以及锁紧机构16，用于使滑动元件14相对托架元件12和使销10本身相对其被插入的物体固定。

销10例如用于紧固塔式起重机(未示出)的两个垂直柱部件或任何其他机械元件。在这种情况下，为了支撑重负荷，销10由脱氧钢构成，并具有足够大的尺寸和结构，以便当受到大的剪切应力时可以基本上抵抗永久变形，这将在下文中进行描述。

图1中示出的销10处于锁紧-关闭模式(即可操作的承载位置)，其可以描述为包括(不包括下文将要描述的锁紧机构16)基座部18、锥形头部30和布置在基座部18和锥形头部30之间的圆柱形本体部26(被称为‘承载本体部’和具有被称为‘标称直径’的直径)。基座部18包括大体上平的底面20和具有第一外径的环圈22，该环圈22还具有上缘24。

基本上没有孔隙的本体部26具有第二外径，与销的标称直径相应。本体部26是销10在环圈22的上缘24和用数字28表示的第一边缘之间的部分。第一边缘28也是锥形头部30的开始，其中销10开始逐渐变细到减小的直径。锥形头部30还包括半环31和顶部34。图1中看到的半环31的部分由第一径向边缘40、第二径向边缘32和托架元件12的外周限定边界。第二径向边缘32具有第三外径，并与顶部34毗连。顶部34包括基本上平的顶部边缘35，该顶部边缘像上面描述的销10的其他元件一样，由托架元件12和滑动元件14构成。

然而，应该注意，在示出的实例中半个顶部边缘35的第一前突出36由滑动元件14构成，该第一前突出伸出超过由托架元件12构成的半个顶部边缘35的第二前突出37。下文将描述设置第一前突出36和第二前突出37的原因。

尽管已经注意到本体部26基本上没有孔隙，但是可以看到一些边缘，这些边缘表明托架元件12和滑动元件14是相接触的。上述的边缘是：布置在销10中心的倾斜的轴向边缘38，其从顶部34的中心纵向地延伸穿过销10直到基座部18；和布置在锥形头部30中的径向边缘40，其从销10的外周延伸到与轴向边缘38相交的位置。应该注意，在当前的视图中轴向边缘38被环圈22和半环31遮住了，因为它们都与其内布置有滑动元件14的托架元件12一体地形成。还应该注意，如图1所示，由于轴向边缘38的倾斜，其从顶部34的大致中心开始，延伸到基座部18的非中心部。

现在参考图2，在该实例中，锁紧机构16包括带螺纹的螺栓42和带螺纹的圆垫圈44。带螺纹的螺栓包括部分带螺纹的轴45，圆垫圈44包括圆形外周43。锁紧机构16用于在不同的模式中固定销10。

回到图1，在该图中示出的销10处于锁紧-关闭模式：单词“锁紧”表示带螺纹的螺栓42牢靠地紧固在滑动元件14的外周上；单词“关闭”表示这样一种模式，其中销10的本体部26装配成使得沿其截面具有相应于该销设计成要被插入的孔的预期截面尺寸的标称截面尺寸。

应该理解，在锁紧-关闭模式中销10的带螺纹的螺栓42从销10沿轴向向外的方向伸出地比本体部26的第二外径更远，其原因将在下文进行描述。

还应该注意，环22的第一外径比本体部26的第二外径大，且这两者的直径都比锥形头部30的第三外径大。

现在转到图2和3。从第一边缘28到顶部边缘35示出的滑动元件14具有逐渐变细的外周46。应该注意，在逐渐变细的外周46上设有小的凹部48(在图4中可以更清楚地看到)，该凹部将外周的直线变细中断。凹部48的深度大概与半环31的环缘50的厚度的数量级相同。使凹部48和环缘50的大小相匹配的益处是，使得当在关闭模式(如图1和8所示)装配销10时，滑动元件14和半环31齐平。此外，锥形部46仅比半环31的内径52稍微小一点，从而当销10处于关闭模式时使托架元件12和滑动元件14成为紧配合。

