CN110270957A - 盲式紧固件的安装工具和安装紧固件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在结构体400中安装“拉螺钉”型紧固件10的工具（安装工具），该紧固件包括可被破坏的抓握部。安装工具包括主体，可在主体中沿轴向移动且可旋转的并能驱动抓握部的第一套轴220，可在主体中轴向移动但不能旋转的第二套轴，以及设有可转轴的驱动装置。轴包括可以驱动第一套轴旋转的第一飞轮、第二飞轮、以及围绕第二飞轮同轴布置的驱动元件。驱动元件通过螺旋连接与第二套轴配合。第一飞轮在轴的第一旋转方向上驱动第一套轴旋转。第二飞轮使驱动元件沿轴的第二旋转方向旋转，以使第二套轴轴向移动。因此，该安装工具能够在单个操作工序中拉动紧固件以在结构的盲侧上形成球状凸起，拧紧螺钉并使抓握部断开。

Description

盲式紧固件的安装工具和安装紧固件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在结构中安装盲式紧固件的工具。

背景技术

我们通常称的“盲”紧固件为紧固件的一种，其可以在要组装的结构中通过使在该结构的后侧（可接近或不接近）上的该紧固件的一部分变形而只在一侧，称为前侧或可接近侧，安装要组装的结构。该紧固件的所述变形部分在牵引或拧紧的过程中径向向外变形，形成球状或开花状凸起，所述变形支承在后侧。因此，待组装的结构紧紧地固定，抵靠在前侧的紧固件的头部和后侧的变形部分之间。

在各种类型的盲式紧固件中，存在称为“拉铆钉”的第一类型，其包括套筒和与紧固件的一端连接在一起的可破坏的芯轴，通过仅施加到芯轴上的拉力，固定套筒不平移，直到在施加预定拉力下芯轴断裂来完成铆钉安装。被称为“旋拧铆钉”的第二种类型包括螺纹套筒和螺纹芯轴，通过仅向芯轴施加扭矩同时保持套筒固定不旋转，直到芯轴在预定扭矩下断裂来完成铆钉安装。第三种类型为包含螺纹螺母和可拆卸芯轴的盲孔螺母，通过将可拆卸芯轴拧入螺母中，通过将芯轴拉动或转动到给定的拉力或给定的扭矩，然后从该螺母上拧下芯轴来完成螺母安装。最后，称为“拉螺钉”的第四种类型包括设置有头部和抓握部的螺钉，以及设置有套环的螺纹套筒，在该套环施加相对拉力以使螺钉和螺纹套筒产生相对位置。使套筒的一部分变形，以形成抵靠所述结构的后表面的球形凸起。在最后这种类型中，抓握部在施加预定扭矩的情况下被破坏。这种紧固件在例如申请FR3016417中有描述。

发明内容

本发明旨在提出一种用于手动安装“拉螺钉”类型的盲式紧固件的工具。

为此，本发明提出了一种通过该结构的前面将紧固件安装在结构中的工具。

该紧固件包括螺钉，该螺钉包括头部和螺纹端部，可在预定断裂扭矩的作用下被破坏的抓握部和能够径向向外变形的螺纹套筒，以便形成抵靠所述结构后面的球状凸起。

安装工具包括：

-一个基本为旋转体的，沿纵向轴线X延伸，包括在允许抓握部和紧固件头部通过的轴向开口前的第一端的主体，

-可在主体内轴向移动和旋转的第一套筒，用于驱动螺杆的抓握部轴向平移并绕轴X旋转;

-可在主体中轴向移动但不能旋转的第二套筒，所述第二套筒被设置成能沿轴向驱动第一套筒平移;

-具有旋转轴的旋转驱动装置包括：

〇第一飞轮，其能够在轴的第一旋转方向上驱动第一套轴旋转，

〇第二飞轮，其能够带动驱动元件旋转，驱动元件在轴的与上述第一旋转方向相反的第二旋转方向上围绕所述第二飞轮同轴布置，所述驱动元件通过螺旋形连接与第二套轴配合，以便沿轴向平移所述第二套轴。

