CN103032441A - 锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锁紧装置，该锁紧装置用于沿锁紧方向将工件锁紧，并包括主体、锁紧活塞和调节装置。其中，主体用于连接到协同固定部件，并具有第一端面和调节孔。第一端面与锁紧方向正交并面对工件，第一端面上设有凹槽。调节孔用于容纳弹性胶体，并具有被封闭的第一端和敞开的第二端，第一端处或第一端附近设有连通孔，连通孔将调节孔与凹槽连通。锁紧活塞设置在凹槽中并能够从凹槽朝着工件运动。调节装置设置在调节孔中，并能够沿调节孔的轴线的方向运动以使弹性胶体经过连通孔进入凹槽。根据本发明的锁紧装置适用于各种震动、快速转动、大力量设备和狭窄的空间，具有经济高效、重量轻、精度高等优点。

Description

锁紧装置

技术领域

本发明涉及锁紧装置，尤其涉及利用弹性胶体的锁紧装置。

背景技术

大型机械设备上使用的大螺母在紧固时需要借助专用工具或机械扳手，费时费力；为了锁紧，往往还需要增加备紧螺母。尽管如此，其锁紧效果仍然可能难以达到要求。于是，在冶金机械、矿山机械以及大型机床等机器设备中，轴类部件的轴向固定和锁紧部位常常使用液压螺母作为机械紧固件。在经常拆装的螺栓、超大螺栓的预紧、大型工件的锁紧等场合中，液压螺母也是首选的锁紧装置。

发明内容

液压密封系统的结构、性能、机加工工艺等是影响产品质量、生产效率、寿命的重要因素。目前的国产液压螺母普遍存在寿命短、易泄漏、依赖外接油路等缺点，高性能要求的工况下基本依赖进口产品，而进口产品一直存在价格昂贵、供货周期长等瓶颈。

近年来，以弹性胶体作为阻尼介质的平衡装置、缓冲器、减振器、液压缸等不断地发展，逐渐被广泛地应用于冶金、港口、船舶、交通运输等工业领域中。弹性胶体是公知的高分子合成材料，已被广泛应用于工业减振器的设计制造。弹性胶体主要在粘度和压缩性能两个方面具备独特的性能特点，另外还具备显著的热稳定性、化学稳定性以及不老化等一系列优点。

本申请公开了利用弹性胶体的锁紧装置，其中所采用的“弹性胶体”的粘度在500000至20000000cst之间。由于弹性胶体的粘稠性能而产生了极高的粘滞摩擦，其值远远高于普通液压油(粘度通常只有50至500cst)性能。粘度决定了其缓冲减震的性能，而且具有优良的可密封性。此外，当弹性胶体因施加外力而受压缩时，其内部压力显著上升，当压力增加到4000bar时，其收缩率大约为15％。弹性胶体的可压缩性决定了其弹性性能。