滑动元件14的基座部18的外周示出为具有变化的直径，形成径向凸出。该变化的直径从基座部18的第一外周边缘54开始，该第一外周边缘与底面20相邻，然后是直径减小的锥形部，直到其到达与本体部26相邻的第二外周边缘56。应该理解，第一外周边缘54的直径比第二外周边缘56的直径大，其原因将在下文进行描述。

环圈22包括具有变化直径的内表面58，该内表面的变化直径与基座部18的变化直径对应。内表面58与环圈22的上缘24相邻，因此也与本体部26相邻。应该注意，第一内缘60和第二内缘62具有分别与第一外周边缘54和第二外周边缘56大概相同的直径，其原因将在下文进行描述。

现在转到图2和4，可以看到以下特征：分别用数字64和66表示的托架元件12的第一平面内表面和滑动元件14的第二平面内表面；螺栓42的部分带螺纹的轴45；形成在托架元件12的第一内表面64中的孔68；形成在滑动元件14的第二内表面66中的椭圆形纵槽70。表面64和66配合成在彼此上光滑地滑动，根据本申请的一个实施例，这些表面可以被润滑或用减小摩擦的物质涂覆。

现在参考图5，还可以从滑动元件14的外视图看到槽70。槽70还包括半圆形的第一端部72和半圆形的第二端部74。附加地，在滑动元件14中形成与槽70的第一端部72同心的第一圆形凹部76，和与槽70的第二端部74同心的第二圆形凹部78。应该注意，圆形凹部(76和78)的直径与圆垫圈44的圆形周边43的数量级相同但比其更大。相反地，槽70的外周宽度比圆垫圈44的圆形外周小。但是，槽70的周边仍然比轴45的直径更宽，以使其以松配合的形式插入。

回到图1至5，锁紧机构16能够在不同的操作模式紧固销10。可以这样实现紧固，通过首先将滑动元件14插入托架元件12，然后穿过垫圈44和滑动元件14的槽70插入螺栓42的轴45，直到轴啮合了孔68。当轴45进入一部分孔68时，使其沿顺时针方向旋转直到螺栓42牢靠地固定在滑动元件14上。当如上所述地固定了螺栓42时就实现了所谓的“锁紧”模式，从而将滑动元件14紧固在托架元件12上，并防止其运动。应该理解，在锁紧模式中，垫圈44不与滑动元件14的周边保持齐平，而是部分地陷入圆形凹部(76或78)，这取决于销10是处于打开模式还是处于关闭模式。

图6示出了处于锁紧-打开模式的销10的纵向视图。模式的术语“打开”表示，滑动元件14被插入到托架元件12中的程度为：孔68(未示出)与第一圆形凹部76同心使得螺栓42可以插入到这两个元件中。附加地，在“打开”模式中，在半环31和第一边缘28之间存在较大的纵向间隙。由于锁紧机构16被如上所述地插入销10中并旋转，因此销10被“锁紧”。应该注意，在基座部18上的滑动元件14具有从环圈22伸出的后突出79，用于插入目的，这将在下文进行描述。附加地，螺栓42的顶部与半环31齐平或低于半环，以便不会妨碍将销10插入到孔中。

图7示出了处于解锁-打开模式的销10的纵向视图。由于通过逆时针旋转锁紧机构16，其最终位置使得可以看到轴45，锁紧机构16已经从图7所示的位置松开，因此销10被“解锁”。应该注意，在该模式中，轴45保持部分地旋在孔68中，用于限制螺栓42使其不会旋转运动。螺栓42与孔68的持续啮合可防止锁紧机构16从销10中脱出，同时允许滑动元件14在槽70规定的边界内运动，即沿轴向方向运动。当垫圈44距离轴向边缘38比局里本体部26的外周更远时，由于轴45在槽70中的松配合，因此滑动元件14能够在“打开”和“关闭”模式之间滑动。

