CN1065032C - 加长夹紧范围内具有匀强夹紧的改进型高强度单面螺栓 - Google Patents

Abstract

夹持工件用的单面紧固件有：一芯杆螺栓或销钉，在销钉的闭塞侧有一头部，在销钉上有多条螺纹或夹紧槽；有一主套筒和一可扩张套筒，当将相对轴向力施加到销钉上时它就强迫可扩张套筒抵压在主套筒上使可扩张套筒膨胀并形成一个承受负荷的闭塞头，单面紧固件还含有一个限定出紧固件夹紧范围的夹紧调节结构，由于销钉头作用使夹紧调节结构的一个易断部被剪切，于是闭塞头与闭塞侧面啮合单面紧固件可用通常的非单面紧固件安装工具。

Description

加长夹紧范围内具有匀强夹紧的 改进型高强度单面螺栓

本发明与下列美国专利有关：在1993年1月12日以专利号5，178，502发布的关于“高强度单面螺栓”的专利，以及在1993年5月25日以专利号5，213，460发布的关于“在加长的夹紧范围内具有均匀强夹紧的高强度单面螺栓”的专利。

本发明涉及由多件组成的紧固件，更具体地说则涉及一种螺纹扭力式或拉紧式的高强度单面螺栓，该螺栓采用一旋挤结构并可最终对夹持在一起的载件提供一个高夹紧力。如同上述有关专利提出的，这种单面紧固件除了具有一般用途外，在采用匣式梁或柱的结构、桥梁和类似结构中是特别有用的，尤其是当接近工件一侧操作受阻碍或受限制时更为有用。

一般说来本发明的紧固件还涉及由多件组成的单面螺栓紧固件，该紧固件包括一主套筒、一个可扩张套筒和一个销钉，其中可扩张套筒可在通过销钉施加的相应轴向力的作用下沿径向扩张并形成一个闭塞头。在这方面，除了上面提到的专利以外，一般来说本发明的闭塞螺栓还关联到1972年2月22日发布的且授予Joseph H、Massa的美国专利3，643，544号中所示型式的螺纹单面紧固件；这种型式的紧固件曾由美国的Monogram航天紧固件公司和Voi-shan制造公司以商品名Visu-Lok及／或(JO-BDLT)出售。还请看1966年7月26日发布的，授予R．Waefz等人的美国专利3，262，353号；1956年10月9日发布的，授予J．LaTorre的美国专利2，765，699号；1959年5月19日发布的，授予Brilmeyer的美国专利2，887，003号；以及1963年10月22日发布的，授予Orloff的美国专利3，107，572号。如同在有关的美国专利5，213460号中所指出的，现有单面螺栓紧固件具有一定的问题，因为主套筒能将可产生夹紧载荷的力中的相当大的部分吸收掉，另外，夹紧载荷、抗拉强度及闭塞侧的凸出部在紧固件的夹紧范围内会发生变化。在这方面，紧固件的夹紧范围可由被单个紧固件夹紧在一起的工件的最大总厚度与最小总厚度之差所限定。而在本发明中，所提供的独特的单面螺栓结构可有宽的夹紧范围并能在该宽的夹紧范围内形成一个具有均匀结构的高强度闭塞头。这样均匀结构的闭塞头将在夹紧范围内具有同样的闭塞侧凸出部。此外本发明还提供一个使用高强度材料的结构，从而形成一个高强度的紧固件并与此同时得到高而均匀的夹紧力。

在本发明的一种形式中，采用一种张力控制型的螺纹螺帽及芯杆螺栓或销钉结构。在该实施例中，螺帽件可用螺纹啮合在销钉体的螺纹部上。有一花键部设在销钉体的末端。这时可用一安装工具，该工具具有一个适合与花键部啮合的中承窝件，还具有一个用来夹紧螺帽的外周扳手件，由此可将扭矩施加到芯杆螺栓或销钉与螺帽之间使之发生相对旋转，这样螺帽便可利用螺纹拧入到销钉上以便得到所需的夹紧。设置在销钉上的一对套筒，包括一个可扩张套筒和一个主套筒在所施加的扭矩的作用下共同构成一个闭塞头。

在具有扭力式结构的本发明中，当将扭矩施加到螺帽和销钉之间时，螺帽先通过一个夹紧调节件将轴向力传送到主套筒上。同时，销钉有一加大的头部，该头部将一个反向的轴向力传送到可扩张套筒上。当扭矩及所造成的相应轴向力增加时，反向抵压在主套筒上的可扩张套筒就沿径向扩展，形成一个闭塞头。可以看到在紧固件的加长的夹紧范围内提供了具有均匀形状的闭塞头。

在该安装阶段，工件还没有受到通过销钉施加在螺帽和夹紧调节件及闭塞头之间的任何夹紧载荷。为了使闭塞头与闭塞侧面接合，夹紧调节件上设有一个易断的阻抗件或剪切件，该件将一个空腔堵住。该易断的剪切或阻抗结构可在一个预定大小的相应轴向力的作用下断裂从而使空腔不再被堵塞而可通过，从而允许套筒沿轴向移动使之摆脱与可扩张套筒的负荷承受关系；这样便可使完全成形的闭塞头与工件的闭塞侧面接触，而不再受与可扩展套筒基本上脱离承载啮合关系的主套筒的轴向约束，现在继续施加扭矩，所造成的相应轴向力便可通过销钉基本上完全作用在闭塞头和螺帽之间从而将工件拉紧在一起。将工件夹紧在一起的力可继续增加一直到得到一定大小的扭矩为止，达到该扭矩情况下一个设在芯杆螺栓或销钉上的带花键的销尾部分便从销钉上断裂开来。这个断裂载荷决定了最终加在工件上的夹紧载荷。

在本发明的一种实施形式中，单面螺栓所用的芯杆螺栓或销钉具有一个带花键的端部，其中键齿顶具有大体上与相邻芯杆螺纹齿顶相同的直径；有一延伸越过花键部螺纹部的连续螺纹。采用具有这样一种花键结构的销钉，就可采用通常用于非单面张力控制螺栓的双承窝驱动工具来安装这里提到的用于具有相同直径的工件孔中的单面张力控制螺栓。在所述花键结构的一种变型中，销钉螺纹部的花键部延伸越过裂颈槽。这一附加的花键部在裂颈槽断裂和销钉尾部移去后仍被保留。这样，这个在已断裂销钉端部的附加的花键部能被用来使固紧后的紧固件容易卸除或重新拧紧。

如此可见，夹紧调节件可以是一个比较简单的结构并可由高强度的材料制成，借此，易断的阻挡部或剪切部的强度能够设定在一个较高的水平。在这方面，这个较简单的结构很容易使剪切易断阻挡部的载荷设定在这样一个水平，既可高到足够保证闭塞头的形成又可低到足以使裂颈在达到最终夹紧的最终扭矩载荷之前断裂。

在本发明的一种实施形式中，主套筒和可扩张套筒大体上呈直管状结构并具有大致相同的横截面的，即在其长度上横截面没有任何明显的变化，并且闭塞头是通过柱载荷的作用使位于工件闭塞侧面之上的可扩张套筒的一部分鼓起而形成的。在这方面，这种型式的结构曾在下列专利中示出：1936年11月24日授予Huck的美国专利2，061，628号和2，026，629号，1938年4月19日授予Huck的美国专利2，114，493号，1950年10月24日授予Huck的美国专利2，527，307号。在可扩张套筒的所需部位上退火出一段环形的区带易于使闭塞头在预定的部位上形成。在这方面可参阅在1966年5月31日授予Orloff的美国专利3，253，495号。如此可见，鼓泡状的闭塞头能提供一个扩大的承受面，因此当工件孔明显大于紧固件的有效直径时特别有用。

单面紧固件常用闭塞头的另一种形式被称为喇叭状闭塞头。喇叭状闭塞头的一个例子曾在1964年6月9日授予P．J．Reynolds的美国专利3，136，204号中示出；并可参阅1977年3月22授予Ma-tuschek的美国专利4，012，984号，1984年5月29日授予Pratt的美国专利4，451，189号以及在1986年12月9日授予Dixon的美国专利4，627，775号。在本发明的一种形成喇叭状闭塞头的实施形式中，所形成的闭塞头其最终形状包括有鼓起的和喇叭状的两种闭塞头的结构构造从而提高闭塞头的强度。

