CN107735583B - 用于拧紧螺纹紧固件的装置 - Google Patents

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Abstract

一种旋转角度指示保持器组件，其中，保持帽组件(102)有基本空心的柱形形状，具有上部空心部分(202)、下部空心部分(203)、空心盘(209)、具有多边形连接结构(115)的环(114)和滚珠轴承组件(111)；柱塞/按钮组件(103)有基本柱形形状，具有连接部分(210)、按压部分(225)、压缩弹簧(110)和下部保持环(213)；旋转角度标尺组件(104)有基本空心的柱形形状，具有上部空心盘(191)和下部部分(177)，该上部空心盘(191)有箭头指示器(192)，该下部部分(177)有多边形结构(178)；旋转角度指示器组件(105)有基本空心的柱形形状，具有上部旋转角度刻度盘(240)、有旋转角度标尺(241)的下部部分、上部保持环(242)、波形弹簧(243)和摩擦环(244)。

Description

用于拧紧螺纹紧固件的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求共同待审的美国专利申请No.62/159941的优先权，该美国专利申请No.62/159941的申请日为2015年5月1日，标题为“APPARATUS FOR TIGHTENING THREADEDFASTENERS”，该文献整个被本文参引。
技术领域
本发明总体上涉及扭矩角测量装置。更特别是，本发明涉及一种手动扭矩角测量装置，用于液压扭矩扳手中的驱动轴的保持器。
背景技术
包括螺栓、螺柱、螺母和垫圈的螺纹紧固件是已知的，并用于传统螺栓连接用途中。工业应用的维护和修理开始于松开螺纹紧固件，终止于拧紧螺纹紧固件。当然，工业上设法在日常的不可预见的和/或紧急的维护和/或修理的过程中减少生产损失。由于整个工业应用的参数和公差的精度或关键性，精确或一致地控制施加至螺纹紧固件上的拉伸和/或预负载的重要性增加。
有两种方法用于拧紧和/或松开螺栓：扭矩和拉伸。不过，直到本申请人的创新之前，都不能用相同工具来执行液压扭转和液压拉伸。操作人员需要单独的工具来扭转和拉紧螺纹紧固件。
扭矩的优点是：可以应用于大多数现有的螺纹紧固件；精度在预先计算的螺母转动阻力的百分之五(5％)内；避免意外松开；保证更均匀的周向螺栓负载(与拉伸相比)；并克服了不均匀的润滑以及在螺母下面或法兰顶部的异物颗粒和轻微的螺纹损坏。不过，扭矩的缺点是：它受到螺纹摩擦和面摩擦，这两者都是未知的；需要使用在另一侧应用于螺母上的备用扳手，以便使得螺纹紧固件的底部部分保持静止；导致未知的螺栓残余负载；并受到螺栓扭转和侧向负载，这两者都对螺栓连接的应用产生不利影响。在螺栓连接中可持续和准确地使用扭矩需要建立螺纹和支承件的面摩擦，并消除扭转和侧向负载。
拉伸具有无扭转和无侧向负载的优点。不过，拉伸具有以下缺点：需要至少使螺栓的直径在螺母周围伸出，以便能够由拉伸器向上拉动它，这经常需要更换螺栓和螺母；精度只在假定转向阻力的25％以内；产生不可预知的手动螺母支座；受到螺纹摩擦和面摩擦，两者都是未知；紧固件经常过度拉动、不拉伸；由于从牵引器传递的负载而导致紧固件不可控制的松弛；以及导致未知的螺栓残余负载。在螺栓连接中可保持和准确地使用拉伸需要消除螺柱/螺栓拉动和负载传递。
扭矩动力工具在本领域中为已知的，并包括气动、电动和液压驱动的扭矩动力工具。扭矩动力工具产生：转动力，以便拧紧和/或松开螺纹紧固件；以及相等且相反的反作用力。液压拉伸器使用牵引器来向螺栓施加液压，这通常导致比所希望的螺栓伸长率高10％-20％，从而使得螺栓被过度拉动。然后用手拧紧螺母直到贴合；释放缸上的压力；螺柱弹回；负载从桥接件传递给螺母，从而以夹紧力来压缩接头。