图8示出的销10处于和图1示出的位置相同，除了锁紧机构16的位置处于如图7所示的“解锁”位置。当销10从解锁-打开模式改变到解锁-关闭模式时，滑动元件14的滑动运动还由以下元件限制：半环，用于限制旋转运动；与半环31的环缘50结合在一起的凹部48，用于防止滑动元件14嵌入托架元件12过深，使得第二圆形凹部78将不与槽70同心；以及环圈22，用于防止滑动元件14的转动，并且由于其内缘60和62的变化直径，也可以用于防止滑动元件14嵌入托架元件12过深。

现在参考图9-12，在该实例中，在操作中销10用于紧固两个相邻部件如垂直柱部件的连接法兰。每个垂直柱部件82包括具有与销10的标称直径相对应(即略大一点)的直径的孔80(图9)。

在将销10插入垂直柱部件82之前，销10处于锁紧-打开模式(图9，图6中也可以看到该模式)。然后将销10首先插入锥形部30进入垂直柱部件82的孔80中，如图10所示。当插入时，即环圈22啮合第一孔86的周围区域时，将销10切换到解锁-打开模式(图10)。通过例如使用扳手(未示出)逆时针方向旋转螺栓42可以实现模式的改变。为了进一步将销10的滑动元件14插入到垂直柱部件82中，可以使用锤子84(图10)或类似工具敲击基座部18的后突出79。随着用锤子84对基座部18的后突出79的敲击，使得滑动元件14滑动地进一步嵌入到托架元件12中。当达到上面提到的限制位时停止滑动动作。

当滑动动作停止时销10有效地改变到解锁-关闭模式(图11)。然后销10被切换到锁紧-关闭模式(图12，也可以参见图1)。通过例如使用扳手(未示出)顺时针方向旋转螺栓42可以实现模式的改变。在销10的锁紧-关闭模式中，螺栓42的位置从销沿轴向向外的方向伸出地比本体部26的第二外径更远，从而使其啮合末端孔(final aperture)88的周围区域，由此防止销沿与其被敲击而提供安全功能的方向相反的方向滑动穿过孔80。

为了从垂直柱部件82中取出销10，必须松开螺栓42，使销10返回到解锁-关闭模式(图11)。然后使用锤子84敲击第一前突出36，使滑动元件沿轴向方向移动，该方向与销10的插入方向相反，从而使销恢复到解锁-打开模式(图10)。然后例如使用扳手沿顺时针方向旋转螺栓42，使销10置于锁紧-打开模式(图10)。随后用锤子84对第二前突出37的敲击使销10从垂直柱部件82退出(图9)。

应该理解，将本发明的销插入到上述的垂直柱部件中或将其取出所需的力非常小，正如普通的销所需的力一样。其中的一个原因是：普通销的基座部通常具有与其本体部大概相同数量级的截面面积；现代科学指出，作用在物体上的压强与在该物体的截面面积上施加的力成正比(即压强α力/截面面积)；用锤子84敲击的面积即前突出或后突出，其构成大约一半的基座部18的底面20，这比本体部26的截面面积要小得多；因此当施加到普通销的基座和施加到根据本发明构造的销上的具有一定大小的力可在根据本发明构造的销上提供大得多的压强。

类似地应该注意，在从将销紧固于其上的物体取出根据本发明构造的销10时，第一前突出36的减小的截面面积是大约一半的第二径向边缘32的截面面积，其比普通销的尖端的截面面积小得多。因此对于该减小的面积移动销10需要的力相对更小。

在插入/取出步骤中，如上所述地，其中仅仅要移动滑动元件14，与移动普通结构的销所需的力相比，向销10施加的力仅需要足以移动销10的一部分，即滑动元件14的质量和很小的摩擦力。

