CN1040255A - 带螺纹套筒的夹紧装置 - Google Patents

Abstract

夹紧装置(100)包括锥套(6，7)，它们可沿轴向相对运动，并在沿某个方向运动时径向扩张，因此可以将一个外部零件(2)在轴(1)上牢固地夹紧。锥套(6，7)轴向相对移动是通过一个具有不同螺距螺纹(18，19)的螺纹套筒(30)来实现的，螺纹(18，19)拧在处于夹紧区外面的锥套(6，7)端头相应的螺纹(16，17)上。沿这个方向或那个方向旋转螺纹套筒(30)，可以使夹紧装置夹紧或松开。

Description

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述类型之夹紧装置。

由DE-OS    3444608已知一种这类夹紧装置。夹紧装置设计成一种构成结构组合件形成的夹紧机构，它有一个内圆柱面和一个外圆柱面，此夹紧机构例如可装在轴的外圆面与围绕此轴的外部零件内圆面之间的空腔中。因此，轴和欲加以固紧的外部零件都无需对其圆周表面作特殊加工，尤其是不必设置圆锥面，否则对许多特别重的零件要增加许多附加的加工费用。

已知的这种夹紧装置有两个锥套，夹紧时通过拧紧螺纹套筒使它们轴向相对移动，并在沿锥面滑动时朝径向扩张，从而使外部零件夹紧在轴上。内锥套上有一外螺纹，它在轴向与锥面连接，螺纹套筒通过其内螺纹可旋在它的上面。螺纹套筒轴向支靠在外锥套上，当它旋转时可使外锥套轴向移动。在外锥套开缝弹性扩张的情况下，螺纹套筒通过一个轴向的其端部有一径向外突凸缘和凸肩，啮合状地插入外锥套上相应的内圆围的槽中，所以旋在内锥套上的螺纹套筒可轴向拉、压外锥套，从而借助于此螺纹接头可使夹紧装置夹紧或松开。

EP-PS7217中描述了一种类似的现有技术，但它的螺纹套筒插入外锥环的外圆周槽中。

现有技术的共同点是，虽然在夹紧时通过螺纹套筒的直接靠紧可产生大的轴向力，但为了使它松开，必须将径向外突的凸缘插入另外一个零件的槽中，这就意味着增加费用，结构方面往往难以安排，尤其是轴向力的接受能力受到限制，因为凸缘只提供啮合的侧面，由于结构上和/或装配方面的原因，插入深度不可能大。然而，当锥角是自锁的，并甚至具有在自锁范围内的一个很小的锥角，因而自锁效果十分明显时，那么，使锥面沿轴向彼此拉开所需要的力量很大，在轴的直径较大时，所需的力肯定会超过这种现有结构所能提供的值。

本发明的目的是设计一种此类夹紧装置，它可提供大的力量来夹紧或松开。

此目的首先通过权利要求1中所述的本发明来达到。

使用带不同螺距螺纹的螺纹套筒，可使带有压紧锥面的零件轴向拉紧或压开。此时无需外部挡块，因为螺纹套筒通过其螺纹与两个带锥面的零件连接，有能力传递相同大小的夹紧力和松开力。不需要为松开锥套作特殊的结构设计。锥套可通过其自锁角高效地将轴向压紧力转变为径向夹紧力，同样由于有此自锁角，故当实现夹紧后，即使撤去轴向压紧力，它们仍能保持彼此的紧固状态。

一个螺纹可提供与螺纹侧面数量相同的多个制动面，所以各制动面的负载可降至其相应的分数，与现有技术中的啮合凸缘相比，显著提高了可传递的轴向力。加工螺纹比制造背切的槽和/或凸缘要简单，后者在装配时要插接的相邻零件中至少有一个必须产生弹性变形。

由DE-PS894339还已知一种可用于管接头中的带逆向螺纹的螺纹套筒。其中，锥面与螺纹套筒处于同样高度，所以要把带有锥面的零件的和螺纹套筒的结构高度加起来，这有时会导致超过容许的总高度。本发明的重要优点在于，螺纹套筒与锥面夹紧区在轴向处于前后位置，所以在锥面区中可以是这样的一种结构，即径向与螺纹结构无关，在锥面夹紧区中只需要很小的空间。外部零件的内圆周面的直径只需要比轴的直径略大。