通常，用于工业用途的螺纹紧固件的液压扭转可以通过监测操作参数来控制，该操作参数包括液压或气动流体压力或流速、电路参数例如电流、电压或磁场、扭矩输出值、转速或者它们的组合。通过这种监控的紧固件负载控制可能由于与上述类似的固有缺陷而产生不可预知的不一致的结果。当试图通过使用润滑剂等来实现更大均匀性时，结果仍然不令人满意。
另一种方法是电子监视扭矩，该扭矩作为旋转角度的函数。这种装置仍然并不直接测量紧固件的拉伸，且另外需要昂贵的组件和控制硬件。第三种方法是拧紧紧固件，同时使得螺柱、垫圈或相邻静止物体产生反作用。这种方法的子集是紧固至使得紧固件材料屈服的点，且有花键的紧固件头部与螺纹本体分离。这种类型的装置受到如上所述的类似固有缺点，并增加了成本和系统复杂性。
已经发现，用于控制紧固件预负载的另一技术产生特别一致的结果。称为“扭矩-转动”或“扭矩-角度”的这种技术涉及首先将紧固件拧紧至规定的扭矩，然后拧紧该紧固件而使其通过附加的预定角度。初始拧紧扭矩根据实验而预先确定为这样的扭矩：在该扭矩下，紧固件拧紧在组件中，但基本上还没有弹性拉伸。然后，通过拧紧紧固件而使其通过附加角度或整圈的一部分，从而利用紧固件螺纹的精确加工，以便在组件内获得紧固件的预定弹性拉伸。
特别是，对于液压操作的扭矩和拉伸工具，在本领域仍然需要便宜的设备，本领域的操作人员可以使用该设备来获得紧固件负载的精确控制。另外，市场上执行这种功能的产品较大较笨重。这些产品使用扭矩角度检测技术，这抑制了它们的能力以及在有限空间中的可操作性。
用于在液压扭矩扳手中的传动轴的保持器是公知的，并通常包括衬套或轴承，该衬套或轴承使用常规的弹簧夹、卡环和/或单独的帽组件。这些现有技术方案通常需要专用工具来安装或拆卸。由于不仔细，现有技术方案的部件在拧紧和/或松开操作过程中丢失或损坏。现有技术的方案可以包括在弹簧夹、卡环和/或帽组件与驱动轴之间的附接的链或系索，以便减少部件的丢失和/或损坏以及增加安全性。不过，链或系索会不希望地松开和从工具上脱落。操作人员经常在不正确地保持驱动轴的情况下操作扭矩扳手。没有正确就位的现有技术方案的部件通常脱落，从而产生危险的不安全的操作条件。
根据共同待审的专利合作条约专利申请No.PCT/US2014/050002，申请人对于用于在液压扭矩扳手中的驱动轴的整体结构保持器而提供了可行的方案，该专利申请No.PCT/US2014/050002的申请日为2014年8月6日，标题为“APPARATUS FOR TIGHTENING THREADEDFASTENERS”，该文献整个被本文参引。
对于通过液压扭矩扳手来集成扭矩和角度，还不存在这样的可行方案：它限制了如上所述的固有缺陷；通过整体结构来提高操作人员的安全性；可用于所有工业螺栓连接的情况，无论是常规的还是有限间隙的；以及降低了系统的成本和复杂性。
因此，希望提供一种装置，该装置能够确定施加于紧固件上的旋转角度以及显示当前的旋转角度。
发明内容
这里发明和公开了一种旋转角度指示保持器组件，该旋转角度指示保持器组件与用于拧紧和松开螺纹紧固件的液压驱动工具一起使用和/或进行集成。它包括：保持帽组件；柱塞/按钮组件；旋转角度标尺组件；以及旋转角度指示器组件。优选是，旋转角度指示保持器组件：并不与装置电源连接；并不在装置、装置电源和/或紧固件之间的反馈回路中使用；一旦操作人员希望观察紧固件的旋转角度时就能够调零；是整体结构；不需要松开部件或外部器具来将驱动轴接合和固定在工具的驱动头上；降低了在操作过程中由于驱动轴的不正确接合而导致工具故障的可能性；以及增加了用户在工具操作过程中的安全性。
附图说明
下面将参考附图通过实例介绍本发明，附图中：
图1A表示了本发明的旋转角度指示保持器组件的等距剖视透视图；
图1B表示了图1的组件的等距透视图；
图1C表示了图1的组件的仰视图；
图1D表示了图1的组件的侧视图；
图1E表示了图1的组件的俯视图；
图2表示了图1的组件的分解侧视图；