如所提及的，本发明的紧固件具有一种独特的构造，其中施加在工件上的最终夹紧截荷可达到最大且可不被套筒吸收；同时该紧固件能具有一个可确定的、宽的夹紧范围并且在这个宽的夹紧范围内可获均匀的最大的最终夹紧截荷。如此可见，本发明的一种形式是通过提供一种用来在鼓起头形成后而易断阻抗件或剪切件还没有断裂之前控制施加在可扩张套筒上的轴向力大小的结构，达到防止可扩张套筒的扭曲变形。这种扭曲变形能使施加在工件上的最终夹紧载荷减少。

虽然本发明的特征是结合带螺纹的紧固件而示出的，但从上述的美国专利5，213，460号可以理解，这些特征中的某一些可被应用到拉紧式和旋挤式的紧固件中。同时本发明的特征可被应用到利用主套筒上带锥度的突出部使可扩张套筒沿径向扩展从而形成闭塞头的紧固件上，见上述美国专利5，178，502号和5，213，460号。

这样，本发明的高强度螺栓极适合用于那些需要采用高强度螺栓例如那些能符合ASTM A325或日本F8T规范的螺栓的应用中。在诸如匣式梁这类结构件，当接头后侧不好接近因而采用单面焊接、螺帽板和其他复杂结构的紧固件系统的情况下，这种螺栓也适用。在这方面，本发明的单面紧固件特别适合用于建筑物、桥梁及类似物的结构中，在此类结构中在能够提供高夹紧载荷的情况下高强度和耐久性也相当重要。

因此，本发明提供了一种将多个工件以所需夹紧载荷夹持在一起的单面螺栓，工件具有相互对准的孔并有一可接近的侧面和一闭塞的侧面，该螺栓可用安装工具从工件的可接近侧施加相应轴向力来安装，其特征在于，所说单面螺栓具有：一个销钉件，它具有细长销钉躯干，该躯干在加大的销钉头的一端终止；所述销钉躯干具有多条夹紧槽；一可接纳所说销钉躯干的通常为细长的管状套筒，所说管状套筒包括：一个第一套筒躯干部，它可在工件的对准孔内定位；和一个第二套筒躯干部，它可在所说销钉头与所说第一套筒躯干部之间的所说销钉躯干上定位，并且与所说第一套筒躯干部连接；配合装置，可操作地与所说套筒连接，并具有一个可被安装工具啮合的配合件，因此安装工具可将相对轴向力施加到所说销钉件和所说配合装置之间以便用第一种大小的相对轴向力将工件夹紧在一起；所说第二套筒部可在小于所说第一种大小的第二种大小的相对轴向力的作用下在所说销钉头和工件的闭塞侧面之间的一个位置上沿径向变形成为一个扩大的闭塞头以便反向抵压在闭塞侧面上；所述套筒件含有一载荷支承件，该载荷支承件用于向所述第二套筒躯干部通过所述第一套筒躯干部传递第二种大小的相对轴向力并响应于小于所说第一种大小和大于所说第二种大小的第三种大小的相对轴向力的作用，使第一套筒躯干部与所说销钉头脱离轴向负荷承受关系，从而使所说闭塞头可与闭塞侧面啮合，以致施加在工件上的所说第一种大小的相对轴向力和最终夹紧载荷将施加在所说销钉、所说闭塞头和所说配合装置之间；所说负荷承受件通常适宜设在工件可接近侧的对准孔的外面；所说配合装置具有一个可与所说夹紧槽一起动作的啮合部分，以便将所说销钉件和所说啮合部分连接在一起。

因此本发明的一个目的是要提供一种独特的单面螺栓结构以便易于采用高强度材料，从而制成一个具有宽夹紧范围的高强度紧固件。

本发明的另一个目的是要提供一种包括有独特的夹紧调节件并因而得到宽的夹紧范围单面螺栓结构。

本发明的另一个目的是要提供一种独特的单面螺栓结构，该结构具有能对加在可扩张套筒上形成闭塞头的载荷进行控制的特点，并有一个具有最大直径的花键部，因此能够提高强度，而且还能提供一个将鼓泡形与喇叭状组合起来的闭塞头。

本发明的另一个基本目的是要提供一种独特的高强度单面螺栓结构，它所形成的高强度闭塞头在一个宽的夹紧范围内具有一个均匀合乎需要的结构。

本发明还有另一个基本目的是要提供一种能提供较高的最终夹紧载荷的独特的高强度单面螺栓。

本发明的另一个基本目的是要提供一种采用张力控制式螺纹结构的独特的高强度单面螺栓，该螺栓在一宽的夹紧范围内提供一个大体上均匀的最终夹紧载荷。

结合附图阅读下面的说明及所附的权利要求书后即可对本发明的其他目的、特点和优点有清楚的了解。

图1为本发明的单面紧固件的纵向视图，有些部分用剖面示出，该紧固件的结构包括一个芯杆螺栓或销钉、一个螺帽、一个可扩张套筒、一个主套筒和一个夹紧调节件，这些部分安装在要夹持在一起的工件上；

图1A为图1的紧固件从图1中箭头1A的方向看去的按比例缩小的端视图；

图2为类似图1的按比例缩小的视图，它示出了在利用图上部分示出的安装工具，使可扩张套筒在一离开工件表面的某一位置沿径向膨胀而形成一个鼓起的闭塞头后的单面紧固件的情况；

图2A为图2的紧固件中圆2A按比例放大后的局部剖视图；

图3为类似图2的视图，它示出了：鼓起的闭塞头业已形成并且位于夹紧调节件结构上的一个易断阻挡部业已断裂使主套筒得以沿轴向移动到一空腔内从而使鼓起的闭塞头与工件后表面接合后单面紧固件的情况；

图4为类似图2和3的视图，它示出了在与鼓起闭塞头协同工作下的喇叭口状闭塞头形成后并且紧固件本身业已最终固定后单面紧固件的情况；

图5为图1中在圆5范围内的销钉头部分的按比例放大的局部剖视图，这样的结构有助于形成闭塞头的喇叭状部分；

图6为图4中在圆6的范围内的紧固件上某一部分的按比例放大的局部剖视图，图中示出由喇叭口状和鼓泡状组合的闭塞头；

图7为单面紧固件的局部剖视图，其构造与图1至6中的类似，只是带螺纹的花键部业已向内延伸并越过裂颈槽以便使紧固件的卸除及／或重新拧紧容易进行；

图8为类似图4的视图，示出图7中的单面紧固件在最终固定后的情况；

图9为一个单面紧固件的局部剖视图，该紧固件包含有一个等大的垫圈和在螺帽中的空腔它们可当作夹紧调节件的一种变型；

图10为具有单件结构的夹紧调节件另一变型的

剖视图；还有

图11为一含有另一种形式的夹紧调节件的单面紧固件的剖视图。

现在参阅图1，带螺纹式或扭力式的单面紧固件10含有一个芯杆螺栓或销钉12，一个环状螺帽14，一个可扩张的套筒16，一个主套筒18和一个夹紧调节构件或组件19，该组件是由一个承受负荷的垫圈或隔离垫圈20和一个易断的阻挡垫圈或剪切垫圈24组成的。承载垫圈20有两个相对设置的环状负荷承受面22和23及一个在其内端带有扩大沉孔27的中心通孔26。剪切垫圈24直径的大小正好能密合在承载垫圈20中的沉孔27内。在这方面，沉孔27的轴向深度大体上等于或略大于剪切垫圈24的厚度。剪切垫圈24沿径向向内部分伸展到孔26内以便使孔26局部堵塞，其目的将在以后说明。螺帽14有一带螺纹的孔29，从而螺帽14能够拧紧在销钉12细长躯干或杆体32一端螺纹部30的匹配螺纹28上。销钉12在其躯干32的另一端有一加大的头部34。销钉躯干32有一具有匀等直径的第一光滑躯干部36，36从头部34延伸到具有较小匀等直径的第二光滑躯干部38处，38延伸至螺纹部30。螺纹部30含有一段带花键的销钉尾部40。带花键的销钉尾部40是由多条沿轴向延伸的花键44形成的，在本发明的一个实施形式中，该部分具有一般常用的十二条花键齿的结构。销钉尾部40通过一个环状的裂颈槽46连接到螺纹部30的其他部分上。裂颈槽46具有较小的横截面面积，其设计是打算在安装周期结束时用预定的扭矩载荷使其断裂。第一躯干部36的直径D1大于第二躯干部38的直径D2，从而限定出环状止挡肩48。止挡肩48位于离销钉头38的预定距离L1处以便起止挡作用，其目的将在以后说明。

可扩张套筒16大体上呈均匀的管状结构，其内径和外径大体上都是匀等的，其内径D3大体上等于第一躯干部36的较大直径D1加上少量间隙以便装配。可扩张套筒16有一大体上均匀相等的外径D4。可扩张套筒16的长度L2长于止挡肩48离开销钉头34的预定距离L1，从而可扩张套筒16可伸展到第二躯干部38并继续延伸Lx。距离Lx可根据形成闭塞头所必需的长度来选择，这将在以后说明。