本发明的一种实施例涉及一种锁紧装置，用于沿锁紧方向将工件锁紧，所述锁紧装置包括：

主体，用于连接到协同固定部件，所述主体具有：

第一端面，第一端面与锁紧方向正交并面对工件，第一端面上设有凹槽；

调节孔，用于容纳弹性胶体，调节孔具有被封闭的第一端和敞开的第二端，第一端处或第一端附近设有连通孔，连通孔将调节孔与凹槽连通；

锁紧活塞，锁紧活塞设置在凹槽中并能够从凹槽朝着工件运动；

调节装置，调节装置设置在调节孔中，并能够沿调节孔的轴线的方向运动以使弹性胶体经过连通孔进入凹槽。

在一种实施例中，主体具有中心通孔，中心通孔的轴线平行于锁紧方向。

在一种实施例中，协同固定部件是穿过中心通孔的轴部件，中心通孔具有用于与轴部件啮合的螺纹。

在一种实施例中，调节孔的轴线平行于第一端面，并且不与中心通孔的轴线相交。

在一种实施例中，调节孔的数目是两个、三个或更多个。

在一种实施例中，调节孔在主体的周向上是均匀分布的。

在一种实施例中，调节装置包括调节螺丝和与调节螺丝相连接的调节活塞，调节活塞比调节螺丝更靠近第一端，调节孔的第二端设有与调节螺丝啮合的螺纹。

在一种实施例中，调节装置还包括密封件，密封件防止弹性胶体从调节活塞与调节孔之间的间隙泄漏。

在一种实施例中，调节孔是形成于主体中的通孔，第一端处沿着从第二端向第一端的方向依次设有用于密封的O型圈、挡圈和固定到主体的堵盖。

在一种实施例中，调节孔是形成于主体中的通孔，第一端处沿着从第二端向第一端的方向依次设有用于密封的O型圈、支撑块和固定到主体的堵盖，其中，支撑块沿调节孔的径向的位置是浮动的。

在一种实施例中，凹槽是围绕中心通孔的环形凹槽。

在一种实施例中，主体包括螺母主体和分体环，螺母主体的、与工件相对的表面从外周向中心通孔依次包括第一部分、高于第一部分的第二部分、高于第二部分的第三部分，分体环被固定到第一部分。

在一种实施例中，分体环与第一部分之间由螺栓固定。

在一种实施例中，分体环在与螺母主体接触的位置处形成有凹部，凹部中设有O型圈，该位置面对着第一部分与第二部分之间的侧壁。

在一种实施例中，凹槽中设有密封件以防止弹性胶体从凹槽泄漏。

在一种实施例中，密封件设在凹槽的底壁与锁紧活塞之间。

在一种实施例中，锁紧活塞与密封件具有彼此咬合的形状，从而连接在一起。

在一种实施例中，锁紧活塞在面对凹槽侧壁的两个表面设有凹部，密封件是设在凹部中的O型圈。

根据本发明各种实施方式的弹性胶体锁紧装置通过采用合理的机械结构和高压密封技术，利用向其内部填充的弹性胶体，能够由较小的力矩自身产生极大的锁紧力，在很小的空间内即可实现锁紧。这些锁紧装置适用于各种震动、快速转动、大力量设备和狭窄的空间，具有经济高效、重量轻、精度高等优点。

附图说明

图1示出了根据本发明的锁紧装置在使用状态下的示意图。

图2示出了根据本发明第一实施例的锁紧装置的侧视剖视图。

图3示出了沿图2中的A-A线所取的俯视剖视图。

图4示出了根据本发明第二实施例的锁紧装置的侧视剖视图。

图5示出了沿图4中的B-B线所取的俯视剖视图。

图6示出了根据本发明第三实施例的锁紧装置的侧视剖视图。

图7示出了沿图6中的C-C线所取的俯视剖视图。

图8示出了根据替代性实施例，锁紧装置的锁紧活塞处可以采用的密封形式。

图9是根据本发明各种实施例的锁紧装置的局部放大图。

图10A是根据本发明第三实施例的锁紧装置中分体环的受力图。

图10B是图10A的局部放大图，示出了分体环在轴向的受力情形。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的一些实施例进行说明。但是这些实施例仅仅是为了便于理解本发明而作为示例描述的，本发明的范围并不局限于这些具体实施例。另外，对于本申请中对于位置和结构关系所使用的“正交”、“平行”、“均匀分布”等术语，应当认为所描述的情形并不局限于几何意义上精确的垂直、平行和均匀分布，而是可以略为偏离理想情形，例如由于制造公差、误差或其他因素。