图3A-3E表示了与图1的组件一起使用或进行集成的液压驱动工具的驱动轴组件的多种视图；
图4A-4C表示了图1的组件的旋转角度标尺组件的多种视图；
图5A-5E表示了图1的组件的保持帽组件的多种视图；
图6A-6C表示了图1的组件的柱塞/按钮组件的多种视图；
图7A-7E表示了图1的组件的旋转角度指示器组件的多种视图；
图8表示了本发明的接合和锁定的自保持驱动轴组件的剖视图；以及
图9表示了与液压驱动工具的驱动轴组件集成的、本发明的接合和锁定的自保持驱动轴组件的剖视图。
具体实施方式
下面参考图1A-1E，这些图表示了旋转角度指示保持器组件100，该旋转角度指示保持器组件100与液压驱动的装置1一起使用和/或进行集成，用于拧紧和松开螺纹紧固件。旋转角度指示保持器组件100有轴线A，并包括：保持帽组件102；柱塞/按钮组件103；旋转角度标尺组件104；以及旋转角度指示器组件105。旋转角度指示保持器组件100在从装置1上拆卸时基本有以下物理属性。柱塞/按钮组件103基本形成在保持帽组件102内。保持帽组件102基本形成在旋转角度指示器组件105和旋转角度标尺组件104之间。旋转角度指示器组件105基本上形成在保持帽组件102的上面。旋转角度标尺组件104基本形成在保持帽组件102的下面。
参考图8-9，这些图表示了接合和锁定的旋转角度指示保持器组件100，该旋转角度指示保持器组件100与液压驱动的工具1的方形驱动轴扭矩输出组件101进行集成或并不集成。驱动轴组件101包括反作用力组件120(未标记)，并包括：花键套筒衬套121；反作用臂衬套122；以及固定螺钉123(全部未标记)。旋转角度指示保持器组件100当安装在装置1上时基本有以下物理属性。柱塞/按钮组件103基本形成在保持帽组件102内。保持帽组件102基本形成在旋转角度指示器组件105和旋转角度标尺组件104之间；并且相对于装置1的方形驱动轴扭矩输出组件101而不可旋转地附接。旋转角度指示器组件105基本形成在保持帽组件102上面。旋转角度标尺组件104：基本形成在保持帽组件102的下面；且相对于装置1的壳体3的驱动部分5而不可旋转地附接。
参考图2-7，这些图表示了旋转角度指示保持器组件100的部件的装配的多种视图。保持帽组件102有基本空心的柱形形状，具有：上部空心部分202和下部空心部分203；空心盘209；环114，该环114有多边形连接结构115；以及滚珠轴承组件111。柱塞/按钮组件103有基本柱形形状，具有：连接部分210；按压部分225；压缩弹簧110；以及下部保持环213。旋转角度标尺组件104有基本空心的柱形形状，具有：上部空心盘191；箭头指示器192；以及下部部分177，该下部部分177有多边形结构178。旋转角度指示器组件105有基本空心的柱形形状，具有：上部旋转角度刻度盘240；以及下部部分，该下部部分有旋转角度标尺241、上部保持环242、波形弹簧243和摩擦环244。该摩擦环244允许上部旋转角度刻度盘240在紧固件上达到预定的预扭矩之后重新设定为零。
通常，旋转角度指示保持器组件100和/或它的部件可附接至：装置1的扭矩输出驱动器和壳体部分上；或者紧固件的螺母或螺栓头和液压驱动装置的壳体上。在前者中，扭矩输出驱动器是方形驱动轴扭矩输出组件101，壳体部分是驱动壳体部分5，以使得：保持帽组件102的环114的多边形连接结构115相对于方形驱动轴扭矩输出组件101的多边形连接结构154而不可旋转地附接；且旋转角度标度组件104的下部部分177的多边形连接结构178相对于装置1的驱动壳体部分5的多边形连接结构11而不可旋转地附接。在这种情况下，摩擦环244允许上部旋转角度刻度盘240与方形驱动轴扭矩输出组件101一起旋转，并在紧固件上达到预定的预扭矩之后重新设定为零。多边形连接结构115和154是配合的面-齿城堡形结构，而多边形连接结构178和11是配合的花键。旋转角度指示保持器组件100可以与工具一起使用，例如本申请人的