由CH-PS265280还已知一种带逆向螺纹的螺纹套筒。不过它涉及的并不是夹紧装置，因为一个锥形面直接加工在外部零件上。螺纹套筒上的螺纹设计成内螺纹和外螺纹，于是增大了结构的径向设计高度。锥角不是自锁的，故可传递的扭矩比较小。

从另一方面来看，本发明体现在权利要求2所述之内容中，其中所涉及的结构形式由US-PS    4268185的图8中已知。具有的优点与权利要求1所述之结构形式相同。

在按照权利3所述的最佳结构形式中，螺纹套筒上有一个右螺纹和一个左螺纹。其主要优点是可以较快地走过为克服加工误差造成间隙的较大的夹紧路径。

同样地还可以采用权利要求4所述之另一种方案。在螺纹旋向相同螺距不同时同样可使零件轴向相对移动。当强度高的螺纹选择的螺距区别不大时，则可通过一定的扭矩在螺纹套筒上产生特别大的轴向力和特别大的可传递扭矩。

螺纹的半径可彼此相同或彼此不同（权利要求5、6）。在个别情况下存在着结构设计问题。

为了避免因螺纹摩擦而损失起动力矩，可以至少将螺纹中的一个设计成滚珠螺纹（Kugelumlaufgewinde）（权利要求7）。

在首先可考虑采用的结构形式中，螺纹凸肩设在外锥套的薄壁端。拧紧时将外锥套在内部的锥形件上向上拉。

若在这一结构形式中要使装在外锥套上的外部零件在拧紧时沿轴向定位，按权利要求9可设纵向档块。

这种结构形式的一个重要设计是权利要求10的内容。当锥面在螺纹凸肩之下延伸时，则在拧紧夹紧装置时同样会使螺纹凸肩扩张，因此螺纹凸肩上螺纹啮合面的工作在夹紧力增加时得到了改善，也就是说，增大了螺纹的支承面。以此方式，减小了螺纹的单位面积压力。

按权利要求11所述的另一种在参考之列的结构形式中，使外锥环纵向移动不是通过拉，而是通过纵向推移。

在这种情况下，为了使外部零件沿纵向定位在轴上，可设置纵向档块，其形式例如为直径缩小形成的台阶。

拧紧螺纹套筒时，内锥环或内锥体通常反正不会旋转，所以在拧紧过程中不需要采取什么特殊措施来使这些零件固定不转。

不过为了与内锥环在轴上的附着无关，并能完成扭矩的传递，推荐一种按权利要求13所述支承在外部零件上的旋转工具。拧紧夹紧装置时，扭矩所产生的力只作用在夹紧机构内部带来剩余力，所以基本上不再可能滑转。

在按权利要求14所述之最佳结构形式中，旋转工具包括一个小齿轮，它的节圆直径比螺纹套筒直径小得多。当使用适合的工具，例如板手或摇把旋转小齿轮时，可相应于此直径之比来传递扭矩。

与小齿轮相配的齿可直接制在螺纹套筒的外圆周上，或制在一个可旋转固定地装在螺纹套筒上的专用工具上，工具外圆周上制有齿（权利要求15、16）。

此工具一般只能从侧面套在螺纹套筒上，此时螺纹套筒有多角形的外周，工具可在不同的角向位置放在它上面。不需要沿整个圆周都制有齿，而是只在一个与工具在螺纹套筒上的两个不同位置之间的角度差相应的圆弧段上才有。

在外部零件上支承着小齿轮，建议按权利要求18所述之结构形式，轴颈可旋转地装入孔中，或当小齿轮可在轴颈上旋转的情况下，轴颈可固定在孔中。

权利要求19、20和21中的传扭支架在超过极限扭矩，即夹紧装置发生滑动时进入工作，并根据转向松开螺纹套筒以免损坏轴和内锥环，或将螺纹套筒拧得更紧以使夹紧装置进一步张紧。