图1示出了根据本发明的锁紧装置100在使用状态下的示意图。如图1所示，锁紧装置100用于沿锁紧方向(在该示意图中，是向下的方向)将工件200锁紧。例如，锁紧装置100可以被连接到协同固定部件300。例如，锁紧装置100可以作为锁紧螺母而工作，轴部件300作为协同固定部件被旋入其中，从而向下对套在轴部件300上的工件200施力以将其锁紧。但是，锁紧装置并不限于螺母方式，而是可以通过其他固定方式连接到协同固定部件来对工件进行锁紧和定位。例如，锁紧装置也可以是压块等形式，并且与协同固定部件之间可以通过销、键等方式来连接。

图2示出了根据本发明第一实施例的锁紧装置100的侧视剖视图，图3示出了沿图2中的A-A线所取的俯视剖视图。如图2和图3所示，锁紧装置100包括主体1、锁紧活塞4和调节装置5。其中，主体1用于连接到协同固定部件300。主体1具有第一端面50，第一端面50与上述锁紧方向正交，并且在工作状态时面对工件200。第一端面50上设有凹槽。主体1中形成有调节孔2，调节孔2用于容纳弹性胶体并具有被封闭的第一端和敞开的第二端。例如，对于图3左侧示出的调节孔2而言，第一端是该调节孔的下端，而第二端是该调节孔的上端。图9中示出了图3的“I”区域的局部放大图；可以看到，在第一实施例中，各个调节孔2都是盲孔。调节孔2的第一端处或第一端附近设有连通孔3，连通孔3将调节孔2与第一端面50中的凹槽连通。锁紧活塞4设置在第一端面50的凹槽中，并因为受到弹性胶体的推力而能够从凹槽朝着工件200运动。调节装置5设置在调节孔2中，并能够沿调节孔2的轴线的方向运动以使弹性胶体经过连通孔3进入凹槽，同时弹性胶体体积被压缩，内部压强成比例增大。

在该实施例中，主体1被制成大致圆筒形状。此外，在该实施例中，主体1具有中心通孔，该中心通孔的轴线(如图2的中心线所示)平行于上述锁紧方向，该结构便于实现轴端的锁紧。协同固定部件300可以是穿过该中心通孔的轴部件，中心通孔具有用于与轴部件啮合的螺纹(如图所示)。凹槽可以是围绕中心通孔的环形凹槽。上述结构仅仅是示例性的。主体1并不限于圆筒形状，也可以是其他形状，例如多边形(例如正方形、正六边形等)。主体1也可以不设置中心通孔，而是通过例如设在主体1侧面等处的机械结构而连接到协同固定部件300。相应地，凹槽也可以不是环形，而采用柱形等其他形状。

如图3所示，该实施例的锁紧装置100包括三个调节孔，这些调节孔在主体1的周向上均匀地分布，并且各个调节孔的轴线不经过主体1的中心通孔的轴线(即不与该轴线相交)。如图2所示，调节孔2的轴线与第一端面50平行。虽然图3中仅示出了三个调节孔的示例，但是本发明不限于此，调节孔的数目可以是一个、两个、三个或更多个。对于具有多于一个调节孔的情形，第一端面50上也可以不是设置一个连续的凹槽，而设置与调节孔的数目相应的分段凹槽，并使每个调节孔仅与某一个或某几个凹槽相连通。另外，调节孔2的延伸方向也不限于所示的示例；其延伸方向既可以不与第一端面50平行，也可以与中心通孔的轴线相交。

在第一实施例中，调节装置5包括调节螺丝51和与调节螺丝51相连接的调节活塞52，其中，调节活塞52比调节螺丝51更靠近调节孔2的第一端，从而能够压缩调节孔2中的弹性胶体并将其向连接孔3中推动。调节孔2的第二端设有与调节螺丝51啮合的螺纹(如图3所示)。另外，调节装置5还可以包括密封件53，密封件53例如可以采用密封圈形式，并可以防止弹性胶体从调节活塞52与调节孔2之间的间隙泄漏。根据本发明的锁紧装置中所用的调节装置不限于该示例，只要能够在主体1的外部对调节装置5进行控制以对调节孔2中的弹性胶体施压即可。