由本发明产生的安装工具能够安装“拉螺钉”类型的盲式紧固件，其具有简单且机械稳固的结构，其仅需要少量元件来实现牵引运动和连续的旋转运动以安装紧固件。

由本发明产生的紧固件的安装工具还优先地具有以下全部或部分特征，这些特征能够可操作的技术性地单独地或组合地使用：

-驱动元件是螺纹螺杆、滚珠丝杠、滚柱螺杆或蜗杆；

-第一套轴包括可移动元件，这些可移动元件能够与紧固件的抓握部的锁定部分配合，以在轴向方向上连结紧固件与第一套筒；

-第一个环设置在第一套筒上，以便能够在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置，可动元件的运动在径向方向上被阻挡，在第二位置，可动元件的运动在径向方向上是自由的；

-第二环可在主体上沿轴向滑动并与第一环相接，以将第一环仅向第二位置驱动；

-第一飞轮沿轴向可滑动地安装在旋转轴上；

-第一飞轮安装在第三环上，该第三环沿轴向可滑动地安装在旋转轴上；

-一个压缩弹簧设置在第三环和驱动元件之间；

-弹性装置的一端连接到驱动元件，另一端连接到主体，弹性装置在轴沿第二方向旋转时张紧，在旋转轴旋转停止和/或反转时伸展以推动驱动元件；

-弹性装置是扭转弹簧或螺旋弹簧。

本发明还涉及一种用根据本发明而来的装配工具安装紧固件的方法。

该方法分为以下几个步骤：

-使紧固件的抓握部与安装工具的主体的轴向开口接合，以使紧固件与第一套筒共同旋转和平移，并将紧固件固定在结构体的钻孔中，然后

-在第二旋转方向上旋转轴以使第二套轴轴向平移，第二套轴驱动第一套轴在拉动紧固件的螺钉的方向上轴向平移一段距离，以确保通过套筒的的变形形成球状凸起，然后

-沿第一旋转方向旋转轴以驱动螺钉旋转到其紧固扭矩，以使抓握部与螺钉的剩余部分在螺钉的破裂沟处断裂分离。

附图说明

本发明的其他目的、特征以及优点将在描述本发明的实施方式的描述中结合附图给出，其中：

-图1是现有技术下的“拉螺钉”型盲式紧固件的剖视图；

-图2是处于静态的安装工具的剖视图；

-图3是安装工具和图1中的紧固件的剖视图，剖视图展示的是紧固件被插入安装工具并穿过结构时的状态；

-图4是在球形凸起形成过程中，安装工具和紧固件插入结构中的剖视图；

-图5是在拧紧步骤中安装工具和在结构中的紧固件的剖视图；

-图6是紧固件的抓握部断裂时，安装工具和在结构中的紧固件的剖面细节；

-图7是在弹出过程中安装工具和紧固件的抓握部断开时的剖面细节。

为了便于阅读，附图中仅标示出了理解本发明所必需的元件。同一元件在不同图纸中具有相同的附图标记。

需要注意的是，在不同图中呈现的安装机头的所有横截面视图都不是在相同的轴向平面中进行的。尤其是，附图2、 3和7使在第一轴向平面中制成，而附图4、5和6是在另一个轴向平面中制成。

具体实施方式

在附图1中，本发明所应用的“拉螺钉”型的紧固件10包括螺钉12和套筒14。螺钉12包括抓握部16，该抓握部可以在安装紧固件时被破坏，破裂沟18，铣削头20，柱体22和螺纹端26。抓握部16包括呈圆柱形的第一抓握部28， 阻挡部分30和外表面分布有沟槽的第二抓握部32。