本发明还可以扩展到在举例说明中所列出的其它特征，以及已公开特征的所有组合。

图1    本发明第一种结构形式的侧视图，表示了过轴线的局部纵剖面;

图2和3    螺纹套筒中螺纹部分示意图;

图4    本发明另一种结构形式的上半部通过轴线的局部纵剖面;

图5    另一种结构形式的相应视图;

图6    旋转工具的功能示意图;

图7    按图6的局部左视图;

图8和9    旋转工具另一种结构形式相应的局部视图;

图10和11    带传扭支架的结构形式与图7和6相对应的视图。

借助于图1的夹紧装置100，可以在构成“内部零件”的轴1上夹紧一个用点划线表示的装在轴上构成“外部零件”的齿轮2。齿轮2上制有一个具有内圆柱面4的中心孔，其直径比轴1的外圆柱面稍大一些，外圆柱面5同心地插在齿轮2中心孔内。套装在一起的一个外锥套6和一个内锥套7的右端一起插入上述两个圆柱面之间的空腔中。外锥套6上有一个外圆柱面8，它紧靠在外部零件2的内圆柱面4上。外锥套6的内圆周面制成具有自锁锥角的“内圆锥面”11，它紧靠在内锥套7的外圆锥面12上，内锥套7通过它的内圆柱面9装在轴1的外圆柱面5上。

当外锥套6沿箭头3的方向相对于内锥套7轴向移动时，在锥面11、12所在区，亦即在夹紧区20中，造成了沿箭头13方向的扩张，从而使齿轮2被夹紧在轴1上。

为了使所作用的轴向位移力尽可能地转化为相应于箭头13方向的径向夹紧力，在锥套6、7的一个圆周位置处设贯通的长缝，如在锥套6上所表示的那样，在它的整个剖面上均未画断面线。在纵向看缝也可以只是局部的，在这种情况下沿圆周多个位置开缝，如在锥套7上所表示的那样。

锥套6、7处于外部零件2内、并于该处施加夹紧力的轴向区为夹紧区20。

沿轴向与夹紧区20连接的，亦即按图1在构成外部零件的齿轮左方的，是锥套6、7的螺纹凸肩14和15，它加工成带外螺纹的径向凸起或圆周台阶。螺纹凸肩14上制有右螺纹16，螺纹凸肩15上制成直径相同的左螺纹17。但也可以对螺纹旋向作相反的安排。

在螺纹16、17上装有一个螺纹套筒30，它的里面制有两个轴向相邻的内螺纹18、19，它可与螺纹16、17共同工作，这时只要例如将一种旋转工具插入沿螺纹套筒圆周分布的纵槽31中旋转螺纹套筒。

当沿某一个方向旋转螺纹套筒时，锥套6相对于锥套7例如沿箭头3所指方向移动，而当沿另一方向转动螺纹套筒30时，便可使它们沿相反方向移动。沿某一方向使外部零件2夹紧在轴1上，则沿另一方向松开此通过锥套6、7构成自锁的锥面夹紧装置。

由图1可见，螺纹套筒30和螺纹凸肩14、15在轴向与夹紧区20是分开的，因而可以将锥套6、7设计成在径向完全是薄壁状的，所以外部零件2的内圆柱面4的直径，只须比轴1的外圆柱面5的直径略大一些就行了。

如果在夹紧时要保持外部零件2在轴1上处于一个确定的位置，则可以在内圆面4的右边缘处设一个向内突起的圆周台阶21，它靠着内锥套7的外端面，或当外部零件2应固定在轴1的端头时，也可以使它靠在轴1的端头上。

在图2和3中举例示意表示了螺纹套筒30的以及当然也相应地包括螺纹凸肩14、15的螺纹结构，在其它还要介绍的螺纹套筒中也存在图中所表示的同样的螺纹结构。为了能看得更清楚些，在图中对螺距作了夸张的表示。在图2中，螺纹18是单头左螺纹，螺纹19是螺距相同的单头右螺纹。也可以根据要求选择不同螺距。在图3所示之实施例中，螺纹19仍是单头右螺纹，螺纹18″也是右螺纹，但其螺距大了一倍。在这种结构的情况下，当旋转螺纹套筒30时，同样会使通过螺纹19、18″驱动的两个零件沿轴向相对移动。