第一端面50的凹槽中可以设置密封件6以防止弹性胶体从凹槽泄漏。如图2所示，密封件6可以设在凹槽的底壁与锁紧活塞3之间。另外，对于一些振动小、压力低、不经常拆卸的工况，可以使用如图8所示的密封结构。图9示出了图8中的区域“V”的局部放大图，其中，锁紧活塞3在面对凹槽侧壁的两个表面设有凹部，密封件是设在这些凹部中的O型圈。该结构采用两部分O型圈的密封形式，简化了结构。

根据本发明的弹性胶体锁紧装置利用了液压传动原理及弹性胶体的可压缩性。通过旋动侧面的调力螺丝，使得端面的环活塞产生较大的推力，从而达到夹紧工件的目的。例如，对于第一实施例的锁紧装置100，在工作时先将工件200安装在协同固定部件300上(例如将轴部件300穿过工件200中的通孔)，之后将锁紧装置100安装到相应位置(例如将轴部件300旋到锁紧装置100的中心通孔中的螺纹)。在对锁紧装置100进行预紧后，将各个调节螺丝51旋紧，则调节孔2中的弹性胶体受到挤压并从连通孔3流入到设在第一端面50上的凹槽，同时由于弹性胶体的可压缩性，弹性胶体体积被压缩，内部压强成比例增大，压力也同时被传递到凹槽中的锁紧活塞4，使锁紧活塞4顶住工件200，消除轴部件300与工件200之间的螺纹间隙，实现工件200的锁紧。在对锁紧的工件200进行拆卸时，沿反向将调力螺丝51拧松，则弹性胶体回弹，经过连通孔3而自动回流到调节孔2中，向锁紧活塞4施加的压力从而被自动卸载，锁紧装置100就可以从轴部件300拆下。

根据第一实施例的锁紧装置，不需要现有技术的液压螺母中所需的外接油路，因而操作简单并可以免维护。另外，对于该锁紧装置只需要施加较小的力矩就可以产生极大的夹紧力，例如一般只需要手动施加30Nm的力矩就可以实现400KN的夹紧力。该锁紧装置采用了高压技术，只需很小的空间即可完成锁紧，并且多个锁紧装置可以同时使用以达到更好的锁紧效果。该锁紧装置可以适用于各种震动、快速转动、大力量设备和狭窄空间的环境，并具有经济高效、重量轻、精度高等优点。

图4示出了根据本发明第二实施例的锁紧装置100A的侧视剖视图，图5示出了沿图4中的B-B线所取的俯视剖视图。根据第二实施例的锁紧装置100A与根据第一实施例的锁紧装置100具有基本上相同的结构，只是其中的调节孔2A与第一实施例中与锁紧装置100的调节孔2不同。在第二实施例中，调节孔2A是形成于主体1A中的通孔，在第一端(对于图5左侧的调节孔2A，是该调节孔2A的下端)处沿从第二端(该调节孔2A的上端)向第一端的方向依次设有用于密封的O型圈7、挡圈8以及固定到主体1A的堵盖9，从而将第一端封闭。图9示出了图5中“II”区域的局部放大图。堵盖9例如可以通过螺纹方式固定到主体1A，如图5和图9所示；但是也可以通过其他方式固定到主体1A。

在根据第二实施例的锁紧装置100A中，以形成于主体1A中的通孔2A作为调节孔，并在该通孔加工完毕后在尾部(第一端)采用堵盖9、挡圈8和O型圈7将其密封。与盲孔相比，机加工通孔有利于排屑，能显著提高孔表面粗糙度质量。