套筒14包括用于接收螺钉的埋头20的扩大的套环40，以及包括套轴48的管状轴42，套轴48设置在套筒14的端部，与套环40相对。螺钉12的攻丝和螺纹套筒14的螺纹是互补的。管状轴42包括可变形区域（图中未示出），其刚度低于其他部分的刚度，能够在牵引力的作用下形成球状凸起。

图2是适于构成上述盲式紧固件10的安装机头200的剖视图。安装机头包括沿轴线X延伸的基本为旋转体的中空主体210，且包括第一端212和与第一端相对的第二端218。为方便起见，在下面的描述中，第一端212称为前端并表示方向“向前”，而第二端称为后端并表示方向“向后”。术语“平移”和“轴向”以等同方式使用以表示沿X轴的线性运动。

主体（210）的前端具有接触表面214和轴向开口216，接触表面214设置成与螺纹套筒的套环40在主体进入套筒时接触，轴向开口216具有足够大的直径以允许抓握部16和螺钉12的头部20通过所述主体的内部。

主体210在其内接收第一套轴220，第一套轴220在所述主体内可旋转和平移。第一套轴围绕主体的X轴具有近似管状的旋转体形状。它在靠近主体前端212的第一端和相对的第二端之间运动。第一环222设置在第一套轴220的第一部分上，与第一套轴的第一端相邻。围绕轴线分布的，环绕分部在轴上的至少一个部件可径向移动的元件224保持在主体前端212和第一套轴220之间的主体210内。第一环222是可在所述第一套轴的第一部分沿轴向移动的，在第一位置，其中，所述可移动元件被第一环222（图2）部分地环绕，并可自由地径向移动，而在第二位置，其中所述可移动元件被第一环222（图3）完全包围，并被阻挡了在径向的位移。

第一压缩弹簧226设置在第一环222和第二套轴230之间。在第一压缩弹簧226的作用下，第一环222被轴向地向前推动。在图2的静止态时，第一环222向前的路径受到可移动元件224的限制，可移动元件224的最靠近前部的端部形成外径大于第一环222内径的锥体。

第二环228围绕主体210设置，靠近所述主体的前端212。第二环228可以在主体上朝向后部抵靠第二压缩弹簧229滑动。

第二套轴230容纳在主体210内。它可在主体内轴向移动，但不能旋转。基本近似管状的第二套轴围绕主体的轴线X旋转，并且，向前可移动到第一套筒220的第二端附近的第一部分232的前端，向后可移动到相反的第二端。 第二套轴230具有六个或八个侧面的外表面，其接合在主体210的互补表面上，以使第二套轴在主体中固定不旋转。其他允许平移的防旋转装置也是可能的，例如楔形，键形或其他槽形装置。

第二套轴的第一部分232覆盖第一套轴220的第二部分228，邻近第一套轴的第二端。第一套轴的第二部分228的外表面形成外肩部，并且第二套轴的第一部分232的内表面形成止动件，靠近第二套轴的所述第一部分的前端，接应第一套轴的肩部。肩部和止动件包括互补的支承表面，用于将第二套轴230的平移运动传递到第一套轴220，使套轴220朝向主体的后端218移动。其他使第一套轴平移的装置也可以使用。

主体210还包括驱动装置，该驱动装置能够驱动第一套轴220的平移和旋转，并且能够驱动第二套轴230的平移。驱动装置包括沿轴线X在第一套轴220的第二端和主体的后端218之间延伸的轴240。轴围绕所述轴的纵向轴线可旋转地安装，并且可以围绕其轴线在两个可旋转的方向上旋转。在前部，轴在第一端处设置有第一飞轮242，第一飞轮242布置在与第一套轴220的第二部分228的交界处。轴包括在靠近主体后端218的第二端处的旋转驱动装置（未示出），该旋转驱动装置可以沿旋转方向和相反方向驱动轴转动。第二飞轮244围绕轴240设置，轴向布置在第一飞轮242和使轴旋转的驱动装置之间。驱动元件246同轴地设置在第二飞轮244周围。