在夹紧装置100中，螺纹凸肩14设在外锥套6的薄壁端，螺纹凸肩15设在内锥套7的厚壁端。在图4所示的夹紧装置400中正好与之相反，螺纹凸肩14位于外锥6′的厚壁端，螺纹凸肩15反之，它位于内锥套7′的薄壁端。应拧紧螺纹套筒30′时，通过将锥锥套6′在锥套7′向上推移，使夹紧区20张紧。

与夹紧装置100的另一个区别是，在一侧共同工作的螺纹16′、18′以及在另一侧共同工作的螺纹17′19′，它们的直径不相同，所以螺纹套筒30′是阶梯状套筒。

若夹紧装置400按图4所示方式靠在轴1的台阶10上，从而使外锥套6′在图4中的右端面和/或外部零件2的右侧面紧靠在台阶10上时，则旋紧夹紧装置400时可使外部零件2精确地保持在其轴向位置上。

在按图5的夹紧装置500中，外部零件2通过其内圆柱面4直接装在轴1外圆柱面5的端头上。轴1上制有一同心的孔32，从而使这一部分成为壁厚较小的圆壁34。在孔32中装有夹紧装置500，它包括一个外锥套6，沿轴向在夹紧区20以外轴1端面前的外锥套6上，有一制有右旋或左旋外螺纹16的螺纹凸肩14。

在锥套6内装有一个内锥体33，在螺纹凸肩14沿轴向的外部，内锥体33的粗端带一个制有外螺纹17的径向凸起的螺纹凸肩15，它的外螺纹17与螺纹凸肩14的螺纹16具有相同的直径，但旋向相反。螺纹套筒30与螺纹16、17共同工作，这一螺纹套筒与图1中之螺纹套筒30是相同的。在旋转螺纹套筒30使夹紧装置500张紧时，孔32的圆壁34径向扩张，从而使零件1、2彼此在圆柱面5、4处旋转固定地夹紧。

也可以不采用相应的回转工具，例如用插在螺纹套筒30圆周上的槽31中的钩形板手来旋转螺纹套筒30，而是按图6至9所示，设置一个专用的回转工具。

在图6和7所示的结构形式中，螺纹套筒30在其外圆周上制有齿35，一个小齿轮40的齿与之啮合，小齿轮40通过轴颈41可旋转地支承在外部零件2上的一个与轴线平行的孔42中，小齿轮的另一端制有带板手工作面外伸部分43，摇把或板手可以套在它上面。在此实施例中，小齿轮40的齿节圆直径大约只是齿35节圆直径的四分之一，所以，以一定扭矩旋转小齿轮40时，在螺纹套筒30上大约施加有四倍于此的扭矩。图8表示了另一种结构形式。设有带板手开口51的工具50，其开口的大小与螺纹套筒30的外六角52相匹配。在工具50背离开口51的那一侧上制有齿53，小齿轮40的齿与之相啮合。当借助内六角44旋转小齿轮40时，使螺纹套筒30如同在图6和7所示结构形式中一样旋转。这种结构形式的优点是，工具50可以一侧套在螺纹套筒30上，因此轴1不需要有敞开的自由端，而且可以不象在图6和7所示结构形式中那样，每一个螺纹套筒上均须制齿，在这里，齿53只须加工一次，亦即只设在工具50上。

当按图8所示旋紧螺纹套筒30时，在小齿轮到达大约只沿90°的角度范围延伸的齿53的端头的情况下，要将工具50在螺纹套筒30上转插。

工具60与工具50有所不同，代替外齿53的是齿63的槽61，齿63制在槽内沿径向的外边界上，小齿轮40从里面与齿63啮合。工具60的圆形槽61的宽度，应使小齿轮40与外边界上的齿63啮合，而又不会通过圆形槽61的内边界掉出来。

