CN110319105A - 一种新型螺纹连接副及其安装机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型螺纹连接副及其安装机构，螺纹连接副包括螺母及螺栓，螺栓包括螺栓头部、杆部及扳拧部；螺栓头部固设在杆部的头部，扳拧部固设在杆部的尾部，通过安装机构实现螺母与螺栓之间的连接。本发明所述的一种新型螺纹连接副及其安装机构，解决了传统的螺栓螺母连接副不能控制安装力矩，不能控制螺纹连接副连接后对连接结构的夹紧力的技术问题。

Description

一种新型螺纹连接副及其安装机构

技术领域

本发明属于机械制造领域，尤其是涉及一种新型螺纹连接副及其安装机构。

背景技术

机械结构的连接通常使用螺栓螺母螺纹连接副或者铆接连接或者焊接连接，而复合材料结构的连接只能使用螺栓螺母连接副，但常规的螺栓螺母连接副不能控制安装力矩，不能控制螺纹连接副连接后对连接结构的夹紧力。在目前的科学手段下还无法通过有效的手段测量螺纹连接副安装后，连接副对连接结构的实际夹紧力究竟是多少。而且在安装时完全依靠操作人员的安装经验，但安装效果很不理想，因为操作人员不可能把每一个连接副的安装力都控制成一样。在借助定力扳手的作用下，由于受安装位置、安装方式和操作人员情绪的影响等因素，无法使每一个批次，甚至是每一个螺纹连接副的安装力矩都控制在一个很小的、合理的范围内，因此造成安装工艺不可控，安装过程不可控，安装力矩不可控，最后导致安装后的产品质量不可控。另外，现有的螺纹连接副为了安装的需要都设计有扳拧结构，虽然便于安装，但却不能实现防盗功能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种新型螺纹连接副及其安装机构，解决了传统的螺栓螺母连接副不能控制安装力矩，不能控制螺纹连接副连接后对连接结构的夹紧力的技术问题；

并且进一步解决了现有的螺纹连接副为了安装的需要都设计有扳拧结构，虽然便于安装，但却不能实现防盗功能的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可控力矩螺栓，包括螺栓头部、杆部及扳拧部；

所述杆部包括光杆部及螺纹杆部，所述光杆部一端与螺纹杆部固接，所述光杆部另一端与所述螺栓头部固接，所述扳拧部设置在所述螺纹杆部尾部；

所述扳拧部与所述螺纹杆部的连接处设有可控力矩槽部。

进一步的，所述螺栓头部、光杆部、螺纹杆部及扳拧部依次一体地连接。

进一步的，所述可控力矩槽部为U形、V形或楔形，所述可控力矩槽部槽口直径小于所述可控力矩槽部槽底直径的五倍。

进一步的，所述螺栓头部为圆柱体或锥体。

进一步的，所述光杆部与螺纹杆部的连接处为圆弧形。

一种新型螺纹连接副，包括螺母及所述的螺栓；

所述螺母为螺母体，所述螺母体内壁设有螺纹及沉头窝，所述螺纹设置在所述沉头窝的一侧，所述螺母体外部设有螺母扳拧部，所述螺母体通过所述螺纹与所述螺纹杆部连接。

进一步的，所述螺母体包括内部为中空的第一圆柱体及内部为中空的第二圆柱体，所述第二圆柱体直径大于所述第一圆柱体，所述第一圆柱体通过过渡锥或过渡圆弧与所述第二圆柱体过渡连接，所述沉头窝设置在所述第二圆柱体内壁，所述螺母扳拧部设置在所述第一圆柱体外壁。

进一步的，所述螺母扳拧部为扁形、矩形、六边形、十二边形、十二花形、二叶形或三叶形。

一种安装机构，包括螺母防转套、螺栓安装套及能够对螺栓安装套操作的安装工具；

所述螺母防转套内部设有能够放置螺栓安装套的腔体结构，所述腔体结构一端能够对所述螺母进行锁止，所述腔体结构另一端能够与所述安装工具配用；

所述螺栓安装套一端设有能够对所述扳拧部进行锁止的扳拧腔体，所述螺栓安装套另一端设有能够与所述安装工具配用、固定的矩形结构。

相对于现有技术，本发明所述的一种新型螺纹连接副及其安装机构具有以下优势：

本发明所述的一种新型螺纹连接副及其安装机构，实现安装过程可控，安装工艺可控，安装力矩可控，安装后螺纹连接副与被连接结构的夹紧力可控，且能实现安装牢靠、安装方便，安装后不易拆卸实现防盗，能在机械连接结构和复合材料连接结构等多重场合下安全使用，同时又便于制造生产，且不改变原有被连接结构，不增加制造成本的情况下，特设计了该型螺纹连接副，并为该型螺纹连接副设计了专用、快捷的安装工具；

