CN106224342A - 一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，包括螺栓、橡胶圈分体式垫片、套筒、平垫圈、螺母、上顶锥和下顶锥，上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒、平垫圈和螺母依次套设在螺栓上，调节螺母位置使得上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒、平垫圈和螺母相邻之间恰好端部相抵着；安装时，上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒连同螺栓一起从外侧穿入连接件的安装孔中，待套筒完全进入安装孔后，调节螺母位置使得套筒顶着下顶锥朝向上顶锥移动，橡胶圈分体式垫片在顶锥作用下撑开并卡在螺栓的头部与连接件内侧之间。与现有技术相比，本发明实现在连接件单侧、相对狭小的空间内完成连接件的紧固安装工作，使用方便，无需额外辅助工具。

Description

一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件

技术领域

本发明涉及土木建筑工程、机械装配技术领域，尤其是涉及一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件。

背景技术

当前在土木建筑以及机械安装领域，对结构件连接紧固的安装需求量大。就目前普遍使用的螺栓而言，在对构件实施连接紧固作业时，工作人员需要同时在构件两侧作业，即在一侧插入带螺帽的螺栓，然后在另一侧用工具将螺母拧紧。这种连接紧固方法结构简单、操作方便、承载好，但仅适用于开口截面构件中，在某些特殊场合中，比如对封闭截面构件或不方便在另外一侧操作的构件进行连接紧固时，就无法使用这种常用的螺栓螺母连接紧固方法。比如：在钢管结构及钢管混凝土结构中，梁柱连接节点处，由于钢管柱为闭合截面，不能在两边进行操作，只能单侧连接安装，因此无法采用这种常用的螺栓螺母连接紧固法进行紧固安装。而目前国内市场上没有相应的单边螺栓产品，已公开的相关专利或是对螺栓杆削弱过多或是螺栓头受力点过少，国外市场已有类似产品，但上述既有专利或产品均难以在安装阶段对螺栓施加较大的预拉力以形成摩擦型螺栓连接接头，其承载的综合力学性能并不理想，在建筑结构抗震设计应用中受到很大限制。

中国专利CN103671447A公开了一种分体嵌套式单边螺栓紧固件，它可以实现单侧作业从而完成结构件的连接与紧固。然而这种分体嵌套式单边螺栓紧固件中的分体式垫片需要靠支撑杆进行引导，在安装上有较大的不便。

目前已经实现的分体嵌套式单边螺栓紧固件安装工具虽然能实现分体式垫片的安装，但是在一些实际工况中，安装空间较为狭小，无法实现螺栓紧固件各个组件的轴向展开，从而无法完成垫片安装。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，实现在连接件单侧、相对狭小的空间内完成连接件的紧固安装工作，使用方便，无需额外辅助工具。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，包括螺栓、橡胶圈分体式垫片、套筒、平垫圈和螺母，还包括上顶锥和下顶锥，所述上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒、平垫圈和螺母依次套设在螺栓上，上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒均紧贴着螺栓的螺杆，且上顶锥的小端面和下顶锥的小端面相对设置，调节螺母位置使得上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒、平垫圈和螺母相邻之间恰好端部相抵着。

安装时，上顶锥、橡胶圈分体式垫片、下顶锥、套筒连同螺栓一起从外侧穿入连接件的安装孔中，待套筒完全进入安装孔后，调节螺母位置使得套筒顶着下顶锥朝向上顶锥移动，橡胶圈分体式垫片在上顶锥和下顶锥的作用下撑开并卡在螺栓的头部与连接件内侧之间，最后拧紧螺母，完成安装。

所述橡胶圈分体式垫片包括橡胶圈和若干个分体式垫片，所述橡胶圈套设在呈圆周分布的若干个分体式垫片上。

分体式垫片的数量为四片。

所述橡胶圈分体式垫片的外径小于安装孔的直径0.5mm-4mm。

所述上顶锥和下顶锥的小端面直径均与橡胶圈分体式垫片的内径相同，且上顶锥和下顶锥的高度均为橡胶圈分体式垫片的高度的一半。

所述套筒由弹性材料制作而成，且套筒的长度大于安装孔的厚度。

所述套筒的长度满足以下公式：

$C\≥2\mathrm{\π}\·(\frac{H}{2}+\frac{L^2}{8H})\·arccos\left(\frac{\frac{L^2}{8H}-\frac{H}{2}}{\frac{H}{2}+\frac{L^2}{8H}}\right)$