图10和11中表示了一种传扭支架70，它装在已经夹紧好的夹紧装置6、7、30上。在此实施例中的螺纹套筒30，仍具有外六角52，传扭支架设计成带板手开口51的平板，开口51与此外六角52相匹配。在板手开口51的外面设有一个垂直于平板平面的孔71，螺钉72从此孔中穿过，拧在外部零件的螺纹73中。开口51构成了一个与传扭支架70的外六角52相适应的凹口，传扭支架70将螺纹套筒30与外部零件2旋转固定地连接起来。但这并非其主要作用，因为当螺纹套筒一旦拧紧后，由于角度是自锁的，锥环6、7彼此反正是紧固着的。传扭支架的基本作用开始于当夹紧装置的极限扭矩被超过时，这时夹紧装置在轴1上开始滑转。在这种情况下，外部零件沿扭矩方向带动传扭支架70，并因而带动螺纹套筒30，由此，根据螺纹的结构，使锥环6、7松开或拉得更紧。前者是为了在扭矩过大时立即减轻负荷，并防止破坏轴1和锥形环7共同工作的圆柱面。后者是为了通过立即进一步拧紧夹紧装置以传递更高的扭矩。在旋转方向相同的情况下，翻转夹紧装置和将传扭支架70装在外部零件2沿轴向的另一侧，可以改变传扭支架70的作用。

还可以通过以下做法来构成传扭支架，例如将图8中所示的工具50在装置拧紧后留在螺纹套筒30上，它用一个装在板手开口51外部的螺钉与外部零件2旋转连接起来，螺钉从点划线所表示的孔71中穿过。

传扭支架厚度不能太薄，使螺纹套筒在沿纵向的不同位置时也能被可靠地抓扣住。

Claims (21)

1、在至少一个具有外圆柱面(5)的内部零件(1)，特别是轴，与至少一个具有内圆柱面(4)的孔、孔内同心地装有内部零件(1)的外部零件(2)，特别是轮之间，传递扭矩用的夹紧装置，它有一个外锥套(6，6′)，外锥套上有一个与外部零件(2)的内圆面(4)贴合的外圆柱面(8)和一个与此同轴具有处于自锁范围内的锥角的内圆锥面(11)，有一个内圆锥套(7，7′)，内锥套上有一个与内部零件(1)的外圆面(5)贴合的内圆柱面(9)和一个与此同轴具有一个与内圆锥面(11)相同锥角的外圆锥面(12)，以及有一个围绕着内锥套(7，7′)的螺纹套筒(30、30′)，螺纹套筒通过内螺纹(19)旋在一个轴向与圆锥面(12的夹紧区(20)连接、位于外部零件(2)一侧之外、内锥套(7，7′)上外螺纹(17、17′)的螺纹凸肩(15)上，借助螺纹套筒可使锥套(6、6′；7、7′)通过沿圆锥面(11、12)的滑移轴向相互拉紧和彼此推开，其特征为：外锥套(6、6′)也有一个轴向与圆锥面(11)的夹紧区(20)连接位于外部零件(2)同一侧之外、带外螺纹(16、16′)的螺纹凸肩(14)；螺纹套筒(30、30′)上制有轴向与第一个内螺纹(19、19′)相邻、螺距与之不同的第二个内螺纹(18、18′)；以及此螺纹套筒(30、30′)的第二个内螺纹(18、18′)旋在外锥套(6、6′)的外螺纹(16、16′)。

2、在一个具有外圆柱面（5）的内部零件（1），特别是轴，与至少一个具有内圆柱面（4）、而此内圆柱面位于内部零件（1）轴向端头附近的外圆柱面（5）上的外部零件（2），特别是轮之间，传递扭矩的夹紧装置，它有一个设在内部零件（1）端头的同心圆柱形开口孔（32）;有一个锥套（6），锥套上有一个与孔（32）贴合的外圆柱（8）和一个与此同轴具有处于自锁范围内的锥角的内圆锥面（11）;有一个内锥体（33），内锥体上有一个与锥套（6）的内圆锥面（11）贴合、锥角与内锥面（11）相同的外锥面（12）;以及有一个螺纹结构，借助于它可将锥套（6）与内锥体（33）通过沿圆锥面（11、12）的滑移轴向相互拉紧和彼此压开，其特征为：内锥体（33）有一个轴向与圆锥面（12）的夹紧区（2）连接、位于外部零件（2）一侧之外、具有外螺纹（17）的螺纹凸肩（15）;外锥套（6）有一个轴向与内圆锥面（11）的夹紧区（20）连接、位于外部零件（2）同一侧之外、带有外螺纹（16）的螺纹凸肩（14）;围绕内锥体（33）的螺纹套筒（30）上设有两个轴向彼此相邻螺距不同的内螺纹（18、19）;以及螺纹套筒（30）的内螺纹（19）旋在外锥套（6）的外螺纹（16）上，螺纹套筒（30）的另一个内螺纹（18）旋在内锥体（33）的外螺纹（17）上。