本方案能实现定力矩安装、安装使用方便、制造容易、还能防止偷盗，不受安装场合限制的新型螺纹连接副，不仅满足机械连接、固定和安装使用要求，而且实现连接可靠、安装适应广泛的特点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中可控力矩螺栓穿入被连接结构前示意图；

图2为本发明实施例中螺母旋入可控力矩螺栓前示意图；

图3为本发明实施例中螺母防转套套入螺母后示意图；

图4为本发明实施例中螺栓安装套套入螺栓扳拧部前示意图；

图5为本发明实施例中螺栓安装套套入螺栓扳拧部后示意图；

图6为本发明实施例中安装工具插入螺栓安装套前示意图；

图7为本发明实施例中安装工具插入螺栓安装套后示意图；

图8为本发明实施例中安装工具旋转头旋转带动可控力矩螺栓旋转直至螺母与被连接结构接触示意图；

图9为本发明实施例中可控力矩螺栓可控力矩槽断裂后示意图；

图10为本发明实施例中撤除安装工具安装完成后的状态示意图；

图11为本发明实施例中可控力矩螺栓示意图；

图12为本发明实施例中可控力矩螺栓另一角度结构示意图；

图13为本发明实施例中螺栓头部为椎体结构示意图；

图14为本发明实施例中螺栓头部为圆柱体结构示意图；

图15为本发明实施例中可控力矩螺栓槽部为楔形结构示意图；

图16为本发明实施例中可控力矩螺栓槽部为U形结构示意图；

图17为本发明实施例中可控力矩螺栓槽部为V形结构示意图；

图18为本发明实施例中扁形结构示意图

图19为本发明实施例中扁形结构另一角度结构示意图；

图20为本发明实施例中矩形结构示意图；

图21为本发明实施例中矩形结构另一角度结构示意图；

图22为本发明实施例中六边形结构示意图；

图23为本发明实施例中六边形结构另一角度结构示意图；

图24为本发明实施例中十二边形结构示意图；

图25为本发明实施例中十二边形结构另一角度结构示意图；

图26为本发明实施例中十二花边形结构示意图；

图27为本发明实施例中十二花边形结构另一角度结构示意图；

图28为本发明实施例中三叶形结构示意图；

图29为本发明实施例中三叶形结构另一角度结构示意图；

图30为本发明实施例中螺母防转套示意图；

图31为本发明实施例中螺栓安装套示意图；

图32为本发明实施例中螺母示意图；

图33为本发明实施例中螺母另一角度结构示意图。

附图标记说明：

10-螺栓头部；11-光杆部；12-螺纹杆部；14-可控力矩槽部；15-扳拧部；20-螺母；21-沉头窝；22-螺母扳拧部；23-螺母体；24-螺纹；40-螺母防转套；50-螺栓安装套；60-安装工具；61-安装工具固定套；62-安装工具旋转头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种可控力矩螺栓，包括螺栓头部10、杆部及扳拧部15；杆部包括光杆部11及螺纹杆部12，光杆部11一端与螺纹杆部12固接，光杆部11另一端与螺栓头部10固接，扳拧部15设置在螺纹杆部12尾部；

光杆部11是一段圆柱形光杆，其作用一方面承受螺纹连接副的拉伸力、剪切力，另一方面可调节控制螺栓的长度。当被连接结构的厚度不同，需要选择不同的螺栓长度，由于螺栓的螺纹长度是固定不变的，因而螺栓长度的变化是根据该段光杆部11长度的变化来确的，当被连接结构厚度大时，需要选择较长的螺栓，也就是选择该段圆柱体较长的螺栓，反之则选择较短的螺栓。

扳拧部15在螺栓的尾部的设计效果：1方便螺栓与螺母20在同一个大面内完成安装，不需要双面安装，安装时只需要一个人就可以完成，减少了安装人员，降低了安装成本，主要适用于航空行业安装面很大时的安装，特别是大平面、大曲面和复合材料部位的安装。2在大面部位安装时一般的螺栓螺母副都需要两个人配合完成安装，因为安装面大，安装时无法看到对面的人，也无法通过语言进行交流和提示，安装时两个人配合起来很难，效率很低。而本方案只需要一个人就可以在大安装面内完成安装，不需要另外一个人来配合安装，因为扳拧部15和螺母扳拧部22都设计在了连接副的同一侧。