图6示出了根据本发明第三实施例的锁紧装置100B的侧视剖视图，图7示出了沿图6中的C-C线所取的俯视剖视图。根据第三实施例的锁紧装置100B与根据第一实施例的锁紧装置100具有基本上相同的结构。但是在根据第三实施例的锁紧装置100B中，主体1B采用了分体式结构，包括螺母主体14和分体环12。其中，螺母主体12的下表面(即与工件200相对的表面)包括呈台阶形的三个部分。这三个部分从螺母主体14的外周向着中心通孔依次是第一部分、高于所述第一部分的第二部分、高于所述第二部分的第三部分，分体环12被固定到所述第一部分。在图6和图7所示的实施例中，分体环12与所述第一部分之间由螺栓11固定，二者之间还可以设有锁紧垫圈10，以改善固定效果；但是分体环12与螺母主体14之间也可以采用其他方式来实现固定。通过该部分的台阶形结构，如图10A所示，在锁紧反力N的作用下，凹槽内的弹性胶体被压缩，内部压强升高，从而对周围的腔体内壁产生膨胀力，使分体环受到径向力P1。而如图10B所示，分体环在轴向受到的力P2相互抵消。因此，分体环只受径向力而不受轴向力，大大提高了系统安全性能。

在根据第三实施例的锁紧装置100B中，在分体环12被固定到螺母主体14之后，分体环12的下表面(即与工件200相对的表面)可以与螺母主体14的下表面大致平齐，二者共同形成主体1B的第一端面50，并在分体环12与螺母主体14之间形成用于容纳锁紧活塞4的凹槽。另外，优选地，如图6所示，分体环12在与螺母主体14接触的位置(该位置面对着螺母主体14的第一部分与第二部分之间的侧壁)处形成有凹部，该凹部中设有O型圈13，以防止凹槽中的弹性胶体从分体环12与螺母主体14之间的间隙泄漏。作为替代或者补充，也可以将该凹部以及其中的O型圈设在螺母主体14中。

此外，图9示出了图6中的“IV”、“VI”区域的局部放大图。可以看到，图6中的“IV”区域与图1、2、4中的相应区域类似，锁紧活塞4与密封件6具有彼此咬合的形状，从而连接在一起，密封件6的摩擦力以及被密封的腔体内部形成的真空可以防止密封件6和锁紧活塞4脱落。

根据第三实施例的锁紧装置100B将主体1B设计为分体结构。由于分体环12不承受任何轴向压力，而只承受径向张力，这确保了分体结构的实现。通过给主体1B采用分体结构，使得主体1B的有关密封接触表面(包括图7中在螺母主体14的第一部分、第二部分、第三部分之间形成的两个台阶侧面，以及分体环12的内侧面)都可以采用磨削加工，从而大大降低了加工难度并提高了加工精度和加工效率。因此能够更好地确保密封寿命，并能够保证批量加工的工艺。

另外，对于在主体中形成通孔、并通过将通孔的一段封闭来形成调节孔的情形，对通孔进行封闭所用的堵盖也可以采用分体结构。如图7所示，调节孔2的第一端处沿着从第二端向第一端的方向依次设有用于密封的O型圈7、支撑块15和固定到主体1B的堵盖9A，其中，O型圈7套在支撑块15的凸起部分上，堵盖9A起到支撑和止退作用；即，支撑块15沿调节孔2的径向的位置是浮动的。堵盖的这种分体式结构能够降低螺纹与调节孔2之间的同轴度要求，从而解决精度问题并降低加工难度。而且由于支撑块15在径向的位置是自由浮动的，因此密封效果较好。另外，分体式结构的堵盖不限于用在第三实施例中。例如对于第二实施例也可以采用。图9示出了图7中的“III”区域的局部放大图。

虽然已经参考各种实施例对本发明进行了说明，但是这些实施例仅仅是作为示例的，本发明的范围并不局限于这些具体实施例，而由权利要求及其等同解释来限定。

Claims (18)

