CN102536999A - 自平衡式大直径螺栓及其专用机动扭矩扳手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自平衡式大直径螺栓以及用于该螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其中螺栓包括螺栓本体，所述螺栓本体的螺纹末端带非圆截面结构的定位段；专用机动扭矩扳手装置包括普通机动扭矩扳手，在所述普通机动扭矩扳手动力输出端设置有扭矩转换接头。本发明适用于石油、化工、大型工程机械、交通、电力、航空、桥梁建筑等需要使用大直径螺栓连接的领域，通过对螺栓结构的特殊设计，使螺栓在通过专用机动扭矩扳手装置预紧或松开时的力矩与反作用力矩在螺栓连接件内部完全平衡，不需要任何形式的反力支座，不仅严格保证了螺栓的预紧力，降低了安装的劳动强度，同时大大提高了螺栓安装或拆卸的效率，缩短了被连接设备检修的时间。

Description

自平衡式大直径螺栓及其专用机动扭矩扳手装置

技术领域

本发明涉及工程技术领域，特别是一种自平衡式大直径螺栓以及用于该螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置。

背景技术

在工程领域中，大直径螺栓往往运用于重要的连接场合，合理控制其预紧力，才能保证螺栓连接的可靠性。现阶段主要采用三种方法预紧，一是采用加长扳手，靠人工预紧；二是靠人工利用扭力扳手预紧；三是采用机动扭矩扳手，如电动扳手、气动扳手、液压扳手等。其缺陷如下：

1、采用加长扳手人工预紧的办法，劳动强度大，效率低，而且实际预紧力的大小取决于工人的经验，螺栓连接存在安全隐患。

2、采用人工利用扭力扳手预紧的办法，虽然可以保证预紧力，但劳动强度大，效率低。而且当螺栓直径大到一定程度，难以预紧。

3、采用人工操作的方式，高空作业条件下螺栓的安装及拆卸比较危险。

4、采用机动扭矩扳手，虽然保证了预紧力，降低了劳动强度，但为了克服反作用力矩，现阶段的技术都采用了反力支座1。由于螺栓连接场合的多样性，反力支座的通用性很差，大大降低了安装的效率。另外，多数情况下，反力支座会对被连接件表面造成一定程度的损坏。实际使用中并不方便，参见图1所示。

5、人工利用扭力扳手或采用机动扭矩扳手配合反力支座来预紧，都会对螺栓产生偏心挤压载荷，从而降低扭矩的精度，并影响螺纹副的的配合精度，降低连接的可靠性。

6、在液压工具领域，采用专用组合式拉伸螺母或增设拉伸垫圈来预紧大

   直径螺栓，既保证了预紧力，又不需要反力支座，也没有偏心挤压载荷，但是结构过于复杂，并且因为需要配备液压系统，经济性较差。

7、GB/T3632-2008<<钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副>>解决了建筑行业上大直径螺栓连接(标准范围包括M16～M30)采用机动扳手预紧的问题，既保证了预紧力，又不需要反力支座，也没有偏心挤压载荷，但其只适用于一次性的连接场合，一般情况下都不允许拆卸，而且拆卸后必须更换螺栓，所以不适用于需要检修拆卸的连接场合，适用范围有限。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述问题，提供一种不仅能够严格保证螺栓的预紧力，降低安装的劳动强度，同时还能大大提高安装和拆卸效率的自平衡式大直径螺栓以及用于该螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置。