Figure BDA0001539764280000061
或
Figure BDA0001539764280000062
在后者中，本发明的旋转角度指示保持器组件的另一个实施例(未示出)与液压驱动的装置一起使用，该液压驱动装置是具有穿过套筒的类型，如本申请人的
Figure BDA0001539764280000063
Figure BDA0001539764280000071
应当注意，未安装的旋转角度指示保持器组件100的高度大于安装后的旋转角度指示保持器组件100的高度。在安装/操作过程中，操作人员按压柱塞/按钮组件103，以使得：它向下运动而进入在装置1的方形驱动轴扭矩输出组件101的上部部分150中和周围的凹口153内。滚珠轴承111E-H通过保持帽组件102的滚珠轴承孔111A-D而向外运动，并进入方形驱动轴扭矩输出组件101的凹口163内。压缩弹簧110被压缩到其安装位置。
应当注意，旋转角度指示保持器组件100可以包括与共同待审的PCT专利申请No.PCT/US2014/50002的整体结构的自保持驱动轴组件类似的部件，该PCT专利申请No.PCT/US2014/50002的申请日为2014年8月6日，标题为“APPARATUS FOR TIGHTENINGTHREADED FASTENERS”，该文献整个被本文参引。应当注意，旋转角度指示保持器组件100可以包括与美国专利申请No.62/050200中公开的部件类似的部件，该美国专利申请No.62/050200的申请日为2014年9月15日，标题为“APPARATUS FOR TIGHTENING THREADEDFASTENERS”，该文献整个被本文参引。
应当注意，旋转角度指示保持器组件100的优选实施例是手动的，但是其它实施例可以包括机械或电子旋转编码器、同步器、旋转变压器、旋转可变差动变压器(RVDT)或旋转电位计。
优选是，旋转角度指示保持器组件100：并不与装置电源连接；并不在装置、装置电源和/或紧固件之间的反馈回路中使用；一旦操作人员希望观察紧固件的旋转角度时就能够调零；是整体结构；不需要松开部件或外部器具来将驱动轴接合和固定在工具的驱动头上；降低了在操作过程中由于驱动轴的不正确接合而导致工具故障的可能性；以及增加了用户在工具操作过程中的安全性。
本发明还希望保护以下组合和/或系统，包括：旋转角度指示保持器组件100和方形驱动轴扭矩输出组件101的组合；用于拧紧和松开螺纹紧固件的液压驱动的装置(类似于1)，该液压驱动装置有旋转角度指示保持器组件100和方形驱动轴扭矩输出组件101的组合；包括螺纹紧固件和用于拧紧和松开螺纹紧固件的液压驱动的装置(类似于1)的系统，该液压驱动装置有旋转角度指示保持器组件100和方形驱动轴扭矩输出组件101的组合；以及通常旋转角度指示保持器组件和用于拧紧和松开螺纹紧固件的装置的组合，如在本申请中公开的那样。
应当理解，上述的每个元件或者两个或更多个元件一起也可以有利地应用于与上述类型不同的其它类型的结构中。在前面的说明书或随后的权利要求或者附图中公开的特征(表达为它们的特定形式或者是用于执行所述功能的装置)或者用于获得所述结果的方法在合适时单独地或者以这些特征的任何组合地使用，以便以不同形式来实现本发明。
尽管本发明已经表示和介绍为与流体操作工具一起使用，但是本发明将并不局限于所示的细节。在不脱离本发明的精神的情况下可以以任意方式进行多种改变和结构变化。
不用进一步分析，上述内容将充分揭示本发明的精神，其它人可以通过应用现有的知识而很容易地将其应用于各种用途，而不省略从现有技术的观点来看构成本发明的普通或具体方面的基本特征的特征。
当在本说明书和权利要求中使用时，术语“包括”、“包含”、“有”及其变化形式表示包括指定的特征、步骤或整数。这些术语并不解释为排除其它特征、步骤或部件的存在。