除了插入/取出本发明的销所需的力减小了，在插入/取出过程可以看到另一个益处。当销具有较大的质量和常常需用极大的力敲击，以及常常在很高的高度如房屋构造上时，存在的明显的危险就是掉落的销会变成致命的抛射体。在将销10插入垂直柱部件82的过程中，环圈22的直径比其要插入的孔80的直径大，以防止销穿过其要被插入的物体。在取出的过程中，结合所需的较小的力，分段的取出过程可一步一步地取出销，由此防止变成向普通销一样的危险抛射体。

现在参考图13，其示出了销的一种变型，大体上用100表示，该销大体上与前面的实施例相似，即包括托架元件102、滑动元件104、锁紧机构108(即带螺纹的螺栓和垫圈)。然而，分别取消了前支撑环22和后支撑环31，但布置有燕尾装置，其包括在托架元件102的大体上扁平的表面114上形成轴向延伸的突出部112，沿滑动元件104的配合面118轴向延伸的相应的母槽，由此限制两个元件仅沿轴向方向移动。

参考图14和15，其示出了销的另一个实施例，大体上用200表示，该销与图11示出的销100相似。然而，销200在装配时附加地包括两个平面部204和两个弯曲部206。特别地，平面部204布置在销的外部，与托架元件201和滑动元件203之间的相交面相邻，该相交面是轴向边缘205。

在图14和15中，销10的标称直径减小到可以帮助其容易地插入孔208。其中提供两个彼此平行的平面部。装配的销的截面面积的减小应考虑到可以忽略而不会影响其抗剪强度和抗弯强度。

从图15可以看出，当销200插入在上垂直柱部件210和在其下布置的下垂直柱部件212中形成的孔208时，销200的弯曲部206定向成承受由上垂直柱部件210导致的负荷(通常用箭头L表示)，和由此导致的法向力(通常用箭头N表示)。当在上述装置中作用在销200上的大部分力与箭头L和N平行时，销200可以不必是圆柱形的，因此可以具有上面提到的平面部204，从而通过减小销和孔之间的接触面积由此减小摩擦力而容易地将销200插入孔208/从孔208取出销200。

尽管上面的实施例具有和已知的销相似的形状部分，即基座部、锥形头部和布置在基座部18和锥形头部30之间的圆柱形本体部，但是应该理解，由于在纵向相互倾斜的托架元件和滑动元件带来的扩张效应，本发明即使不包括所有上述本体部也是有利的。

因而，在图16中示出了一种圆柱形连接销，大体上用220表示，其具有同心的轴X，包括托架元件222和在该托架元件上纵向滑动的滑动元件224，所述托架元件222和滑动元件224在纵向相互倾斜，并彼此贴合在一起形成一体的销。特别地，边缘226的相互斜面(mutual incline)与同心轴X不共轴。该斜面允许销扩大和填充其要被插入的孔(未示出)。还应该注意，仅扩张效应就会显著地减小在高剪切力下将销插入孔中连接两个元件或插入紧配合的孔中所需的力。因此，例如，对于重型机械应用，销220由钢制成，并且大体上没有孔隙，由此提供单个实心销(未示出)的益处和容易插入和取出性能的附加益处。应该理解，销的斜面角度可以根据设计需要变化，而不必像为了说明的目的如附图所示的斜面那样陡峭。

尽管已经注意到将根据本发明的销扩大到孔中本身可能停止滑动元件的运动，但是可以使用如上所述的锁紧机构来确保销保持在期望的位置。这种用于停止运动的锁紧机构或元件可以是任何上面描述的类型或者可以是任何合适的用于停止滑动元件运动的设计。

例如，图17A示出了具有一种锁紧机构的销230，该锁紧机构的形式为插入孔(未示出)中的圆柱形元件232，该孔延伸穿过滑动元件234并进入托架元件236中。

可替换地，图17B示出了具有插入的圆柱形元件242的销240，该元件布置在滑动元件246的较厚端。锁紧机构被置于滑动元件246的较厚端的益处之一是，在将销240插入孔(未示出)中时，沿箭头248的方向，用户不需要接近销240的引导端，因此可以从孔的插入端固定滑动元件和托架元件。