式中，C为套筒的长度，H为橡胶圈分体式垫片的厚度与套筒的厚度之差，L为安装孔的厚度。

所述套筒的内壁上设有齿状部。

所述套筒的厚度大于等于下顶锥的大端面的外径与内径之差。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、只需单侧工作，即可完成螺栓的连接紧固安装作业，相比现有技术，安装时无需支撑杆等额外的辅助安装工具，有效地避免工程现场安装的繁琐，分体嵌套式锥度螺栓紧固件的各部件之间相互配合，共同实现紧固功能，资源利用率高；

2、分体式垫片在橡胶圈的作用下保持小体积，可从单侧穿过安装孔，并在上顶锥和下顶锥的共同作用下实现周向上的展开，进而卡在螺栓的头部与连接件内侧之间，最终利用轴向上螺栓头部与橡胶圈分体式垫片、平垫片与螺母在安装孔的两侧作用力，实现连接件的紧固；

3、实现在较小的安装孔空间内，安装较大的分体式垫片，从而使同等承载条件下可缩小安装孔径，降低安装孔对结构件承载的负面影响，具有较好的力学性能；

4、上顶锥和下顶锥的小端面直径均与橡胶圈分体式垫片的内径相同，有利于橡胶圈分体式垫片在安装前保持最小体积的收缩状态，以及安装时两个顶锥利用斜面顺利撑开橡胶圈分体式垫片，同时上顶锥和下顶锥的高度均为橡胶圈分体式垫片的高度的一半，使得安装完成后的整个紧固件在轴向上没有空余的间隙，即各部件之间紧密连接、相互作用，紧固状态稳定性强；

5、套筒由弹性材料制作而成，且套筒的长度大于安装孔的厚度，使得套筒足够推动下顶锥将橡胶圈分体式垫片置于撑开状态，同时在拧入螺母的过程中，套筒多出来的长度部分被挤压入安装孔中，使得套筒与下顶锥接触的部分能一直能提供下顶力，维持橡胶圈分体式垫片撑开状态的稳定，套筒的厚度大于等于下顶锥的大端面的外径与内径之差也是为了保证套筒对下顶锥有稳定的作用面积；

6、套筒的内壁上设有齿状部，配合套筒长度的选择，有利于促使弹性套筒在安装孔内压缩成中部向外凸起的弧形，套筒除了在轴向上提供维持橡胶圈分体式垫片撑开状态稳定的挤压力，套筒弧形凸起部分还在周向上对两个连接件的接触面作用，保证两个连接件安装孔的对齐，有利于避免安装孔错位情况的产生；