Claims (10)

1.一种旋转角度指示保持器组件，其与用于拧紧和松开螺纹紧固件的液压驱动的装置一起使用和/或进行集成，所述旋转角度指示保持器组件包括：
保持帽组件，所述保持帽组件有空心的柱形形状，具有上部空心部分、下部空心部分、空心盘、具有多边形连接结构的环以及滚珠轴承组件；
柱塞组件，所述柱塞组件有柱形形状，具有连接部分、按压部分、压缩弹簧和下部保持环；
旋转角度标尺组件，所述旋转角度标尺组件有空心的柱形形状，具有上部空心盘和下部部分，所述上部空心盘有箭头指示器，所述下部部分有多边形结构；以及
旋转角度指示器组件，所述旋转角度指示器组件有空心的柱形形状，具有上部旋转角度刻度盘、有旋转角度标尺的下部部分、上部保持环、波形弹簧和摩擦环；
其中，当安装在所述装置上时，所述柱塞组件形成于所述保持帽组件内，所述保持帽组件形成于所述旋转角度指示器组件和旋转角度标尺组件之间并且相对于所述装置的方形驱动轴扭矩输出组件而不可旋转地附接；所述旋转角度指示器组件形成于所述保持帽组件的上面；所述旋转角度标尺组件形成于所述保持帽组件的下面并且相对于所述装置的壳体的驱动部分而不可旋转地附接。
2.根据权利要求1所述的旋转角度指示保持器组件，其中，当在所述装置上拆卸时：
所述柱塞组件形成于所述保持帽组件内；
所述保持帽组件形成于所述旋转角度指示器组件和旋转角度标尺组件之间；
所述旋转角度指示器组件形成于所述保持帽组件的上面；以及
所述旋转角度标尺组件形成于所述保持帽组件的下面。
3.根据权利要求1所述的旋转角度指示保持器组件，其中：所述摩擦环允许在紧固件上获得预定的预扭矩之后将所述上部旋转角度刻度盘重新设定为零。
4.根据前述任意一项权利要求所述的旋转角度指示保持器组件，其中：各部件能够附接至：所述装置的扭矩输出驱动器和壳体部分；或紧固件的螺母或螺栓头部和所述装置的壳体。
5.根据权利要求4所述的旋转角度指示保持器组件，其中：所述扭矩输出驱动器是方形驱动轴扭矩输出组件，所述壳体部分是驱动壳体部分，以使得：
所述保持帽组件的环的多边形连接结构相对于所述方形驱动轴扭矩输出组件的多边形连接结构而不可旋转地附接；以及
所述旋转角度标尺组件的下部部分的多边形连接结构相对于所述装置的驱动壳体部分的多边形连接结构而不可旋转地附接。
6.如权利要求5所述的旋转角度指示保持器组件，其中：所述摩擦环允许上部旋转角度刻度盘与方形驱动轴扭矩输出组件一起旋转，并在紧固件上获得预定的预扭矩之后重新设定为零。
7.根据权利要求5所述的旋转角度指示保持器组件，其中：所述保持帽组件的多边形连接结构和所述方形驱动轴扭矩输出组件的多边形连接结构是配合的面-齿城堡形结构，且所述旋转角度标尺组件的多边形连接结构和所述驱动壳体部分的多边形连接结构是配合的花键。
8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转角度指示保持器组件，包括：机械或电子旋转编码器、同步器、旋转变压器、旋转可变差动变压器(RVDT)或旋转电位计。
9.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转角度指示保持器组件，其中：所述装置是具有穿过式套筒的类型。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的旋转角度指示保持器组件的用途，其中，所述旋转角度指示保持器组件用于拧紧和松开螺纹紧固件的液压驱动装置，所述液压驱动装置具有带有驱动部分的壳体和方形驱动轴扭矩输出组件，其中，所述的旋转角度指示保持器组件的旋转角度标尺组件能够不可旋转地附接到所述驱动部分，所述的旋转角度指示保持器组件的保持帽组件能够相对于所述液压驱动装置的方形驱动轴扭矩输出组件而不可旋转地附接。
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