螺纹杆部12用于与螺母20连接，形成螺纹连接副，实现对被连接结构的连接、紧固与夹紧。

扳拧部15与螺纹杆部12的连接处设有可控力矩槽部14，可控力矩槽部14为U形、V形或楔形，可控力矩槽部14槽口直径小于可控力矩槽部14槽底直径的五倍；可控力矩槽部14是可控力矩螺栓的重要工艺结构，与螺母20连接安装时，拧紧螺栓，当拧紧力矩达到设计规定的拧断力矩时，可控力矩螺栓的扳拧部15必须在该可控力矩槽部14处被拧断，从而保证可控力矩螺栓与螺母20之间的连接获得稳定而合理的预紧力，也就是对连接结构形成稳定而合理的夹紧力，进而有效防止螺纹连接副出现过拧或欠拧的情况发生。当螺纹连接副过拧时，一方面使被连接结构出现凹陷或复合结构出现开裂，另一方面螺纹连接副受力过大导致螺纹变形，甚至导致螺栓被过度拉长，螺栓断裂，螺栓或螺母脱扣等严重缺陷。当螺纹连接副欠拧时，一方面被连接结构连接不紧，易松动，另一方面螺纹连接副极易出现螺母脱落导致连接失效。

如图15-17所示，可控力矩槽部14的结构可设计成U型，V型或楔形，具体结构由制造厂自行决定。其利用的原理是应力集中原理，当螺栓被扳拧时，当扳拧力矩达到设计要求时，在扭力矩的作用下，由于螺栓的最薄弱部位是可控力矩槽部14，在应力作用下，应力被集中在该部位，由于应力过于集中，可控力矩槽部14无法承受大于预先设计的扳拧力矩而被拧断，从而实现螺栓安装时达到预先设计的安装力矩和达到被连接结构预先设计的夹紧力，从而有效避免被连接结构由于螺纹连接副超拧或欠拧而产生的各种质量缺陷。

扳拧部15是可控螺栓的工艺结构，起着扳拧作用，安装时实现用扳拧工具进行扳拧的目的，其形状可以根据使用要求设计成如图18-26所示，三角形、矩形、五边形、六边形、扁形等。安装完成后由于可控力矩槽部14被拧断，该部位就失去了作用。由于螺栓安装后不具有扳拧结构，从而难以拆卸，实现了防盗的目的。

螺栓头部10、光杆部11、螺纹杆部12及扳拧部15依次一体地连接，螺栓头部10为圆柱体或锥体，螺栓头部10为圆柱形的目的是增加螺栓受力后头部的承载力，螺栓头部10顶面边缘设计成圆弧形，一方面防止锐边划伤被连接件和操作人员，另一方面增加美观度。圆柱形的高度很短满足承载力要求即可，一方面可承载，另一方面由于难以用常规拆卸工具夹持，实现被拆卸，达到防盗的目的。螺栓头部10为锥形在安装后沉入沉头孔中，更不易拆卸，防盗效果更佳。

光杆部11与螺纹杆部12的连接处为圆弧形。

一种新型螺纹连接副，包括螺母20及螺栓；螺母20为螺母体23，螺母体23内壁设有螺纹24及沉头窝21，螺纹24设置在沉头窝21的一侧，螺母体23外部设有螺母扳拧部22，螺母体23通过螺纹24与螺纹杆部12连接。

螺母体23包括内部为中空的第一圆柱体及内部为中空的第二圆柱体，第二圆柱体直径大于第一圆柱体，第一圆柱体通过过渡锥或过渡圆弧与第二圆柱体过渡连接，沉头窝21设置在第二圆柱体内壁，螺母扳拧部22设置在第一圆柱体外壁；直径较大的第二圆柱体目的是增大与被连接结构的接触面积，增大摩擦，实现螺纹连接副不易松动的功能和作用。直径较小的第一圆柱体目的是减少螺母体整体重量。设计成圆柱体方便制造，增加美观度。