主套筒18大体上呈均匀的管状结构，其外表面具有基本上为恒定的最大外径D5，该外径大体上等于可扩张套筒16的外径D4。主套筒18具有一个有匀等直径D6的通孔，该直径D6一般等于螺纹部30的齿顶最大直径加上少量间隙以便装配。第二躯干部38的直径D2一般等于螺纹部30的滚动直径或节径；但将可注意到，由于螺纹28具有较浅的牙根结构，因此第二躯干部38的直径D2只是比螺纹28的最大直径28稍小，因此也比孔径D6略小。于是主套筒18的孔径D6就比可扩张套筒16的孔径D3小。这样主套筒18的壁厚t1就比可扩张套筒16的壁厚t2大上一个止挡肩48的径向深度d1。

在使用紧固件10时，可将主套筒18和销钉躯干32放入到两个对齐的分别设在一对工件54和56上的孔眼50和52内并从孔中伸出，使工件56的外表面58与承载垫圈20的负荷承受面22啮合。在这方面，负荷受面22具有足够大的有效承受面积，可使安装载荷以及在安装后施加在工件54和56上的工作载荷在工件外表面58上得到所希望的分布。另外，与之相对设置的负荷承受面23则完全与螺帽14的负荷承受面65啮合并提供一个坚硬耐磨的表面以便当螺帽14相对承载垫圈20旋转时抵抗螺帽14所施加的扭矩载荷。所选定的可扩张套筒16和主套筒18的外径D4和D5以间隙配合的方式与两个对齐孔50和52匹配并从50和52中穿过。在这方面，销钉头34的直径D7及两个套筒的外径D4和D5大体上相同，这样组件能以间隙配合的关系被接纳并穿过孔眼50和52。

现在请看夹紧调节组件19，阻挡垫圈或剪切垫圈零件24具有基本上平的结构并有一个小直径的中心孔60，60以微小的间隙配合接纳销钉12的带螺纹的躯干部30。承载垫圈20的中心孔26具有一个匀等的直径并在剪切垫圈零件24的外侧限定出一个宽大的外夹紧空腔64。夹紧空腔64在其外端被面对的螺帽14的负荷承受面65封闭。中心孔26的直径一般等于主套筒18的外径D5加上少量的间隙，在它们之间进行相对的轴向移动时此间隙减小摩擦阻力。易断剪切垫圈零件24具有预定厚度，并限定出具有选定宽度的剪切截面66，该截面可在一个预定的相对于中心孔26周边的剪切载荷下剪断，该载荷由销钉12与主套筒18之间的相对的轴向力造成。在剪切垫圈24的中心孔60与销钉12的螺纹部30之间的较紧密的公差配合可使这两个零件基本上保持同轴对准，同时还可使主套筒18与剪切垫圈24的环状剪切截面66保持同轴对准。所选择的夹紧空腔64的轴向深度d3限定出紧固件10的有效夹紧范围。

紧固件10可利用施加在销钉12和螺帽14之间的扭矩通过螺帽14与带螺纹的躯干部30上的螺纹啮合来固紧。现在请看图2-4，可利用一种本行业中一般都知道的工具68来完成安装，因此为了简洁起见图上只示出该工具68的一部分并略去了其具体细节。螺帽14具有常用的六角形外表面(见图1A)该外表面可被一套筒状外扳手件72驱动啮合，该扳手件72在其外端具有能匹配地接纳螺帽上表面70的六角形径向内表面74。(见图2)工具68的中心套筒件76的外端有一开有多条凹槽的径向内表面78，这些凹槽恰好能匹配地接纳构成销钉12的十二条键花键部40的多条花键44在工具68的一种形式中，中心套筒件76还可沿轴向弹性地向前移动以便与花键部40充分地啮合。外扳手件72和中心套筒件76相互间可相对旋转。这样在安装紧固件10时便可将工具68套在紧固件10的外端上，使外扳手件72与螺帽的六角形表面70啮合并使中心套筒件76与花键部40啮合。当驱动工具68时，外扳手件72便相对于中心套筒件76旋转，从而螺帽14便可用螺纹进一步拧入到带螺纹的躯干部30上。通常，在安装周期开始时只是转动中心套筒件76而不使外扳手件72转动，这样把销钉12及套筒16和18作为一个整体单元使它们相对于静止的螺帽14和承载垫圈20而旋转；当紧固件10的零件与工件54和56进入到负荷增加的状态时螺帽14转动，而销钉12及套筒16和18则保持静止。在任一种情况下当上述情况发生时都可使芯杆螺栓或销钉12沿轴向相对于螺帽14而移动。其时，中心套筒件76的沿轴向的弹性移动可允许它沿轴向向后移动，以适应销钉12相对于工具68的额外的轴向移动。在上述方式下由于工具68施加在销钉12和螺帽14之间的扫矩，在销钉12及主套筒18和可扩张套筒16之间便产生一个相对的轴向力。

同时，当销钉12通过相对于螺帽14的旋转开始沿轴向移动时，所施加的相对轴向力便会使可扩张套筒16上的柱载荷增加，使16沿径向向外鼓起或膨胀以致完全形成一个具有鼓起外形的第一闭塞头80，其位置是在距内工件54的闭塞侧壁82有一段距离的地方(见图2)。当相对轴向力增加时，易断的剪切垫圈24便沿剪切截面66断裂，使主套筒18和带有完全成形的鼓起的闭塞头80的可扩张筒16相互间自由地相对于承载垫圈20的负荷承受面22沿轴向移动。在这种条件下，鼓起的闭塞头80就可移动从而与内工件54的闭塞侧面82啮合(见图3)。

所选定的易断垫圈24的剪切截面66具有足够的抗剪切强度以便承受使可扩张套筒16鼓起形成鼓起头80所需的相对轴向力，并在此之后剪切截面66应折断使主套筒18的前端可在承载垫圈20的夹紧空腔64内移动。在本发明的一种实施形式中，所设置的剪切截面66的抗剪切强度为：在比图2所示可完全形成鼓起头80所需的轴向力高出约15％至25％的相对轴向力的作用下截面66剪断。

为了不使鼓起头80扭曲并保证剪切垫圈24在预定的载荷下剪断，在销钉12上设有止挡肩48以便在移动经过一段足够形成鼓起头80的预定距离后与主套筒18的迎面端86啮合(见图2A)。这一移动大体上是由距离Lx(见图1)限定的。因此主套筒18相对可扩张套筒16的任何额外移动将被阻止。同时在鼓起头80形成后施加在可扩张套筒16上的任何额外的轴向载荷也将显著减少消除。这样就可阻止过多的载荷施加到可扩张套筒16上，正是这种过多的载荷能够使与迎面套筒端86啮合的端头92发生径向扭曲；而这种扭曲能够对工件的孔眼50产生巨大的摩擦力。同时通过主套筒18所产生的足够的轴向载荷可保证剪切垫圈24被剪断。

所选定的夹紧空腔64的轴向深度d3比在如图2所示那样闭塞头80完全成形后从可扩张套筒16上闭塞头80的自由端面84到工件54的闭塞侧面82之间的距离L还要大。距离L可根据要夹持在一起的工件的总厚度来变化。在夹紧状态为最小，即工件54和56具有最小总厚度的情况下，距离L为最大，因此夹紧空腔深度d3应该至少略大于这个最大距离L，以便在紧固件10的夹紧范围内的所有夹紧状态下，都可保证在鼓起头80的自由端面84与闭塞侧面82啮合之前使主套筒18脱离与可扩张套筒16的承载啮合。这样便可保证使鼓起头80的端面84自由移动从而与工件54的闭塞侧面啮合，如图3所示。正如所指出的，当主套筒18脱离承载啮合时，由于螺帽14和芯杆螺栓或销钉12之间的扭矩所产生的全部相对轴向载荷便通过销钉头34和鼓起头80基本上完全施加在位于螺帽14和销钉12之间的工件54、56上。

为了使闭塞头结构的强度达到最佳，可将一个喇叭状的闭塞头与鼓泡状的闭塞头80结合起来形成一个双重的闭塞头结构。在闭塞鼓起头80与闭塞侧面82啮合并且主套筒18与止挡肩48的脱离承载啮合时，通过销钉头34将全部扭矩载荷重新施加到可扩张套筒16上。此情况发生并且相应轴向载荷增加时，当销钉头34移动进入可扩张套筒16的开口端时销钉头34的下表面85将开始从可扩张套筒16的端头92处切去一个环状材料94并使套筒16的那个端头沿径向向外扩张从而形成一个扩大的喇叭状头96。见图4和6。采用这种结构时，喇叭状头96可加强鼓起头80从而形成一个强度提高的组合闭塞头98。