每个飞轮242, 244通常包括内环和外环，使得在旋转方向上，飞轮自由旋转而不用外环固定内环 - 所谓的自由轮相，而向相反的方向旋转时，内环与外环固定，并将扭矩传递给与外圈连接的部件。

第一飞轮242设置成在轴沿第一旋转方向旋转时带动第一套轴220旋转。第二飞轮244设置成在轴沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转时带动驱动元件246旋转。飞轮242和244处在相反的自由轮相。第一飞轮242在与套筒14中的螺钉12的拧紧方向相同的旋转方向上传递扭矩。

第一飞轮242借助于与轴同轴并可在轴上滑动的第三环248可滑动地安装在轴240上。例如通过六边形或其他防旋转形状，或通过任何其他机械装置，例如楔形或键形系统来实现第三环248与轴240同旋转。 第三环248包括止动件250，止动件250一方面抵靠第一套轴的第二部分228的内肩部，另一方面抵靠第一飞轮242。第三压缩弹簧252容纳在驱动元件246的内肩部和第三环248之间的轴240周围。

驱动元件246包括围绕第二飞轮244同轴设置的第一部分254，以及远离轴并同轴延伸的第二部分256。在该示例中，驱动元件的第一部分254包括驱动旋转的外表面，例如八面形，并且所述驱动元件的第二部分256包括滚珠丝杠类型的外表面。滚珠丝杠与滚珠螺母类型的第二套轴230的内表面配合。由于驱动元件246和第二套轴230之间的螺旋连接，并且由于第二套轴230在主体210中不能旋转，因此驱动元件246的旋转引起当轴在第二飞轮的扭矩传递方向上受到旋转力时，第二套轴230朝向主体的后部移动。在该旋转方向上，第一飞轮242处于自由轮状态，并且不带动第一套轴旋转。

驱动元件和第二套轴之间的螺旋连接也可能是其他类型，例如使用传统螺钉/螺母，滚柱螺杆或蜗杆的连接。

驱动元件246的第一部分254形成径向向外延伸的套环258。螺旋弹簧260围绕驱动元件的第一部分254径向容纳在主体210中，所述弹簧的一端连接到所述驱动构件的第一部分254，而另一端连接到主体210。螺旋弹簧在轴向方向上包含在驱动构件的第一部分的套环258和主体的止动件262之间。当轴沿第二飞轮244的旋转锁定方向旋转时，螺旋弹簧260被自身拧紧。当轴向相反方向旋转时，螺旋弹簧被拧松开。

或者作为变形例，螺旋弹簧可以用扭转弹簧代替。螺旋弹簧体积较小，并且比扭转弹簧拥有更大的调节范围。

安装工具还包括喷射器，喷射器包括杆272，杆272的一端可在轴240中滑动，第四压缩弹簧274容纳在轴240的内部空间中并推动杆272。喷射器还包括设置在杆272的相对端的支撑元件276，该支撑元件可以在第一套轴220中滑动并且可以抵靠螺钉的抓握部16的第一部分28的外表面。在静止状态下，没有任何紧固件插入到安装机头中，弹射器的支撑元件276被第四压缩弹簧274向前推动以便正面定位到主体210的轴向开口216处。

现在将结合图3至图7描述借助于安装机头200安装单个紧固件10的方法。

在预备步骤中，操作者抓住处于图1所示状态的紧固件10，并将其插入主体前面的轴向开口216中。螺钉的抓握部28径向向外推动可移动元件224，一旦螺钉的第一抓握部28完全插入紧固件的安装机头（图3），可移动元件224就卡入紧固件的锁定部分30中。可移动元件224的外径小于第一环222的内径，第一环222在第一压缩弹簧226的作用下自由地向前滑动，从而将可动元件捕获在紧固件的抓握部的周围（图3），并在轴向方向上阻挡安装机头中的紧固件10。