7、整个分体嵌套式锥度螺栓紧固件为轴对称结构，安装分体式嵌套螺栓安装完成之后，螺栓与分体式垫片的受力比较均匀，力学性能比较好；

8、整个螺栓紧固件原理简单，易于操作，能满足各种不同位置的连接件的紧固安装作业，运用的范围更为广泛；

9、结构紧凑，减小了整体结构的空间体积，总体尺寸较小，实现了安装时将垫片与螺栓件整体插入到安装孔中，可以在一些狭小的空间内完成单边螺栓紧固件的安装。

附图说明

图1为本发明中主要构件示意图；

图2为本发明中安装前各组件位置及安装方向示意图；

图3为本发明中橡胶圈分体式垫片处于撑开状态示意图；

图4为本发明中套筒挤压变形及完成安装时示意图。

图中：1、螺栓，2a、上顶锥，2b、下顶锥，3、橡胶圈分体式垫片，3a、分体式垫片，3b、橡胶圈，4、套筒，5、平垫圈，6、螺母，7、连接件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，包括螺栓1、橡胶圈分体式垫片3、套筒4、平垫圈5、螺母6、中空的上顶锥2a和中空的下顶锥2b，上顶锥2a、橡胶圈分体式垫片3、下顶锥2b、套筒4、平垫圈5和螺母6依次套设在螺栓1上，上顶锥2a、橡胶圈分体式垫片3、下顶锥2b、套筒4均紧贴着螺栓1的螺杆，且上顶锥2a的小端面和下顶锥2b的小端面相对设置，调节螺母6位置使得上顶锥2a、橡胶圈分体式垫片3、下顶锥2b、套筒4、平垫圈5和螺母6相邻之间恰好端部相抵着，此时橡胶圈分体式垫片3处于收缩状态。如图3和图4所示，安装时，上顶锥2a、橡胶圈分体式垫片3、下顶锥2b、套筒4连同螺栓1一起从外侧穿入连接件7的安装孔中，待套筒4完全进入安装孔后，调节螺母6位置使得套筒4顶着下顶锥2b朝向上顶锥2a移动，橡胶圈分体式垫片3在上顶锥2a和下顶锥2b的作用下撑开并卡在螺栓1的头部与连接件7内侧之间，最后将螺母6拧紧，利用轴向上螺栓1头部与橡胶圈分体式垫片3、平垫片与螺母6在安装孔的两侧作用力，实现连接件7的紧固。

橡胶圈分体式垫片3包括橡胶圈3b和若干个分体式垫片3a，呈圆周分布的若干个分体式垫片3a通过橡胶圈3b连为一体，其外径略小于连接件7的安装孔，使其在收缩状态下能顺利通过安装孔，橡胶圈分体式垫片3的外径小于安装孔的直径0.5mm-4mm，本实施例中，分体式垫片3a的数量为四片，橡胶圈分体式垫片3的外径小于安装孔的直径2mm。

两个顶锥成对使用，分别布置于橡胶圈分体式垫片3的两侧。两顶锥的小端直径(顶锥小端直径＝内径＝外径)与橡胶圈分体式垫片3内径相同，高度为橡胶圈分体式垫片3高度的一半。安装时，四块分体式垫片3a在下顶锥2b推力的作用下沿锥度斜面被逐渐撑开，并在上顶锥2a相同锥度斜面的作用下保持整个撑开过程的稳定性，且可以防止分体式垫片3a受到周向的扩张力而翻转，避免垫片整体变形。

套筒4材料为弹性材料，其厚度大于等于下顶锥2b的大端面的外径与内径之差，其长度比连接件7厚度略长，长度足够推动下顶锥2b将橡胶圈分体式垫片3置于撑开状态。在拧入螺母6的过程中，套筒4多出来的长度部分被挤压入安装孔中，如图4所示，使得套筒4与下顶锥2b接触的部分能一直能提供下顶力，维持橡胶圈分体式垫片3撑开状态的稳定，同时弹性套筒4在安装孔内压缩成中部向外凸起的弧形，套筒4弧形凸起部分在周向上对两个连接件7的接触面作用，保证两个连接件7安装孔的对齐，有利于避免安装孔错位情况的产生。

本实施例中，套筒4的内壁中部上设有齿状部，有利于促进弧形的形成，且套筒4的长度满足以下公式：

$C\≥2\mathrm{\π}\·(\frac{H}{2}+\frac{L^2}{8H})\·arccos\left(\frac{\frac{L^2}{8H}-\frac{H}{2}}{\frac{H}{2}+\frac{L^2}{8H}}\right)$

式中，C为套筒4的长度，H为橡胶圈分体式垫片3的厚度与套筒4的厚度之差，L为安装孔的厚度，以保证弧形凸起的部位可以产生足够的周向作用力。

螺栓1的螺杆末端还可以设置半圆形片状凸起，还可以设置半圆形卡环，该半圆形卡环可以绕螺杆末端转动90度，即在立起和平放之间切换，平放时半圆形卡环套设在螺杆末端，用于在安装时固定住螺栓1，便于旋转螺母6。