在这种情况下所施加的扭矩和所造所的轴向载荷都被增加到一个预定的要求值，在这以后裂颈槽46折断，从而销钉尾部40被切断，安装工作即告完成，如图4所示。这样由图4的紧固件10所施加的和所得到的最后期望的夹紧载荷将可不受主套筒18的影响。

为了促进喇叭状闭塞头96的形成，销钉头34的下表面85沿径向向外并沿轴向向前倾斜。在本发明的一种实施形式中，相对于一个垂直销钉12中心轴线X的平面的倾斜角A被选定为12．5度左右(见图5)。此结构既可提高销钉头34的抗拉强度还可有助于剪切圆环94并形成喇叭状头96(见图6)。此时可扩张套筒16的啮合端92是在大体上垂直于销钉轴线X的平面内沿径向形成的。

从图6可见组合闭塞头98相对于环绕孔眼50和销钉头34的内表面82的承受面积来说具有一个大为增加的有效剪切面积。在这方面应该注意的是包括圆环94的喇叭状头96与鼓起头80基本上具有在负荷承受关系，因此对于施加在工件54、56上的载荷来说它们可看作一个单一的结构。

本发明的一个目的是要提供一种闭塞侧间隙B(见图1)为最小的高强度单面紧固件。在某些应用中当所安装的紧固件只须构成单一的闭塞头如鼓起头80时，那么可扩张套筒16的总长L2比起要形成鼓起和喇叭状组合的闭塞头98的可扩张套筒16可略小，可扩张套筒16的总长L2可以略为小些，初始预先设置的闭塞侧间隙B也可小些。但采用组合闭塞头时长度的增加是比较小的，并且在安装时即使长度稍有增加，其影响也可忽略不计，因为在形成喇叭状闭塞头96时销钉头34还要部分移动进入到可扩张套筒16的端头内。在任一种情况下都要将可扩张套筒16的额外长度保持为最小，为的是要减小柱负荷造成的应力，以免妨碍套筒16在柱负荷作用下鼓起并保证喇叭状闭塞头的形成。

正如所指出的，本发明的一个主要目是要提供一种具有很高强度的单面紧固件，它采用常用的高强度螺栓。除了提供一个具有高强度的闭塞头80外，所选择的紧固件10的材料应具有高强度，于是也就具有高硬度。因此芯杆螺栓或销钉12可由具有预定要求硬度的高强度钢制成。在本发明的一种实施形式中，销钉12是由AISI4140合金钢制成并具有Rc约在35至40之间的洛氏硬度。螺帽14可由同一材料制成，并在一种实施形式中，具有Rc约在28至34之间的洛氏硬度。

同时剪切垫圈24可由类似材料制成，但所具有的硬度须能剪切截面66上提供脆性断裂。在本发明的一种实施形式中，剪切垫圈24是由AISI 4140合金钢制成的，所具有的洛氏硬度Rc约在40至46之间。

承载垫圈20也可由铁类材料或其他材料如高碳钢制成。在本发明的一种实施形式中，承受垫圈20是由AISI 4130合金钢制成的，所具有的洛氏硬度约在39至44之间。采用这样的结构，夹紧调节结构或组件19的形成就可较为简单，同时承载垫圈零件20和易断的剪切垫圈零件24的材料可分别选择，使之能完成各自的最佳功效。

在这方面，主套筒18可由中碳淬硬钢制成，而可扩张套筒16可由在成形时经冷作硬化的低碳钢制成。为了使鼓起头80容易在所需部位上形成，可扩张套筒16可在一个用标号88(见图1)大致标出的区段上进行局部退火。退火区段88最好位于可扩张套筒16的整个长度的中部，以便在这个中间部位上以柱断裂或柱崩裂的模式形成鼓起的闭塞头80，同时便于使它不定向地装配到销钉12上。在本发明的一种实施形式中，主套筒18是由洛氏硬度Rc约在43至47之间的中碳钢制成。可扩张套筒16是由洛氏硬度在85Rb至大约95Rb之间的AISI 1018钢制成，其退水区段88的硬度按梯度下降到最低，最低的洛氏硬度约为60Rb。这样，由于销钉头34的强度明显比可扩张套筒16高下，斜面85的角度A(见图5)可根据啮合端处可扩张套筒16的形状来选定，以便切去圆环94并形成喇叭状头96。

在本发明的一个关于公称直径24mm(0．96英寸)且具有上述材料和结构的紧固件10的实施例中，可扩张套筒16的公称外径D4为24mm(0．96英寸)，内径D3为18．8mm(0．742英寸)。套筒16的总长度L2为43mm(1．70英寸)，在长度L2的中部设有退火带或软化段88。采用这样的结构便可形成包括鼓泡状头80和喇叭状头96在内的符合需要的组合闭塞头98。在这方面可以相信的是退火带或软化段88的部位应该设在可扩张套筒16的长度L2的中点(0．5XL2)上，偏离程度不应超过约6．4mm(0．25英寸)。同时，即使将软化段88设在套筒16的中点(0．5XL2)上，对于上面提到的结构，套筒16的总长L2应该最好不要小于约36mm(1．425英寸)。同时长度L2也不应显著地超过具上述结构的套筒16应有的长度。对于具有不同公称直径及／或不同材料的紧固件10中可扩张套筒16的具体尺寸可比照上述加以确定。

应该注意的是在某些应用例中套筒16和18可结合成为单件结构，见上面说过的美国专利5，213，460号。

正如所指出的，销钉躯干32最薄弱的部位是在裂颈槽46上，该槽46限定出销钉躯干上最小有效直径或横截面面积。为了使紧固件10的夹紧载荷能力达到最大并达到如同符合ASTM A325或日本F8T规范的螺栓所达到的较高的载荷水平，最好使裂颈槽46的直径达到最大，并由此而使该槽的强度达到最大。但在先有的结构中，这点是受到限制的，这是因为需要有一个花键部(如花键部40)而其最大直径必须小于螺帽(如螺帽14)内螺纹的最小直径，以便使螺帽能够在花键部上自由移动并与毗邻的销钉躯干的螺纹部进行螺纹啮合。在这种先有结构中，花键的齿顶或齿尖被要求具有一个比销钉螺纹上的根部直径小的直径，这样花键的齿根就基本限定出一个比销钉螺纹根部直径还小的最小直径，见上面说过的美国专利5，213，460号。在本发明中，螺纹部30的原始坯料直径和花键部40的坯料直径都与销钉躯干部38的直径D2相同。十二根键齿的花键部40可在冷锻过程中用冷成形方法形成销钉的在销钉坯料上制成。螺纹部30可利用同时在花键部40上进行的冷辊轧方法形成连续螺纹。或者可用在销钉坯料的端部切割花键槽的方法来形成花键，该销钉坯料具有与坯料邻接部相同的直径。然后通过对坯料上的花键端部及其邻接部进行辊轧来形成螺纹。结果将是在花键端部40及其相邻的螺纹部30的螺纹区段上有一连续螺纹。不论采用上述方法中的哪一种，在此之后，裂颈槽46都按所需的位置和所需的深度在螺纹部30上切出。甚至在另外一种实施形式中，花键可在螺纹形状已在端部上辊轧出以后再切削制成。在后一种情况下，裂颈槽46可作为设在花键部40和相邻螺纹之间的退刀槽以便使对花键的机加工或拉削容易进行。

采用上述独特的构造，螺帽14就可先利用螺纹旋过制有螺纹的花键部，然后再用螺纹拧入到螺纹部30的未制出花键的螺纹段上。采用这种方法，所设定的花键44的径向深度应使之具有所需强度，此时花键齿根部的最小直径Dr保持在最大值(见图1和1A)。同进花键44的齿顶或齿尖的最大直径可等于或略小于螺纹28的最大直径或齿顶直径。采用这种构造，可使裂颈槽46的强度达到最大，只要使其直径大体上略小于花键44的小直径或齿根直径Dr即可。同时，对于同一孔径这种使花键直径达到最大的特点允许使用那些用在现有常用的、张力控制型、非单面的、制有花键的螺栓上的、具有同样的内中心套筒扳手件76和同样的外六角套筒扳手件72的常用工具。