本发明采用的技术方案如下：

自平衡式大直径螺栓，包括螺栓本体，其特征在于：所述螺栓本体的螺纹末端带非圆截面结构的定位段。

本发明所述的自平衡式大直径螺栓，其所述非圆截面结构的定位段为在所述螺栓本体的螺纹末端向外延伸设置的非圆截面定位段。

本发明所述的自平衡式大直径螺栓，其所述非圆截面结构的定位段为在所述螺栓本体上、其螺纹末端设置的非圆截面定位凹槽。

本发明所述的自平衡式大直径螺栓，其所述非圆截面结构定位段的中心与所述螺栓本体的螺纹同轴。

一种用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，包括普通机动扭矩扳手，其在所述普通机动扭矩扳手动力输出端设置有扭矩转换接头，所述扭矩转换接头包括箱体、设置在所述箱体内的用于将普通机动扭矩扳手的中心轴输出的扭矩进行转换的扭矩传递机构以及与螺栓定位段配合的定位机构，所述定位机构与箱体相对固定连接。

本发明所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其在所述箱体上设置有非圆截面内孔，所述非圆截面内孔与普通机动扭矩扳手上用于固定反力支座的非圆截面段匹配，所述箱体与普通机动扭矩扳手可拆卸式相对固定的连接在一起。

本发明所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其所述扭矩传递机构包括与普通机动扭矩扳手输出扭矩的中心轴连接的主传动齿轮、与所述主传动齿轮啮合的从动传动齿轮以及与从动传动齿轮连接的外套筒，所述外套筒动力输出端置于箱体外、且通过非圆截面内孔与连接在螺栓本体上的螺母的外表面配合，所述外套筒与从动传动齿轮通过非圆截面配合，能沿其轴向移动，且两者之间存在周向转动间隙，能相对转动一定角度。

本发明所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其所述定位机构包括固定在箱体内的芯轴以及与芯轴一端通过非圆截面配合的内定位套筒，所述内定位套筒的定位端与所述螺栓本体螺纹末端的非圆截面结构的定位段配合。

本发明所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其所述外套筒与螺母的外表面相配合的内孔的非圆截面为梅花形，所述内定位套筒与螺栓本体的定位段相配合的非圆截面为梅花形。

本发明所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其所述扭矩转换接头与普通机动扭矩扳手集成为一整体结构的专用扭矩扳手，扭矩输出端绕中心轴旋转，而中心轴相对于专用扭矩扳手固定。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用机动扭矩扳手预紧自平衡式大直径螺栓，严格控制了螺栓的预紧力，保证了连接的可靠性。

2、通过特殊的结构设计，使得螺栓预紧或松开时的力矩与反作用力矩在螺栓连接件内部完全平衡，不需要任何形式的反力支座，大大提高了效率，并且对被连接工件表面无任何损伤。

3、由于螺栓预紧时的力矩与反作用力矩在螺栓连接件内部完全平衡，螺栓不受任何附加的偏心挤压载荷，严格保证了预紧扭矩的精度，并且螺栓预紧或松开均不会影响螺纹副的的配合精度。

4、采用单头的自平衡式大直径螺栓，螺栓预紧或松开时自身不会转动，不需要用扳手将螺栓本身的外六方头部（或其他结构）固定，简单方便，并且螺栓的头部可设计成圆形，加工更简单。