具体安装方式如下：

1.将上顶锥2a、橡胶圈分体式垫片3、下顶锥2b、套筒4、平垫圈5、螺母6依次从上到下放置在螺栓1内，上顶锥2a大端朝上，下顶锥2b大端朝下；

2.将上顶锥2a、橡胶圈分体式垫片3、下顶锥2b、套筒4一起穿入连接件7的安装孔中；

3.待套筒4完全进入安装孔后，固定住螺栓1，旋动螺母6，使得螺母6带动套筒4、下顶锥2b向上移动，橡胶圈分体式垫片3在上顶锥2a和下顶锥2b的作用下撑开并卡在连接件7内侧；

4.将螺母6拧紧，完成紧固件的安装工作。

如图4所示，螺栓1锁紧时，其锁紧力由橡胶圈分体式垫片3、平垫圈5与连接件7紧压产生的正压力提供。由于橡胶圈分体式垫片3、平垫圈5的材料屈服极限都很高，不易被压匮，使得锁紧时能提供的锁紧力非常大，且不易因振动失效，能应用在钢结构节点连接处。

本发明的提出可积极推广基于单面紧固连接的结构件安装施工新工艺，推动土木建筑构件预配置与现场安装施工新工法，以提高施工效率、实现节能减排、保护生态环境。

Claims (9)

1.一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，包括螺栓(1)、橡胶圈分体式垫片(3)、套筒(4)、平垫圈(5)和螺母(6)，其特征在于，还包括上顶锥(2a)和下顶锥(2b)，所述上顶锥(2a)、橡胶圈分体式垫片(3)、下顶锥(2b)、套筒(4)、平垫圈(5)和螺母(6)依次套设在螺栓(1)上，上顶锥(2a)、橡胶圈分体式垫片(3)、下顶锥(2b)、套筒(4)均紧贴着螺栓(1)的螺杆，且上顶锥(2a)的小端面和下顶锥(2b)的小端面相对设置，调节螺母(6)位置使得上顶锥(2a)、橡胶圈分体式垫片(3)、下顶锥(2b)、套筒(4)、平垫圈(5)和螺母(6)相邻之间恰好端部相抵着；

安装时，上顶锥(2a)、橡胶圈分体式垫片(3)、下顶锥(2b)、套筒(4)连同螺栓(1)一起从外侧穿入连接件(7)的安装孔中，待套筒(4)完全进入安装孔后，调节螺母(6)位置使得套筒(4)顶着下顶锥(2b)朝向上顶锥(2a)移动，橡胶圈分体式垫片(3)在上顶锥(2a)和下顶锥(2b)的作用下撑开并卡在螺栓(1)的头部与连接件(7)内侧之间，最后拧紧螺母(6)，完成安装。

2.根据权利要求1所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述橡胶圈分体式垫片(3)包括橡胶圈(3b)和若干个分体式垫片(3a)，所述橡胶圈(3b)套设在呈圆周分布的若干个分体式垫片(3a)上。

3.根据权利要求2所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，分体式垫片(3a)的数量为四片。

4.根据权利要求1所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述橡胶圈分体式垫片(3)的外径小于安装孔的直径0.5mm-4mm。

5.根据权利要求1所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述上顶锥(2a)和下顶锥(2b)的小端面直径均与橡胶圈分体式垫片(3)的内径相同，且上顶锥(2a)和下顶锥(2b)的高度均为橡胶圈分体式垫片(3)的高度的一半。

6.根据权利要求1所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述套筒(4)由弹性材料制作而成，且套筒(4)的长度大于安装孔的厚度。

7.根据权利要求6所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述套筒(4)的长度满足以下公式：

$C\≥2\mathrm{\π}\·(\frac{H}{2}+\frac{L^2}{8H})\·arccos\left(\begin{array}{c}\frac{L^2}{8H}-\frac{H}{2}\\ \stackrel{\‾}{\frac{H}{2}+\frac{L^2}{8H}}\end{array}\right)$

式中，C为套筒(4)的长度，H为橡胶圈分体式垫片(3)的厚度与套筒(4)的厚度之差，L为安装孔的厚度。

8.根据权利要求6所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述套筒(4)的内壁上设有齿状部。

9.根据权利要求1所述的一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，其特征在于，所述套筒(4)的厚度大于等于下顶锥(2b)的大端面的外径与内径之差。