在这方面应该注意的是常用的、非单面的、张力控制型螺栓紧固件一般只包括一个螺栓和一个螺帽并可能还有一个承载垫圈。为了将具有大致相同孔径的不同工件夹持在一起，张力控制型螺栓(非单面的)紧固件中的螺栓件所具有的直径一般等于本发明中单面紧固件10的套筒16和18的外径D4、D5。这样常用的非单面的紧固件的螺栓便具有一个比目前的单面紧固件的销钉还要大的直径。但具有相对于销钉12直径而言为最大直径的独特的制有花键的销钉尾部40，它具有与在张力控制型螺栓上、常用的、直径减小的花键部相同的直径。同时，与张力控制型螺栓上螺帽的带螺纹孔相比，螺帽14的螺纹孔29较小。但单面紧固件10上用的螺帽14的六角形外表面70与常用的非单面张力控制型螺栓上螺帽的外表面相比具有相同的尺寸和形状。这样，由于常用的非单面紧固件的螺栓上的花键部与本单面紧固件10的销钉12都具有相同的直径和相同的花键外形，并且螺帽件也都具有尺寸和形状相同的六角形外表面，因此在具有同一孔径的工件上应用时，可用同一安装工具68来安装上述的任一种紧固件。一种可以替换应用在常用的非单面紧固件上和本发明独特的单面紧固件10上的这种常用工具已由日本的Maeda金属实业公司制出并以商标TONE和一种型号尺寸S-90EZ出售。

应该注意的是可使可扩张套筒16具有最小长度L2，此长度L2足以保证将鼓起闭塞头80大致均匀地成形到最终直径，并可形成喇叭状闭塞头96。这样一个具有最小长度的可扩张套筒16能够适应整个夹紧范围，而这个所述的可选择的范围是比较大的。其时，鼓起的闭塞头80可以不论夹紧范围的大小均具有一个比较大的且恒定的直径，这样便可为闭塞侧面82提供一个大的承受面积。大直径的鼓起闭塞头80还可使紧固件10能够应用到那些在工件孔眼50和52与可扩张套筒16之间具有较大间隙的情况下。

注意采用如图1-4所示的结构时，一个单一的可扩张套筒16能够应用到多个具有不同长度的紧固件例如紧固件10上，即销钉12和主套筒18都可长些或短些。另外，在空气中成形的且位于距工件后表面82一段距离处(见图2)鼓起的闭塞头80，其特征在于：在整个夹紧范围内造成一个均匀的位于后侧的凸出部(见图3和4)。

与带螺纹的销钉躯干部30最终完全啮合的螺帽14的螺纹数，被选定为足够使工件54和56的夹紧达到所需的高水平并能抵挡施加在接头上的最大的设计拉力载荷。这样所选择的螺帽14的高度或宽度H就要足够大以便提供必需的螺纹数，从而在螺纹完全啮合时抵挡上述这些载荷(见图1)。此时，所选定的带螺纹的销钉驱干部30的长度应能在整个夹紧范围内使螺纹部30能与螺帽14的螺纹作完全的螺纹啮合，而在安装后又可使突出的长度B为最小(见图4)。这样紧固件10的总长不论在安装状态还是未安装状态都可达到最小。

注意相对于销钉12螺纹部30的直径和工件孔眼50、52的直径主套筒18的壁厚能够达到最大。这样对于一个给定尺寸的紧固件10如2件孔眼50、52来说主套筒18的柱强度便可达到最大。在这方面，由于销钉躯干部36和38的阶梯型结构，主套筒18相对于可扩张套筒16来说具有一额外的壁厚，因此其柱强度还可进一步增加。此时易断垫圈零件24能承受的剪切载荷是容易调节的，只要对易断垫圈24的剪切截面66的厚度和强度进行选择即可，因此，易断垫圈24所用材料的抗剪切强度也可调节。用这种方法，所选择的可扩张套筒16具有较高强度结构和材料，需要较高的载荷来使它形成的鼓起的闭塞头80。结果可以得到一个具有较大总体强度的紧固件。

另外可以看到在将紧固件10安装好以后，可扩张套筒16和主套筒18限定出一个大体上连续的沿轴向的表面，以便与工件孔眼50和52的面对的表面接合。这样由于在工件孔眼50和52的表面与可扩张套筒16和主套筒18的表面之间基本上只有最小的间隙，因此接头的整体性可以提高。

为了使安装扭矩载荷减至最小并为了有助于使紧固件零件正常地发挥作用，并能对紧固件进行协调正确的安装，人们发现了一种合乎要求的高质量的烘烤成干膜的润滑剂如二硫化钼，将它施加在销钉12及承受垫圈零件20的所有表面上以便减少在紧固件10的运动部件之间的摩擦力。一种二硫化钼润滑剂如Kalgrad公司制造的KaljradFA使用结果令人满意。

抗腐蚀的电镀锌如蜡状润滑剂如石蜡也都可在螺帽14上使用。可扩张套筒16、主套筒18和剪切垫圈24是不需润滑及／或涂覆的；但在某些情况下类似螺帽14可扩张套筒16可被电镀。因此在可扩张套筒16上形成鼓起头和对剪切垫圈进行剪切的各个工序中，在芯杆螺栓或销钉12和可扩张套筒16之间或在可扩张套筒16和主套筒18之间基本上并没有相对转动。在这些销钉和套筒零件之间如有过度的相对运动，会使套筒端面86、92产生足够使套筒端面86、92膨胀的摩擦热，这会使紧固件不能正确地安装。因此采用上述构造时可以防止这种相对运动，当承受垫圈零件20和螺帽14静止不动时，销钉12和套筒零件能作为一个整体单元与销钉12一同旋转。当剪切垫圈24被剪切并且套筒16上的鼓起头80移动到工件54的后表面82上时，增大的夹紧载荷使销钉12、可扩张套筒16和主套筒18停止转动并且由于螺帽14单独地相对于销钉12而转动并压向静止的承载垫圈20，在工件54、56之间的夹紧载荷还会继续增长。正如所指出的，此时啮合表面和啮合螺纹上都被润滑从而可使摩擦力降为最小。

在某些应用中，除了在销钉12、螺帽14和承载垫圈20上涂敷及／或电镀外，还可将抗腐蚀油涂覆到可扩张套筒16、主套筒18和剪切垫圈24上。Amrep公司以商品名LANACOTE出售的油就是一种抗腐蚀油。在这种情况下，由于抗腐蚀油增加了润滑性，并且为了要阻止上面说过的不需要的相对转动，可使啮合面变得粗糙例如采用滚花或刻齿纹的方法。因此在这种情况下，主套筒18和可扩张套筒16的相对端面86、92都被弄得粗糙。此外销钉12的下表面85亦可类似地使它变得粗糙。这可在该零件进行冷锻时完成。这样在零件之间的不需要的相对转动就可被排除。

在安装周期中，重要的是主套筒18的轴线应与销钉12的轴线X基本上同轴对准。通过使螺纹部30的大直径接近于剪切垫圈24中心孔60的直径可以基本上保证这种对准。与此类似，在剪切垫片24的中心孔60与带螺纹躯干部30之间的紧密配合以及剪切垫圈24在承载垫圈20的沉孔27内的密配合有助于在主套筒18。剪切截面66和承载垫圈孔26之间得到所需的对准。

采用高强度、高硬度材料时最好要减少应力集中，例如在销钉头34的内表面85与光滑的躯干部36之间的交界处(见图5)就容易发生应力集中。解决的办法是对位于该交界处的弧形圆角提供一个大致为流线的形状。还应注意到可扩张套筒16的相对端面92一般为一基本上垂直于销钉轴线X的平面。此时在可扩张套筒16的相对端面92的内径上设有倒角59。倒角59加上在销钉头34下表面85与套筒端面92之间的径向内间隙，可以保证可扩张套筒16的相对端面92不会与圆角71啮合。在这方面，有助于装配的倒角59还可类似地设置在可扩张套筒16的两端以便成为一个对称的结构，这样在安装到销钉12上时就不再有必要专门为套筒16定向。此时主套筒18上的相对端面86一般为基本上垂直于销钉轴线X的平面。

另外，套筒16和18的平端面各自为对方提供良好的承受面。在这方面，主套筒18的平端面86还给剪切垫圈24提供良好的承受面。

除了减少上所述的应力集中外，最好不要减少在匹配螺纹间的应力集中。为此带螺纹躯干部30的螺纹28一般深度较浅且牙底具有大致为流线形轮廓。这样，在一个实施例中，螺纹28就采用槽形并运用以前指出过的’852 Dixon专利的概念。采用这种牙底构造，在螺纹28上的应力集中就可减少。如同在’852 Dixon专利中指出的，螺纹28可采用具有大体呈流线形浅螺旋线构造，这样便可得出一个能够提供所需高夹紧载荷的高强度接头结构。采用这种指出的浅螺纹结构，需要与螺帽14的螺纹作紧公差配合。在本发明的一个实施形式中采用第3级的螺纹配合。因此销钉躯干部30的螺纹28的大直径为0．612英寸，螺帽14的匹配螺纹上的大直径则为0．618英寸。