5、大大提高螺栓的初次安装及检修时拆卸的效率。

6、可用于高空作业等危险的连接场合。

7、扭矩转换接头内部的配对齿轮可不按1：1的传动比设计，以放大输出扭矩，增大扳手的适用范围。

附图说明

图1是现有带反力支座的机动扭矩扳手结构示意图；

图2是本发明中双头螺栓的一种结构示意图；

图3是本发明中双头螺栓的另一种结构示意图；

图4是本发明中单头螺栓的一种结构示意图；

图5是本发明中单头螺栓的另一种结构示意图；

图6是本发明中扭矩转换接头的一种结构剖视图；

图7是本发明中普通机动扭矩扳手的机构示意图；

图8是本发明中扭矩转换接头的另一种结构剖视；

图9是本发明的使用状态参考图。

图中标记：1为反力支座，2为螺栓本体，3为向外延伸设置的非圆截面定位段，4为非圆截面定位凹槽，5为单头螺栓，6为外套筒，7为内定位套筒，8为芯轴，9为从动传动齿轮，10为主传动齿轮，11为非圆截面内孔，12为箱体，13为普通机动扭矩扳手扭矩输出中心轴，14为普通机动扭矩扳手固定反力支座的非圆截面段，15为普通机动扭矩扳手，16为与大直径螺栓连接的螺母。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种自平衡式大直径螺栓，如图2所示，以双头螺栓结构为例，包括螺栓本体2，所述螺栓本体2的螺纹末端带非圆截面结构的定位段，所述非圆截面结构的定位段为在所述螺栓本体2的螺纹末端向外延伸设置的非圆截面定位段3，所述非圆截面定位段3的轴心与螺栓本体2的螺纹同轴。

如图6和7所示，一种用于上述自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，包括普通机动扭矩扳手15，如电动、气动、液压扭矩扳手等，在所述普通机动扭矩扳手15动力输出端设置有扭矩转换接头，所述扭矩转换接头包括箱体12、设置在所述箱体12内的用于将普通机动扭矩扳手15的中心轴13输出的扭矩进行转换的扭矩传递机构以及与大直径螺栓定位段配合的定位机构，所述定位机构与箱体12相对固定连接；在所述箱体12上设置有非圆截面内孔11，所述非圆截面内孔11与普通机动扭矩扳手15上用于固定反力支座的非圆截面段14匹配，所述箱体12与普通机动扭矩扳手15可拆卸式相对固定的连接在一起。

其中，所述扭矩传递机构包括与普通机动扭矩扳手15输出扭矩的中心轴13连接的主传动齿轮10、与所述主传动齿轮10啮合的从动传动齿轮9以及与从动传动齿轮9连接的外套筒6，所述外套筒6动力输出端置于箱体12外、与连接在螺栓本体2上的螺母16的外六方表面配合，所述外套筒6与从动传动齿轮9通过非圆截面配合，能沿其轴向移动，且两者之间存在周向转动间隙，能相对转动一定角度。

所述定位机构包括固定在箱体12内的芯轴8以及与芯轴8一端通过非圆截面配合的内定位套筒7，所述从动传动齿轮9绕芯轴8旋转，所述内定位套筒7的定位端与所述螺栓本体2螺纹末端的非圆截面结构的定位段配合。

其中，所述外套筒与螺母的外表面相配合的内孔的非圆截面为梅花形，所述内定位套筒与螺栓本体的向外延伸设置的定位段的非圆截面为梅花形。外套筒和内定位套筒均可系列化以适应不同规格的螺栓。

本发明的工作原理：如图9所示为螺栓预紧过程示意图，先手工将螺母16拧到接近被连接件表面，通过普通机动扭矩扳手设定螺栓预紧扭矩，一般情况下必须分两到三次预紧；然后将设置在普通机动扭矩扳手动力输出端的扭矩转换接头的内定位套筒固定在双头螺栓的梅花形非圆截面定位段上，当扭矩转换接头上输出扭矩的外套筒的梅花形内孔与螺母的外六方在角度方位上一致时，外套筒可直接套在螺母的外六方表面上，启动扳手即可预紧。但是多数情况下两者在角度上并不一致，由于外套筒与从动传动齿轮通过非圆截面配合，但两者之间存在周向转动间隙，可以相对转动一定角度，所以略为转动外套筒既可以和螺母对正。

其中，螺母在预紧或松开的过程中会随螺旋线与外套筒一起沿轴向运动，而外套筒与从动传动齿轮通过非圆截面配合，其配合面的压力会产生摩擦力，阻碍螺母与外套筒的轴向运动，但由于螺旋传动的关系，从动传动齿轮传递的扭矩产生的推动螺母与外套筒随螺旋线轴向运动的力远大于反方向的摩擦力，所以外套筒在传递扭矩的同时还能沿轴向运动。