1.一种锁紧装置(100，100A)，用于沿锁紧方向将工件(200)锁紧，所述锁紧装置的特征在于包括：

主体(1)，用于连接到协同固定部件(300)，所述主体具有：

第一端面(50)，所述第一端面与所述锁紧方向正交并面对所述工件，所述第一端面上设有凹槽；

调节孔(2)，用于容纳弹性胶体，所述调节孔具有被封闭的第一端和敞开的第二端，所述第一端处或所述第一端附近设有连通孔(3)，所述连通孔将所述调节孔与所述凹槽连通；

锁紧活塞(4)，所述锁紧活塞设置在所述凹槽中并能够从所述凹槽朝着所述工件运动；

调节装置(5)，所述调节装置设置在所述调节孔中，并能够沿所述调节孔的轴线的方向运动以使所述弹性胶体经过所述连通孔进入所述凹槽。

2.如权利要求1所述的锁紧装置，其中，所述主体具有中心通孔，所述中心通孔的轴线平行于所述锁紧方向。

3.如权利要求2所述的锁紧装置，其中，所述协同固定部件(300)是穿过所述中心通孔的轴部件，所述中心通孔具有用于与所述轴部件啮合的螺纹。

4.如权利要求2所述的锁紧装置，其中，所述调节孔(2)的轴线平行于所述第一端面，并且不与所述中心通孔的轴线相交。

5.如权利要求1所述的锁紧装置，其中，所述调节孔(2)的数目是两个、三个或更多个。

6.如权利要求5所述的锁紧装置，其中，所述调节孔(2)在所述主体的周向上是均匀分布的。

7.如权利要求1所述的锁紧装置，其中，所述调节装置(5)包括调节螺丝(51)和与所述调节螺丝相连接的调节活塞(52)，所述调节活塞比所述调节螺丝更靠近所述第一端，所述调节孔的第二端设有与所述调节螺丝啮合的螺纹。

8.如权利要求7所述的锁紧装置，其中，所述调节装置(5)还包括密封件(53)，所述密封件防止所述弹性胶体从所述调节活塞与所述调节孔之间的间隙泄漏。

9.如权利要求1所述的锁紧装置，其中，所述调节孔(2)是形成于所述主体中的通孔，所述第一端处沿着从所述第二端向所述第一端的方向依次设有用于密封的O型圈(7)、挡圈(8)和固定到所述主体的堵盖(9)。

10.如权利要求1所述的锁紧装置，其中，所述调节孔(2)是形成于所述主体中的通孔，所述第一端处沿着从所述第二端向所述第一端的方向依次设有用于密封的O型圈(7)、支撑块(15)和固定到所述主体的堵盖(9A)，其中，所述支撑块沿所述调节孔的径向的位置是浮动的。

11.如权利要求2所述的锁紧装置，其中，所述凹槽是围绕所述中心通孔的环形凹槽。

12.如权利要求2所述的锁紧装置，其中，所述主体包括螺母主体(14)和分体环(12)，所述螺母主体的、与所述工件相对的表面从外周向所述中心通孔依次包括第一部分、高于所述第一部分的第二部分、高于所述第二部分的第三部分，所述分体环被固定到所述第一部分。

13.如权利要求12所述的锁紧装置，其中，所述分体环(12)与所述第一部分之间由螺栓(11)固定。

14.如权利要求12所述的锁紧装置，其中，所述分体环(12)在与所述螺母主体接触的位置处形成有凹部，所述凹部中设有O型圈(13)，所述位置面对着所述第一部分与所述第二部分之间的侧壁。

15.如权利要求1所述的锁紧装置，其中，所述凹槽中设有密封件(6)以防止所述弹性胶体从所述凹槽泄漏。

16.如权利要求15所述的锁紧装置，其中，所述密封件设在所述凹槽的底壁与所述锁紧活塞之间。

17.如权利要求15所述的锁紧装置，其中，所述锁紧活塞与所述密封件具有彼此咬合的形状，从而连接在一起。

18.如权利要求15所述的锁紧装置，其中，所述锁紧活塞在面对所述凹槽侧壁的两个表面设有凹部，所述密封件是设在所述凹部中的O型圈。

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