正如所指出的，最好本发明的高强度紧固件能对被固紧的接头提供一个高的最终夹紧载荷。为了得到这个结果，需要从安装工具68上获得包括在裂颈槽46处最终使销钉断裂的载荷在内的高安装载荷。但这些载荷都是以扭矩形式施加的，因此一般都会被工具68吸收，基本上并不传送到使用安装工具68的操作者身上。因此在裂颈槽46上使销钉断裂的高载荷基本上是由工具68借助于将扭矩施加到紧固件10上的方法予以吸收的。安装工具68所需安装扭矩的大小在使用上面说过的可选择的润滑方法后可以显著减少，这样工具68最终的输出旋转速率便可提高，因而安装所需时间则可显著减少。

可扩张套筒16采用最小长度L2的优点之一是可显著地减少闭塞侧间隙B(见图1)。而且闭塞侧最终安装间隙B’也可减少(见图4)。同时对紧固件10的整个加长的夹紧范围来说，闭塞侧最终间隙B’基本上都是一样的，因为正如所指出的，鼓起闭塞头80在形成时离开工件54后表面82的距离都是一样的(见图2)。

图1-6的夹紧调节件结构的一个变型在图7和8中画出，图7和8中与图1-6的实施例中的零件相似的零件用同一标号加上字母后缀“a”标出；除非另外说明，具有相似标号的零件被认为不仅在构造上相似而且在工作方式上也与以前所说明的相似，因此这种相似零件的说明就不再需要给出。

在螺纹紧固件的许多应用中，常希望在安装后能够通过把螺帽从螺栓上松开从而卸掉紧固件或者在有些情况下用螺帽和螺栓间施加额外扭矩的方法使接头重新拧紧。但特定应用中，要使螺帽卸掉的初始松动扭矩可能很高，以致于当只用一个扳手作用在螺帽(如螺帽14)上以便卸掉或重新拧紧时，螺帽和相关的销钉或螺栓将一同旋转，这样使螺纹松卸或重新拧紧的操作虽然不是不可能但却十分困难。而在图7和8所示的本发明的一个实施形式中，提供了一个独特的构造可使销钉和螺帽分别被夹持以便施加扭矩，因而便于使螺纹脱开或重新拧紧。

从图7和8可见，螺纹部30a的花键部向内伸展并越过裂颈槽46a，从而限定出一个第二花键部87。当最终安装并用折断裂颈槽46a的方法移去带花键的销钉尾部40a时，这个第二花键部87留在销钉12a的自由端(见图8)。这个所选定的第二花键部87具有足够的长度，使在最大夹紧状况下它能从螺帽14a的外端伸展到足够远的程度，以便能够被一带槽的套筒件(如工具68a上的中心套筒件76a)啮合，因此，当通过一个六角形套筒件(如工具68a上的六角形套筒件72a)来将卸除或拧紧扭矩施加到螺帽14a上时，销钉12a能够保持静止。第二花键部87在螺帽14a外端之外的最小伸出长度将发生在最大夹紧的情况下，即在紧固件10a的夹紧范围内工件54a、56a具有最大的总厚度。而第二花键部87在螺帽14a外端之外的最大伸出长度将发生在最小夹紧的情况下，即在紧固件10a的夹紧范围内工件54a、56a具有最小的总厚度。最好使伸出长度尽可能地缩短。要做到这一点，首先应确定在最大夹紧的情况下能够与匹配的套筒件有足够的啮合以便承受卸除扭矩所需的第二花键部87的长度。由于应将这个长度设定得尽可能短，于是在最小夹紧的情况下，第二花键部87的最大伸出长度将等于夹紧长度d3a加上适合用于最大夹紧情况下的预先选定的伸出长度。

如图1-4的实施例那样，图7和8的实施例也可形成一个包括鼓起闭塞头80a和喇叭状闭塞头96a在内的组合闭塞头98a。

图9示出夹紧调节件的另一个变型。在说明图9的实施例时，其中与图1-6的实施例中的零件相似的零件用同一标号加上字母后缀“b”标出；除非另外说明，具有相似标号的零件被认为不仅在构造上相似而且在作用方式上也与以前所说明的相似，因此这种相似零件的说明不再需要给出。

现在参阅图9，紧固件10b的夹紧调节构件或组件19b是由具有单件构造的组合有承载和剪切垫圈的零件20b构成。垫圈零件20b具有两个负荷承受面22b和23b。承受和剪切垫圈20b具有一个直径减小的中心孔60b，其直径大小恰可以微小间隙配合的方式来接纳销钉12b的带螺纹躯干部30b。相应的螺帽14b在其啮合端面65b上有一沉孔104，从而限定出一个夹紧空腔64b。该夹紧空腔64b在其外端被承载和剪切垫圈零件20b的相对面23b堵塞。沉孔104的直径大体上等于主套筒18b的外径并且两者的尺寸使它们之间有一微小间隙，以便防止由其间的相对轴向移动所产生摩擦阻力。支承和剪切垫圈具有匀等的预定的厚度，该厚度限定出一个具有选定宽度的剪切截面66b，该剪切截面可在由销钉12b和主套筒18b之间存在的相对轴向力造成的预定的剪切载荷下断裂。在垫圈20b的中心孔60b与螺纹部30b之间的相应紧密公差配合可使这些零件保持大体上同轴对准，同时使主套筒18b与环状剪切部66b保持同轴对准。所选定的夹紧空腔64b的轴向深度d3b限定出紧固件10的有效夹紧范围。销钉12b在其外端设有一个常规的花键部100。该花键部100可具有十二条键齿花键结构，而花键的最大直径或齿顶直径应小于螺纹部30b的螺纹的牙根直径或最小直径。这样花键部100就不再具有前面实施例所说的独特的带螺纹的花键构造。鉴于直径较小的花键部100一般具有较小的强度，从而相关的可扩张套筒可只构成一个单一的具有鼓起外形的闭塞头(如鼓起闭塞头80)。同时，当螺帽14b的高度可以增加以便设置沉孔104时，承载和剪切垫圈20b的最大厚度减小以便使螺帽14b和承载垫圈20b的总的组合厚度一般接近于图1至6中实施例的相应厚度。

图10示出具有单件构造的夹紧调节件的一个变型。在说明图10的实施例时，与图1-6的实施例中的零件相似的零件用同一标号加上字母后缀“c”标出；除非另外说明，具有相似标号的零件被认为不仅在构造上相似而且在作用方式上也与以前所说明的相似，因此这种相似零件的说明无需给出。

现在参阅图10，单件夹紧调节件的构造19c是由承载垫圈和剪切垫圈组合起来的结构20c限定出的。垫圈20c分别具有一个内、外负荷承受面22c和23c。内承受面22c可与一个外工件面例如图1中的表面58啮合，而外承受面23c可与图1所示螺帽14的承受表面65啮合。这样与如图1所示的紧固件10其他零件组装一起的承载和剪切垫圈20c就可代替由承载垫圈20和剪切垫圈24限定出夹紧调节组件19。承载和剪切垫圈20c具有一个直径减小的中心孔60c，其直径恰可接纳相关销钉(如销钉12)的带螺纹的躯干部，配合时只是留有少量的间隙。在其外端形成一个沉孔26c限定出一个夹紧空腔64c。该夹紧空腔64c在其外端被相关螺帽(如螺帽14)的相对面堵塞。所选定的夹紧空腔64c的轴向深度d3c限定出紧固件的有效夹紧范围。沉孔26c的直径大体上等于相关主套筒(如主套筒18)的外径，只是留有少量的间隙以便防止由相对轴向运动所产生的摩擦阻力。承载和剪切垫圈20c设有一个具有预定厚度的剪切肋24c该剪切肋限定出一个具有选定宽度的剪切截面66c，并可在一个施加在相关的销钉和主套筒之间的相对轴向力所造成的预定的剪切载荷下断裂。这样由单件承载和剪切垫圈20c形成的夹紧调节件19c便可发挥其作用，其作用方式与由承载垫圈20和剪切垫圈24所限定的夹紧调节组件19完全相似。夹紧调节件的另一个与图1-6中实施例相似的变型在图11中画出，与图1-6的实施例中的零件相似的零件用同一标号加上字母后缀“d”标出。除非另外说明，具有相似标记的零件被认为不仅在构造上相似而且在作用方式上也与以前所说明的相似。