3、按照权利要求1或2所述之夹紧装置，其特征为：螺纹（18、19）包括一个右螺纹和一个左螺纹。

4、按照权利要求1或2所述之夹紧装置，其特征为：螺纹（18″、19）包括旋向相同但螺距不同的螺纹。

5、按照权利要求1或2所述之夹紧装置，其特征为：螺距不同的螺纹（16、18;17、19），它们的半径是相等的。

6、按照权利要求1或2所述之夹紧装置，其特征为：螺距不同的螺纹（16、18;17、19），它们的半径也不相等。

7、按照权利要求1至6之一所述之夹紧装置，其特征为：至少一对共同工作的螺纹（16、18;17、19）设计成滚珠螺纹（Kugelumlaufgewinde）。

8、按照权利要求1至7之一所述之夹紧装置，其特征为：螺纹凸肩（14）设在外锥套（6）的薄壁端，螺纹凸肩（15）设在内锥套（7）或内锥体（33）的厚壁端。

9、按照权利要求8所述之夹紧装置，其特征为：在外部零件（2）上设有一个与内锥套（7）的端头或轴端接触的纵向档块（21）。

10、按照权利要求8或9所述之夹紧装置，其特征为：圆锥面（11、12）轴向一直延伸到朝着外部零件（2）的那一个螺纹凸肩（14）的下面。

11、按照权利要求1至7之一所述之夹紧装置，其特征为：螺纹凸肩（14）设在外锥套（6′）的厚壁端，螺纹凸肩（15）设在内锥套（7′）或内锥体（33）的薄壁端。

12、按照权利要求11所述之夹紧装置，其特征为：在内部零件（11）上设有一个与外锥套（6′）和/或外部零件（2）接触的纵向档块（10）。

13、按照权利要求1至12之一所述之夹紧装置，其特征为：设置一个通过旋转轴（41）支承在外部零件（2）上并与螺纹套筒（30、30′）圆周啮合的工具。

14、按照权利13所述之夹紧装置;其特征为：工具包括一个小齿轮（40），它的节圆直径比螺纹套筒（30、30′）的外圆直径小得多。

15、按照权利要求14所述之夹紧装置，其特征为：在螺纹套筒（30、30′）的外圆周上制有相应于小齿轮（40）的齿（35）。

16、按照权利要求14所述之夹紧装置，其特征为：设有一个可旋转固定地套在螺纹套筒（30）上的工具（50、60），在此工具的外圆周上设有齿（53、63）。

17、按照权利要求16所述之夹紧装置，其特征为：工具（50、60）可以在不同的角向位置套在螺纹套筒（30）上，齿（53、63）至少制在一个与角向距离范围相应的圆弧段上。

18、按照权利要求13至17之一所述之夹紧装置，其特征为：在外部零件（2）上设一个与轴线平行的孔（42），小齿轮（40）可绕轴颈（41）旋转地支承在此孔中。

19、按照权利要求1至18之一所述之夹紧装置，其特征为：设置一个固定在外部零件（2）上的螺纹套筒（30）的传扭支架（70）。

20、按照权利要求19所述之夹紧装置，其特征为：传扭左架设计成平板状，它有一个与螺纹套筒（30）的非圆外形（52）相匹配的开口（51），在开口（51）外面有一个孔（71），用以穿过一个拧在外部零件（2）上的螺钉（72）。

21、按照权利要求20所述之夹紧装置，其特征为：通过工具（50、60）构成传扭支架，在它上面有一个附加的孔（71′），用于穿过一个拧在外部零件（2）上的螺钉。

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