松开螺栓的操作同上，普通机动扭矩扳手反转即可。

实施例2：

一种自平衡式大直径螺栓，如图3所示，以双头螺栓结构为例，包括螺栓本体2，所述螺栓本体2的螺纹末端带非圆截面结构的定位段，所述非圆截面结构的定位段为在所述螺栓本体2上、其螺纹末端设置的非圆截面定位凹槽4。如图8所述为与上述螺栓结构匹配的扭矩转换接头结构示意图，其中内定位套筒7的定位端为与该螺栓的非圆截面定位凹槽4配合的结构，其他结构、工作原理与实施例1中基本相同。

实施例3：

一种自平衡式大直径螺栓，如图4和5所示为单头螺栓结构示意图，在其螺栓本体的螺纹末端带非圆截面结构的定位段，所述非圆截面结构的定位段分别为实施例1和实施例2中的两种结构形式相同；用于上述两种结构形式的单头螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置分别与实施例1和实施例2中所述的结构相同。

实施例4：

在上述实施例1至3中所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其所述扭矩转换接头与普通机动扭矩扳手集成为一整体结构，其他结构与上述实施例基本相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.自平衡式大直径螺栓，包括螺栓本体（2），其特征在于：所述螺栓本体（2）的螺纹末端带非圆截面结构的定位段。

2.根据权利要求1所述的自平衡式大直径螺栓，其特征在于：所述非圆截面结构的定位段为在所述螺栓本体（2）的螺纹末端向外延伸设置的非圆截面定位段（3），或在所述螺栓本体（2）的螺纹末端设置的非圆截面定位凹槽（4），所述非圆截面结构的定位段的中心与所述螺栓本体（2）的螺纹同轴。

3.一种用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，包括普通机动扭矩扳手（15），其特征在于：在所述普通机动扭矩扳手（15）动力输出端设置有扭矩转换接头，所述扭矩转换接头包括箱体（12）、设置在所述箱体（12）内的用于将普通机动扭矩扳手（15）的中心轴（13）输出的扭矩进行转换的扭矩传递机构以及与螺栓定位段配合的定位机构，所述定位机构与箱体（12）相对固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其特征在于：在所述箱体（12）上设置有非圆截面内孔（11），所述非圆截面内孔（11）与普通机动扭矩扳手（15）上用于固定反力支座的非圆截面段（14）匹配，所述箱体（12）与普通机动扭矩扳手（15）可拆卸式相对固定的连接在一起。

5.根据权利要求3或4所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其特征在于：所述扭矩传递机构包括与普通机动扭矩扳手（15）输出扭矩的中心轴（13）连接的主传动齿轮（10）、与所述主传动齿轮（10）啮合的从动传动齿轮（9）以及与从动传动齿轮（9）连接的外套筒（6），所述外套筒（6）动力输出端置于箱体（12）外、且通过非圆截面内孔与连接在螺栓本体（2）上的螺母（16）的外表面配合，所述外套筒（6）与从动传动齿轮（9）通过非圆截面配合，能沿其轴向移动，且两者之间存在周向转动间隙，能相对转动一定角度。

6.根据权利要求5所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其特征在于：所述定位机构包括固定在箱体（12）内的芯轴（8）以及与芯轴（8）一端通过非圆截面配合的内定位套筒（7），所述内定位套筒（7）的定位端与所述螺栓本体（2）螺纹末端的非圆截面结构的定位段配合。

7.根据权利要求6所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其特征在于：所述外套筒（6）与螺母（16）的外表面相配合的内孔的非圆截面为梅花形，所述内定位套筒（7）与螺栓本体（2）上向外延伸设置的非圆截面的定位段（3）或定位凹槽（4）相配合的非圆截面为梅花形。

8.根据权利要求3所述的用于自平衡式大直径螺栓连接的专用机动扭矩扳手装置，其特征在于：所述扭矩转换接头与普通机动扭矩扳手（15）集成为一整体结构的专用扭矩扳手，扭矩输出端绕中心轴旋转，而中心轴相对于专用扭矩扳手固定。

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