参阅图11，紧固件10d和图1-6中紧固件10的根本不同点在于主套筒18d的构造，在该主套筒18d上设有一个整体凸缘，该凸缘可代替紧固件10上的独立的易断剪切垫圈零件24。因此紧固件10d便包括一个芯杆螺栓或销钉12d、一个环状螺帽14d、一个可扩张套筒16d和一个主套筒18d。这里夹紧调节构件19d是由位于主套筒外端与主套筒做成一体的负荷承受垫圈20d和易断凸缘24d限定出来。承受垫圈20d具有一个中心通孔26d并在其内端有一个扩大的沉孔27d。同时，凸缘24d具有一个直径，使它正好能密合地被接纳于承受垫圈20d的沉孔27d内。销钉12d、可扩张套筒16d和螺帽14d基本上与图1-6中标有相似标号的对应件相同并以与以前所说明的方式相似的方式发挥作用。螺帽14d可用螺纹拧入到在销钉12d细长躯干部一端的螺纹部30d上。该螺纹部30d包括有一个带花键的销钉尾部40d。带螺纹并带花键的销钉尾部40d通过一个环状的裂颈槽46d与螺纹部30d的其余部分相连。

承载垫圈20d的孔26d具有一个匀等的直径并在易断凸缘24d的外侧限定出一个扩大的外夹紧空腔64d。易断凸缘24d具有一个预定的匀等的厚度，限定出一个具有选定宽度的剪切截面66d，该截面可在由一个施加在主套筒18d和凸缘24d之间的相对轴向力所造成的相对于孔眼26d周边的预定的剪切载荷作用下断裂。所选定的夹紧空腔的轴向深度d3d限定出紧固件10d的有效夹紧范围。正如所见，采用整体的具有主套筒18d和凸缘24d的单件结构，可以保证主套筒18d的剪切截面66d与负荷承受部对准。

因此当通过螺帽14d在带螺纹的躯干部30d上的螺纹啮合将扭矩施加到销钉12d和螺帽14d之间时，紧固件10d将被固紧。这时由于易断凸缘24d的剪切截面66d是这样选定的，即使它具有足够的剪切强度，能够承受使可扩张套筒16d鼓起形成一个鼓泡状的闭塞头如鼓起头80所需的相对轴向力，在形成该头后剪切截面即可断裂，使主套筒18d剩余的端头得以向前移动到承受垫圈20d的夹紧空腔64d内并从而使主套筒18d得以与可扩张套筒16d脱离承载啮合。安装可用一工具如工具68来完成，使紧固件10d固紧的方式与图1-4所示紧固件10的固紧方式相同。在这方面，能够形成如图4的闭塞头98那样的具有喇叭状的和鼓泡状的组合闭塞头。

另外，可用双件构造来替代主套筒18d和凸缘24d的一体化结构。这样就可形成一个包括凸缘24d在内的分隔开的套筒件，该分隔开的套筒件一般可终止在虚线106所指的地方。采用这种双件构造，包含具有相同尺寸和形状的凸缘24d在内的分隔开的套筒件可制成不同长短以便在具有不同夹紧范围的紧固件上发挥作用。

应该注意的是，不同实施例的各种不同的特征是可以互换的。因此不同的带螺纹的花键构造可以用在各个实施例上；对于各种不同的夹紧调节器组合一起的鼓泡状和喇叭状的闭塞头以及其他特征也是如此。另外，从每一个示出的实施例可见，具有同一直径的紧固件用在不同的夹紧范围时，只是销钉和主套筒需要更换以便适应紧固件所需的长度变化。这一特征可简化紧固件零件的制造并减小库存的需要量。

可以清楚地看到本发明所公开的这些较优的实施例都是经过良好的计算以便满足上述目的，另外还应知道本发明在不离开其适用范围或正确含义的情况下容易作出各种修改、变化和改变。

Claims (24)

1．一种将多个工件以所需夹紧载荷夹持在一起的单面螺栓，工件具有相互对准的孔并有一可接近的侧面和一闭塞的侧面，该螺栓可用安装工具从工件的可接近侧施加相应轴向力来安装，其特征在于，所说单面螺栓具有：

一个销钉件，它具有细长销钉躯干，该躯干在加大的销钉头的一端终止；

所述销钉躯干具有多条夹紧槽；

一可按纳所说销钉躯干的通常为细长的管状套筒，所说管状套筒包括：一个第一套筒躯干部，它可在工件的对准孔内定位；和一个第二套筒躯干部，它可在所说销钉头与所说第一套筒躯干部之间的所说销钉躯干上定位，并且与所说第一套筒躯干部连接；

配合装置，可操作地与所说套筒连接，并具有一个可被安装工具啮合的配合件，因此安装工具可将相对轴向力施加到所说销钉件和所说配合装置之间以便用第一种大小的相对轴向力将工件夹紧在一起；

所说第二套筒部可在小于所说第一种大小的第二种大小的相对轴向力的作用下在所说销钉头和工件的闭塞侧面之间的一个位置上沿径向变形成为一个扩大的闭塞头以便反向抵压在闭塞侧面上；

所述套筒件含有一负荷承受件，该负荷承受件用于向所述第二套筒躯干部通过所述第一套筒躯干部传递第二种大小的相对轴向力并响应于小于所说第一种大小和大于所说第二种大小的第三种大小的相对轴向力的作用，使第一套筒躯干部与所说销钉头脱离轴向负荷承受关系，从而使所说闭塞头可与闭塞侧面啮合，以致施加在工件上的所说第一种大小的相对轴向力和最终夹紧载荷将施加在所说销钉、所说闭塞头和所说配合装置之间；

所说负荷承受件通常适宜设在工件可接近侧的对准孔的外面；

所说配合装置具有一个可与所说夹紧槽一起动作的啮合部分，以便将所说销钉件和所说啮合部分连接在一起。

2．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所说负荷承受件具有一个部段，该部段的一个侧面与工件的可接近侧面有负荷承受关系。

3．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所说第二套筒躯干部具有一个强度降低的部分，该部分可在所说第二种大小的相对轴向力作用下沿径向向外折叠从而形成一个鼓起的所说闭塞头。

4．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所说第一套筒躯干部和所说第二套筒躯干部是两个分开的零件，

所说第二套筒躯干部有一强度降低的部分，该部分可在所说第二种大小的相对轴向力作用下沿径向向外折叠从而形成一个鼓起的所说闭塞头。

5．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所说销钉躯杆上的所述夹紧槽由螺纹形状限定出，所说配合装置具有一个匹配螺纹，该螺纹可与所说夹紧槽螺纹啮合，因此通过在所说销钉件和所说配合装置之间施加相应扭矩来提供施加在所说销钉件和所说配合件之间的相对轴向力。

6．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所说第一套筒躯干部为一主套筒，它具有可接纳所说销钉躯干的第一通孔，所述主套筒具有一第一端，

所说第二套筒躯干部为可扩张套筒，它具有可接纳所说销钉躯干的第二通孔，所述可扩张套筒具有一适于与所述第一端负荷支承连接的一第二端，

通过与所说主套筒啮合，所说可扩张套筒上的一个部分与所述第二端轴向间隔开并由所述相对轴向力径向向外移动通过所述主套筒以在第二种大小的相对轴向力的作用下形成所说闭塞头，在所说销钉躯干的预定位置上设有止挡件以便在所说闭塞头完全成形并且同时所述第一和第二端位于负荷承受连接件后被所说主套筒的所述第一端上的一第一表面啮合，因而从所说主套筒施加到所说可扩张套筒上的超过所说第二种大小的附加的相对轴向力就可被阻止。

7．按照权利要求6的单面螺栓，其特征在于，所说主套筒和所说可扩张套筒为分隔开的零件，所述止挡部包括一个直径扩大的台肩，台肩从所述销钉躯干径向向外延伸并与所述主套筒的所述第一端的所述第一表面配合。

8．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所说销钉躯干上的所说夹紧件由螺纹形状限定出，所说配合装置为一螺帽件，它具有可与所说夹持槽螺纹啮合的匹配螺纹，因此通过在所说销钉件和所说螺帽件之间施加相应扭矩，即可提供施加在所说销钉间和所说螺帽件之间的相对轴向力，所说销钉躯干具有一个带花键的端部，该端部可被安装工具啮合从而可将扭矩施加到所说销钉件和所说螺帽件之间，所说带花键的端部具有多个沿轴向延伸的花键而该花键是由从花键齿根沿径向向键顶延伸的键脊构成，所述花键基本均匀周向分布，且多个所述花键绕所述端部每90°弧分布，