当抓握部的第一部分28完全包含在安装机头200中时，喷射器的支撑元件276被推回，压缩轴240中的第四压缩弹簧274。

然后将紧固件10插入至少两个待组装的结构体400中，选定一个前面402，在该面一侧插入紧固件，以及一个与前面相对的盲面404。为简单起见，该结构的全貌上在图3至6中示出，而那些已经组装好了的构成元件没有被标示出来。主体的接触面214靠在紧固件的套环40上。

第一步是在结构的盲面404上形成球状凸起。为此，轴240沿第二飞轮244的旋转方向旋转。螺旋弹簧260被张紧，通过螺钉/滚珠螺母连接使得第二套轴230产生平移运动。第二套轴230向后移动（图4-箭头F1）并通过第一套轴220的肩部的支承表面和第二套轴230的第一止动件的接合来驱动第一套轴220，并且，第三环248围绕轴设置，从而使第一飞轮242向后运动，并压缩第三压缩弹簧252。

第一套轴220和第一环222向后驱动螺钉的抓握部16，因此螺钉的螺纹部分26和套筒的攻丝48指向结构的盲面404，直到形成球状凸起58并且一侧抵靠到盲面404上。然后将螺钉12的头部20容纳在安装工具的主体210中。主体的接触面214总是将套筒14保持在结构体400中（图4）。

第二步是将螺钉12拧入套筒14中，以使螺钉的头部20进入套筒的套环40。停止施加在轴240上的旋转并反向旋转。螺旋弹簧260和第三压缩弹簧252的组合作用使第二套轴230和第三环248向前平移（图5，箭头F2），同时轴在第一飞轮242的旋转方向上的旋转使套轴220沿螺钉的拧紧方向朝向前方旋转。在该旋转方向上，第二飞轮244处于自由轮相并且不使驱动元件246旋转。

图5示出了该运动的结束状态：第一套轴220，第二套轴230，第一飞轮242和第三环248已经返回到其各自的初始位置，如图2所示，螺钉的头部20再次抵靠在套筒的套环40上。

第三步是通过在第一飞轮242的旋转方向上继续旋转轴240来破坏螺钉的抓握部16来完成铆钉的安装。破裂槽18被设计成在超过一定的扭矩时断裂，以确保达到所需的紧固状态。因此，一旦达到阈值，螺钉的抓握部就断裂，使螺钉头部20与结构的前表面402齐平（图6）。

要弹出已破坏的抓握部16时，操作者抓住并向主体的后面拉第二环228。通过键系统，第一环222被拉回（图7）。在这样做时，第一环222释放可移动元件224的前端，使它们可再次径向移动。在抓握部16的止卡部30上的环222不再抓持可移动元件224，喷射器的支承元件276在第四压缩弹簧274的作用下被向前推动，喷射出所述安装机头200的抓握部16。喷射器还径向推动可移动元件，使其回到其在图2的初始位置，当操作者释放第二环228时将第一环222保持在后部位置，并且第二压缩弹簧229驱动第二环228回到在图2的初始位置。可以按照相同的程序安装另一个盲式紧固件。

该手动安装工具可以通过使可移动元件224和套轴220的抓握部适应螺钉的抓握部16的形状而与任何类型的“拉螺钉”式紧固件一起使用。

当然，安装工具200还可以安装具有突出头部的紧固件。

Claims (11)

1.紧固件的安装工具，其在于通过一个结构体的前面将一个紧固件（10）安装在结构体（400）中，所述紧固件是一种包含螺钉（12）、抓握部（16）和螺纹套筒（14）的类型的紧固件，所述螺钉包含具有头部（20）和螺纹端部（26）的柱体（22），所述抓握部（16）可以在施加预定的断裂扭矩的情况下被破坏，所述螺纹套筒（14）能够径向向外变形，以便形成抵靠所述结构的后表面的球状凸起，所述安装工具包括：

-主体（210），其基本为旋转体，该主体沿纵向轴线X延伸，包括在一个第一前端（212）处的轴向开口（216），该轴向开口允许所述抓握部（16）和所述紧固件的所述头部（20）通过，