应该理解，按照根据本发明的销的特殊结构特征，可以利用任何合适的运动如推力、拉力、旋转力等等使滑动元件运动。因此，例如相对在图17B中示出的销240，在从滑动元件246取出圆柱形元件242之后，可以将工具的一部分插入滑动元件246的孔中(未示出)，使得其不会延伸到托架元件，并且可以拉动工具使滑动元件246相对托架元件移动。

作为另一个实例可以参考图17C，应该理解，销250可以包括任何期望数量的锁紧机构(232，242)。

现在参考图17D和17F，其示出的销(260，270)包括与上面描述的那些相似的半环(262，272)，用于引导和停止滑动元件(264，274)的运动，附加地该销可以包括锁紧机构276。

尽管上面的实例示出了径向布置的导向元件和锁紧机构，但是应该理解，可以轴向地布置这些导向元件或锁紧机构。

在图17F中示出了大体上用280表示的销，其包括滑动元件282和托架元件284。托架元件284在其一端形成有齿形的机械止动装置286，用于停止滑动元件282的运动。

现在参考图17G和17H，其示出了大体上用290表示的销，其包括滑动元件292、托架元件294和螺母296。滑动元件292与轴向凸出的圆柱形带螺纹元件298一体地形成。托架元件294形成有半环300和实心端面302，该实心端面具有形成于其中的孔304。在装配过程中，滑动元件292的运动可通过其与半环300和/或实心端面302的啮合来终止。当销290处于解锁-关闭模式中时(图17H)，带螺纹元件298从孔304伸出，通过在其上紧固螺母296可以锁紧滑动元件292。

停止或锁定滑动元件的运动的元件还可以用于帮助滑动元件的运动。图18A-19E中示出了具有这种元件的销的一些实例。

在图18A-18C中示出了大体上用310表示的销，其包括滑动元件312、托架元件314和盖帽式螺帽316。滑动元件312与轴向凸出的圆柱形带螺纹元件318一体地形成。托架元件314形成有半环320、其上形成有孔324的实心端面322以及环圈326。

销310的装配大体上与上面相对销290的描述相同，图18B示出了部分紧固在带螺纹的元件318上的盖帽式螺帽316，图18C示出了完全紧固的盖帽式螺帽316和处于锁紧-关闭模式的销310。

然而，在销310处于锁紧-关闭模式(图18C)中之后要取出滑动元件包括：部分地旋松盖帽式螺母316，使销310到达图18B所示的位置，并使用工具如锤子(未示出)敲击盖帽式螺母316。尽管在图18B中滑动元件的移动可以由盖帽式螺母316和实心端面322之间的距离限定，但是该移动可以足够使销310在孔(未示出)中的扩大反转，也就是使销310的截面尺寸收缩到剪切力大体上或者完全可以从销310取出的程度，从而随后容易地取出滑动元件312。这样盖帽式螺母316可以提供与上面相对图1-12的销10描述的第一前突出36相似的益处。使用圆形端部的盖帽式螺母316给锤子带来的损害比敲击普通螺母或带螺纹元件318本身更小。

应该理解，销310可以包括在说明书中描述的任何合适的特征。例如为了进一步控制销310和/或滑动元件的运动，销310的滑动元件还包括具有半圆形第一端部和半圆形第二端部的槽，与槽的第一端部同心的第一圆形凹部以及与槽的第二端部同心的第二圆形凹部，托架元件还包括与一部分槽对准的孔，该销可以进一步包括用于插入到槽和孔中的锁紧机构，其与相对销10在上面描述的相似。

在图19A中示出了大体上用330表示的销，其包括滑动元件332、托架元件314和带螺纹螺栓334。滑动元件312形成有孔336，该孔的螺纹与带螺纹螺栓334的螺纹相对应。托架元件314与参考图18A-18C描述的相似。带螺纹螺栓334包括头部338和外部带螺纹的轴部340。