所述螺纹形式延伸越过所说带花键的端部，此时所说花键键脊和齿根的最大和最小直径基本相同并可与所说螺纹部的螺纹的最大和最小直径相同，从而所说螺帽件能利用螺纹越过所说花键部。

9．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，

所述负荷承受件包括一可断结构，该件可在一个小于所说第一种大小并大于所说第二种大小的第三种大小的相对轴向力作用下断裂，从而所述第一套筒躯干部以相对于所述销钉头轴向负荷承受的关系移出，所述可断结构适于基本在工件可接近的侧面位于对准孔的外侧，

所说可断结构包括一个与工件的可接受侧面呈负荷承载关系的负荷承受件，以及一个与所说负荷承受件啮合的易断结构，所说负荷承受件有一个大体上沿轴向延伸的接纳孔，该孔可接纳所述第一套筒躯干部，所说易断结构在一个将所说接纳孔部分堵塞的位置上被所说负荷承受件支承，所说易断结构可与所说第一套筒躯干部啮合并有一预定的剪切面积，该剪切面可在施加所说第三种大小的相对轴向力时被剪切，于是所说主套筒就可沿轴向移动到所说接纳孔内。

10．按照权利要求9的单面螺栓，其特征在于，所说负荷承受件和所说易断结构是一个整体的单件结构。

11．按照权利要求9的单面螺栓，其特征在于，从所说易断结构延伸到所说负荷承受件外端的接纳孔部分，而限定出一个具有预定长度的夹紧空腔，该长度大体等于紧固件的夹紧范围，而夹紧范围被定义为单个紧固件所能夹持在一起的工件的最大总厚度与最小总厚度之差。

12．按照权利要求9的单面螺栓，其特征在于，所说负荷承受件和所说易断结构为两个分隔开的零件，所说易断结构支承在所说负荷承受件上。

13．按照权利要求12的单面螺栓，其特征在于，所说易断结构位在所说接纳孔内端的一个沉孔内。

14．按照权利要求13的单面螺栓，其特征在于，从所说易断结构延伸到所说负荷承受面外端的所说接纳孔部分限定出一个具有预定长度的夹紧空腔，该长度大体上等于紧固件的夹紧范围，而夹紧范围被定义为单个紧固件所能夹持在一起的工件的最大总厚度与最小总厚度之差。

15．按照权利要求9的单面螺栓，其特征在于，所说负荷承受件包含有所说配合装置并有一带有沉孔部的通孔，而所说沉孔部可与所说易断结构相对设置，并具有足够大小可接纳易断结构被所说第三种大小的相对轴向力剪切下来的部分。

16．按照权利要求1的单面螺检，其特征在于，所说第二套筒躯干部是一个与所说第一套筒躯干部分隔开的可扩张套筒并具有一个强度降低的部分，可在所说第二种大小的相对轴向力的作用下沿径向向外折叠从而形成具有鼓起部的所说闭塞头，所说可扩张套筒包括具有一连续的径向横截面的连接材料的所述强度降低部分，

所说可扩张套筒具有一个可以接纳所说销钉躯干的第一通孔，

所说销钉头可以移动到所说第一通孔内，以使所说可扩张套筒的相应端头沿径向向外扩张，这样所说闭塞头便可在所说鼓起部的邻近位置还包括一个喇叭状部分，所述销钉头具有一个径向向外延伸的内表面，内表面在离开所述销钉头的方向中径向向外并在轴向逐渐变小，从而限定一个内锥面，所述可扩张的套筒具有一个基本等于所述内锥面的外径，从而所述内锥面紧靠所述可扩张套筒的相对面，

当所述销钉头轴向移入所述可扩张套筒中时所述内锥面从所述可扩张套筒的所述相对面上切下一圈材料，所述材料圈移动与所述鼓起部配合从而增强所述单面螺栓的强度。

17．按照权利要求1的单面螺栓，其特征在于，所述夹紧槽由一螺纹形式限定，

所述第一套筒躯干部是一个主套筒，所说套筒躯干可在工件的对准孔内定位并可接纳所说销钉躯干，

所述第二套筒躯干部是一个可接纳所说销钉躯干的可扩张套筒，该结构位于所说销钉头与所说主套筒之间的所说销钉躯干上，并与所说主套筒连接，

所述配合件可操作地与所说套筒件连接并包括一个螺帽件，螺帽内设有匹配的螺纹，可用螺纹与所说销钉躯干上所说夹紧槽的螺纹啮合，所说螺帽件还可被安装工具啮合，因而由安装工具所产生的扭矩所提供的相对轴向力可施加到所说销钉件和所说螺帽件之间，从而利用第一种大小的相对轴向力将工件夹紧在一起，

所说可扩张套筒可在小于所说第一种大小的第二种大小的相对轴向力作用下沿径向变形，从而形成一个扩大的闭塞头以便反向抵压在闭塞侧面上，

所述负荷承受件包括一个适于在一第三种相对轴向力下断裂的可断件，第三种相对轴向力小于所述第一种力而大于所述第二种力，从而所述主套筒和所述可扩张套筒移出一与所述销钉头连接的轴向负荷承受件，所说可断件一可大体设在工件可接近侧面的对准孔的外侧，所说可断件包括一个与工件的可接受侧面啮合的负荷承受件上；以及一个与所说负荷承受件啮合的易断结构，所说负荷承受件有一个大体上沿轴向延伸的接纳孔，该孔可接纳所说主套筒，所说易断结构在一个将所说接纳孔部分堵塞的位置上被所说负荷承受件支承，所说易断结构可与所说主套筒的外端啮合并有一预定的剪切面积，该剪切面可在施加所说第三种大小的相对轴向力时被剪切，于是所说主套筒就可沿轴向移动到所说接纳孔内，所说销钉躯干有一可与安装工具啮合的带花键的端部，因而可将扭矩施加到所说销钉件和所说螺帽件之间。

18．按照权利要求17的单面螺栓，其特征在于，所说负荷承受件具有一个加大的承载垫圈该垫圈设在所说螺帽件和所说主套筒的外端之间并可与工件的可接近侧面接合。

19．按照权利要求18的单面螺栓，其特征在于，所说易断结构具有一个外直径大于所说接纳孔的大致呈平面状的剪切垫圈件，而所说承载垫圈则在其内端有一沉孔，其轴向深度和直径一般能匹配地接纳所说剪切垫圈件，所说剪切垫圈件将所说接纳孔部分堵塞，从而与所说接纳孔一起限定出一个剪切截面，所说剪切截面利用一预定厚度限定出所说预定剪切截面积并通过利用所说主套筒在将所说第三种大小的相对轴向力施加其上时被剪切而断裂。

20．按照权利要求19的单面螺检，其特征在于，所说主套筒以较紧的公差配合接纳所说销钉躯干，所说剪切垫圈件有一直径小于所说沉孔的中心孔并且其大小也是以较紧的公差配合来接纳所说销钉躯干以便使所说主套筒与所说剪切垫圈件的所说剪切截面对准。

21．按照权利要求18的单面螺栓，其特征在于，所说易断结构具有一个与所说主套筒连接的大致呈平面状的凸缘件，所说凸缘件的外直径大于所说接纳孔的直径，所说承载垫圈在其内端有一沉孔，其轴向深度和直径大体上能匹配地接纳所说凸缘件，所说凸缘件部分堵塞接纳孔并在所说接纳孔上形成一个剪切截面，所说剪切截面利用一预定厚度限定出所说预定剪切截面面积，并在将第三种大小的相对轴向力施加其上时被剪切而断裂。

22．按照权利要求21的单面螺栓，其特征在于，所说凸缘结构与所说主套筒构成一个整体。

23．按照权利要求21的单面螺栓，其特征在于，所说凸缘结构为一分隔开的带凸缘套筒件的一部分，该套筒件有一躯干部，该躯干部可在工件的所说对准孔内定位并与所说主套筒的外端啮合。

24．按照权利要求18的单面螺栓，其特征在于，所说承截垫圈具有大致平面状的外形，所说螺帽件在其内端有一加大的沉孔，该沉孔限定出一接纳孔，所说承截垫圈可在其可接近的侧面上与所说螺帽件承载啮合，所说承载垫圈有一直径小于所说沉孔的中心孔并可将所说接纳孔部分地堵塞从而在所说接纳孔上形成剪切截面，所说剪切截面利用预定厚度限定出所说预定剪切截面积并可通过利用所说主套筒部在将第三种大小的相对轴向力施加其上时被剪切面断裂。

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