-第一套轴（220），其可在所述主体（210）中轴向移动和旋转，该第一套轴适于驱动所述螺钉的抓握部（16）轴向平移并绕轴线X旋转；

-第二套轴（230），其可在所述主体（210）中轴向移动但不能旋转，所述第二套轴被设置成能沿轴向驱动第一套轴（220）平移;

-旋转驱动装置，其包括旋转轴（240），所述旋转轴具有：

〇第一飞轮（242），其能够在所述旋转轴的第一旋转方向上驱动所述第一套轴（220）旋转，

〇第二飞轮（244），其能够带动驱动元件（246）沿所述旋转轴的第二旋转方向旋转，其中所述驱动元件围绕所述第二飞轮同轴设置，所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反，所述驱动元件（246）通过螺旋连接与所述第二套轴（230）配合，以便沿轴向平移所述第二套轴。

2.根据权利要求1所述的紧固件的安装工具，其特征在于，所述驱动元件（246）是螺纹螺杆、滚珠丝杠、滚柱螺杆或蜗杆。

3.根据权利要求1或2所述的紧固件的安装工具，其中，所述第一套轴（220）包括可移动元件（224），所述可移动元件（224）适于与所述紧固件（10）的抓握部（16）的锁定部分（30）配合，用于沿轴向固定所述第一套轴和所述紧固件。

4.根据权利要求3所述的紧固件的安装工具，包括设置在所述第一套轴（220）上的第一环（222），该第一环可以在第一位置和第二位置之间滑动，其中在第一位置时，所述可移动元件（224）在径向方向上的运动被限制，在第二位置时，所述可移动元件在径向方向上的运动是自由的。

5.根据权利要求4所述的紧固件的安装工具，包括第二环（228），所述第二环（228）可在所述主体（210）上沿轴向方向滑动并且与所述第一环（222）连接以驱动所述第一环仅向第二位置移动。

6.根据权利要求1所述的紧固件的安装工具，其特征在于，所述第一飞轮（242）沿轴向可滑动地安装在轴（240）上。

7.根据权利要求6所述的紧固件的安装工具，其中所述第一飞轮（242）安装在第三环（248）上，所述第三环（248）沿轴向方向可滑动地安装在所述旋转轴（240）上。

8.根据权利要求7所述的紧固件的安装工具，其特征在于，压缩弹簧（252）设置在所述第三环（248）和所述驱动元件（246）之间。

9.根据权利要求1或2所述的紧固件的安装工具，包括弹性装置，所述弹性装置的一端连接到所述驱动元件（246），另一端连接到所述主体（210），当所述旋转轴（240）沿所述第二方向旋转时，所述弹性装置张紧，在所述轴的旋转停止和/或反转时，所述弹性装置伸展以推动所述驱动元件。

10.根据权利要求9所述的紧固件的安装工具，其特征在于，所述弹性装置是扭转弹簧或螺旋弹簧。

11.通过使用根据前述权利要求之一所述的紧固件的安装工具安装紧固件的方法，该方法包括以下步骤：

-使所述紧固件（10）的抓握部（16）与所述安装工具的主体（210）的轴向开口（216）接合，以使所述紧固件与所述第一套轴（ 220）共同平移和旋转，并将所述紧固件固定在所述结构体（400）的钻孔中，然后

-在所述第二旋转方向上旋转所述旋转轴（240）以使所述第二套轴（230）轴向平移，所述第二套轴驱动所述第一套轴（220）在拉动所述紧固件的螺钉（12）的方向上轴向平移一段距离，以确保通过所述套筒（14）的变形形成球状凸起，然后

-沿所述第一旋转方向旋转所述旋转轴（240）以驱动所述螺钉（12）旋转到所述螺钉的紧固扭矩，以使所述抓握部（16）与所述螺钉的其余部分在破裂沟（18）处破裂分离。