当装配销330时，带螺纹螺栓334穿过实心端面322中的孔324啮合滑动元件312的孔336，通过使用工具如扳手(未示出)，使带螺纹螺纹334的头部338旋转使得滑动元件312成为锁紧-关闭模式或者可替换地通过轴部340和孔336的螺纹啮合使滑动元件远离实心端面322。

在图19A-19D中示出了大体上用350表示的销，其包括滑动元件352、托架元件354、带螺纹螺栓356和两用工具元件358。滑动元件352形成有具有变化直径的周缘360、内部带螺纹的轴孔364和在肩部368终止的锥形头部366。托架元件354形成有具有环缘372的半环370、其中具有孔376的实心端面376、具有与周缘380的变化直径相对应的变化内径380的环圈378，以及径向孔382。带螺纹螺栓356包括其中形成有孔386的圆柱形头部384和轴部388。轴部388包括带螺纹部分390和不带螺纹部分392。工具元件358包括具有其直径比径向孔362的直径大的圆柱形头部394、其直径分别与滑动元件352和托架元件354的径向孔(362，382)相对应的圆柱形中心部396，以及其直径与形成有带螺纹螺栓356的头部384的孔386的直径相对应的圆柱形端部398。

在图19C中可以看出，销350的装配与图19A中销330的装配相似。带螺纹螺栓356的轴部388穿过实心端面374的孔376，带螺纹部分390啮合滑动元件352的内部带螺纹的轴孔364。工具元件358的端部398插入带螺纹螺栓356的孔386中，并旋转使滑动元件352成为锁紧-关闭模式，或者可替换地，推动滑动元件远离实心端面374。也可以通过使其周缘360啮合环圈378的周缘380和/或使其肩部368啮合半环的环缘372来停止滑动元件352的运动。

转到图19D，可以看出，在销350处于锁紧-关闭模式之后，将工具元件358插入滑动元件352和托架元件354的径向孔(362，382)中，并放置于此以供进一步的使用。特别地，当插入工具元件358时，用400表示的销350的承载部由工具元件的圆柱形头部394和环圈378限定。因此工具元件358和环圈378可以设计成其径向尺寸比要将销350插入的孔(未示出)的截面尺寸大。在这种情况下，这些元件将在承载部400布置在孔中时进一步用于保持销350的位置。

应该注意，根据本发明的销的这些元件也可以通过在外部布置的元件锁紧或推动。

在图19E中示出了大体上用410表示的销，其包括滑动元件412、托架元件414、内部带螺纹的锥形螺母416和内部带螺纹的锁紧螺母418。滑动元件352形成有与锥形螺母416和锁紧螺母418的内螺纹相对应的外部带螺纹的头部420。托架元件414形成有与锥形螺母416和锁紧螺母418的内螺纹相对应的外部带螺纹的头部422、位于其一端的齿形机械止动装置424以及环圈426。

为了促进滑动元件412相对托架元件414的运动，去除锁紧螺母418和旋转锥形螺母416。当销410处于期望的位置时，将锁紧螺母418紧固于其上，使销410成为锁紧-关闭模式。

尽管已经参考大体上为圆柱形的销描述了上面的实例，但是应该理解，销的截面可以设计成与要将该销插入的孔的形状相对应。如图20所示的示例性的孔可以是规则形状的，例如圆形430、方形432或六边形434。

然而，元件的实际孔可以因用途而变形，可以不完全匹配任何规则的形状。在图21中，示出了两个设计成插入变形孔的膨胀套筒的实例。该示出的套筒是具有C形截面436的套筒和具有方形截面438的套筒。当然这些套筒的截面形状可以与要将其插入的变形孔的最初截面形状相对应。示出的两种套筒(436、438)形成有在套筒的纵向边缘441之间在其整个长度上延伸的轴向槽440。

图22A-22C示出了使用包括膨胀套筒的连接组件和如上所述类型的销来连接结构元件。

在图22A中，在该实例中，要连接的元件444是起重机垂直柱的一部分，其示出有形成于其中的大致圆形的变形孔442。由钢制成的C形截面的膨胀套筒436插入在孔342中。

现在转到图22B，大体上用450表示的销包括脱氧钢滑动元件452和脱氧钢托架元件454，该销示出为托架元件454插入套筒436和孔442。随后滑动元件452沿托架元件454滑动，使套筒436膨胀，使其边缘沿用箭头456表示的方向向外。

现在参考图22C，示出的销450处于关闭位置，套筒426膨胀成填充了变形孔442中的任何间隙。这样，至少在其承载部就不再需要焊接已经充满脱氧钢连接组件的孔442，该连接组件大体上没有孔隙。

在图23A和23B中，示出的销包括可伸长的托架元件。

在图23A中示出了大体上用460表示的销，其包括滑动元件462、可伸长的托架元件464和锁紧机构467。滑动元件462在托架元件上滑动并在纵向相互倾斜，以及彼此贴合形成一体的销。锁紧机构467的形式为带螺纹螺栓，其可插入在滑动元件462和可伸长的托架元件464中形成分相对应的带螺纹轴孔(未示出)，用于将元件(462、464)保持在示出的锁紧-关闭模式。然而，应该注意，可以使用如上所述的任何合适的锁紧机构。

可伸长的托架元件464的益处是，其允许销通过销相对滑动元件来说的远端端部(未示出)提供附加的功能。该附加的功能例如是可以将另一个元件(未示出)与销460的远端连接。

例如，参考图23B，其示出了大体上用470表示的销，包括按照在可伸长的托架元件472的两端的两个滑动元件462，还包括用于每个滑动元件462的锁紧机构467。可伸长的托架元件472除其端部外大体上为圆柱形，具有第一端部476和第二端部478。当两个滑动元件462都处于如图23B所示的承载位置时，托架元件472和滑动元件462一起形成圆柱形状。在该实例中，示出的销470用作车辆车轴，和在其两个端部连接车轮468以及在其中心部连接齿轮474。通过首先去除相邻的锁紧机构467以及随后去除与其相邻的滑动元件462，可以容易地从销470上卸下每个车轮468。

应该注意，参考图23A和23B描述的锁紧机构467具有螺纹，用于如这里所描述的在销旋转的过程中防止销意外落出。正如所理解的，可以使用任何合适的防止意外脱离的已知结构设计，并且在预期没有旋转的应用中，可以不必使用这种结构特征。

因此应该注意，除了连接和承受剪切力外，销的滑动元件和托架元件还可以具有其他功能，例如在上面的实例中传递扭矩。附加地，考虑到上面的实例，可以清楚的是，这种销包括超过一个滑动元件。

本领域技术人员将很容易理解，在不脱离本发明的范围的条件下，可以进行多种变化、变型和修改。

Claims (20)

1.一种连接销，其用于将多个部件紧固到一起，该连接销包括：

托架元件；和

可在该托架元件上纵向滑动的滑动元件，

该托架元件和该滑动元件在纵向相互倾斜，并彼此贴合在一起形成一体的销，所述一体的销包括：头部、承载本体部、以及基座部，所述承载本体部基本上没有孔隙，

所述销通过使用工具敲击所述滑动元件的后突出移动到承载位置，由此所述托架元件大体上重叠所述滑动元件，并且所述销通过使用工具敲击所述滑动元件的前突出移动到插入/缩回位置，由此所述托架元件相对于所述滑动元件轴向移动，

其中所述销还包括锁紧机构，用于插入径向延伸穿过所述滑动元件和所述托架元件的同轴孔中，从而当所述销在所述承载位置时将所述滑动元件固定在所述托架元件上。

2.如权利要求1所述的连接销，其中该承载本体部具有在承载位置的截面尺寸，该截面尺寸比承载本体部在所述可轴向移动的插入/缩回位置的截面尺寸大。

3.如权利要求1所述的连接销，其中至少承载本体部是圆柱形或多边形。

4.如权利要求1所述的连接销，其中所述托架元件包括前支撑环，用于将所述滑动元件定位和固定在所述托架元件上。

5.如权利要求1所述的连接销，其中所述托架元件包括后支撑环，用于将所述滑动元件定位和固定在所述托架元件上。

6.如权利要求1所述的连接销，其中至少一部分所述孔带螺纹以允许其内的锁紧机构旋转，从而停止或促进所述滑动元件相对所述托架元件的运动。

7.如权利要求1所述的连接销，其中所述锁紧机构还适于在其插入/缩回位置限制轴向移动。

8.如权利要求1所述的连接销，其中向处于承载位置的滑动元件施加的轴向力仅使滑动元件移动，而向处于插入/缩回位置的滑动元件施加的力使整个销移动。

9.如权利要求1所述的连接销，其中所述滑动元件形成为使得其至少稍微向前突出处于承载位置的托架元件。

10.如权利要求1所述的连接销，其中所述托架元件和所述滑动元件形成有燕尾装置，用于限制它们之间仅沿轴向方向移动。

11.如权利要求1所述的连接销，其中所述托架元件和所述滑动元件相对大体上平的且光滑的配合面轴向移动。

12.如权利要求11所述的连接销，其中所述配合面包括润滑剂。

13.如权利要求1所述的连接销，其中所述滑动元件在其后端形成有径向突出，所述托架元件在其后端形成有环元件，该环元件相应地成形为在承载位置使滑动元件的径向突出轴向地制动。

14.如权利要求13所述的连接销，其中所述销形成为锥形销的引导头部，所述托架元件在所述头部形成有前制动环元件，用于在承载位置制动滑动元件。

15.如权利要求14所述的连接销，其中所述滑动元件形成有周边凹部，用于啮合前制动环元件。

16.如权利要求14所述的连接销，其中使径向突出和托架元件的后环元件等同地渐缩。

17.如权利要求1所述的连接销，其中所述部件包括房屋构造机械的部件。

18.如权利要求17所述的连接销，其中该销由以下材料中的一种制成：钢或塑料。

19.一种用于将销插入具有一截面尺寸的孔的方法，包括以下步骤：

a)提供一种包括托架元件和可在该托架元件上纵向滑动的滑动元件的销，所述托架元件和所述滑动元件在纵向相互倾斜，并贴合在一起形成一体的销，该一体的销包括：头部；承载本体部；和基座部，所述承载本体部基本上没有孔隙，该承载本体部的标称截面尺寸与孔的截面尺寸相配合，该承载本体部由托架元件的一部分和滑动元件的一部分构成；该销通过使用工具敲击所述滑动元件的后突出移动到承载位置，从而所述托架元件大体上重叠所述滑动元件，并且所述销通过使用工具敲击所述滑动元件的前突出移动到插入/缩回位置，从而所述托架元件相对于所述滑动元件轴向移动；其中所述销还包括锁紧机构，用于插入径向延伸穿过所述滑动元件和所述托架元件的同轴孔中，从而当所述销在所述承载位置时将所述滑动元件固定在所述托架元件上；一起构成承载本体部的托架元件和滑动元件的任何重叠部的截面尺寸比标称截面尺寸小；

b)将处于所述插入/缩回位置的销插入所述孔中，使得所述托架元件布置于其中；以及

c)向所述滑动元件施加外部轴向力，使得所述滑动元件相对于所述托架元件纵向地移动到所述承载位置，其中在孔中形成有具有所述标称截面尺寸的所述承载本体部。

20.如权利要求19所述的方法，还包括通过将所述锁紧机构插入所述同轴孔中，将销锁紧在所述承载位置，由此将所述滑动元件固定在所述托架元件上并将销锁紧在所述孔中的步骤。

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