螺母扳拧部22是螺母的工艺部位，便于安装时有效控制螺母20旋转，实现安装的目的，如图18-28所示，螺母扳拧部22为扁形、矩形、六边形、十二边形、十二花形、二叶形或三叶形。为了达到防盗的目的，螺母扳拧部22可以设计成二叶或三叶形，安装完成后，用专用工具磨削去二叶或三叶，螺母就无法拆卸，达到防盗的目的。

沉头窝21目的是容纳螺栓收尾处的不完整螺纹，达到螺母20能有效旋入到螺栓螺纹的最终端，达到夹紧被连接件的目的。

一种安装机构，包括螺母防转套40、螺栓安装套50及能够对螺栓安装套50操作的安装工具60；

螺母防转套40内部设有能够放置螺栓安装套50的腔体结构，腔体结构一端能够对螺母20进行锁止，腔体结构另一端能够与安装工具60配用；

螺栓安装套50一端设有能够对扳拧部15进行锁止的扳拧腔体，螺栓安装套50另一端设有能够与安装工具60配用、固定的矩形结构。

螺母防转套40主要是安装螺纹连接副时，固定螺母20防止其旋转的作用。螺母防转套40外形为圆柱形，腔体结构一端根据被安装的螺母20外形设计成相配用的形状，另一端设计成扁形，便于与安装工具60配用、固定。

螺栓安装套50主要安装螺纹连接副时，抓紧螺栓并带动螺栓旋转，达到紧固螺栓的作用。外形设计成异形，螺栓安装套50一端设有扳拧腔体，螺栓安装套50另一端设有矩形结构，矩形结构能够便于安装与电动安装工具或手动安装工具配用。

安装工具60可以是手动安装工具如扳手等，也可以是电动安装工具，市面常见且有售，在此不再详述，而且其不是本发明要表述的发明点，本实施例中，安装工具60通过安装工具固定套62与安装工具旋转头61连接，安装工具旋转头61设有能够与矩形结构连接的腔体。

本实例的工作方式

使用时，首先根据安装部位的厚度和安装孔的直径选择合适直径和长度的可控力矩螺栓。其次将可控力矩螺栓穿入机械结构或复合材料结构连接部位的安装孔中，直到螺栓螺纹杆露出机械结构或复合材料结构连接部位的安装孔端面。然后根据用手将螺母20旋入螺栓的螺纹杆上至少1-2圈。1电动工具安装，先选择与螺母扳拧部22相适应的安装工具之一的螺母防转套40套在螺母扳拧部22上，注意螺母防转套40的内腔形状、尺寸及方向与螺母20外形相匹配。然后根据可控力矩螺栓扳拧部位的形状及大小，选择与其相匹配的安装工具之二的螺栓安装套50套在扳拧部15上，再然后将电动工具插入螺栓安装套50的另一端，启动电动工具按扭，即可带动螺栓一起旋入螺母20，直至扳拧部15沿可控力矩槽部14断裂，即完成螺纹连接副的电动工具安装。

2手动安装，先选择一把固定或活动扳手夹住螺母扳拧部22，并夹紧且固定不动。然后根据可控力矩螺栓扳拧部位的形状及大小，选择与其相匹配的安装工具之二的螺栓安装套套在扳拧部15上，再选择一把固定或活动扳手，卡在螺栓安装套的另一端，然后转动扳手带动螺栓安装套及螺栓一起旋转旋入螺母，直至螺栓扳拧部沿槽部断裂，即完成螺纹连接副的安装。

对于螺母扳拧部22结构为二叶形或者三叶形时，在安装完成后，应使用手持式砂轮电动工具磨去螺母扳拧部22的二叶或三叶，使其无法用工具扳拧螺母20，从而使螺纹连接副无法拆卸，达到防盗的目的。

螺纹连接副的拆卸，当需要拆卸螺纹连接副时，只需要用扳手卡住螺母扳拧部22，按拧松方向拧松螺母20即可，如果拆卸时螺栓与螺母20一起旋转而无法拆卸开时，应使用錾子将螺母20錾开，再将螺栓从安装孔中打出即可完成螺纹连接副的拆卸。也可用电钻等工具钻掉螺栓头部10，再从另一端打出螺栓即可完成螺纹连接副的拆卸。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可控力矩螺栓，其特征在于：包括螺栓头部(10)、杆部及扳拧部(15)；

所述杆部包括光杆部(11)及螺纹杆部(12)，所述光杆部(11)一端与螺纹杆部(12)固接，所述光杆部(11)另一端与所述螺栓头部(10)固接，所述扳拧部(15)设置在所述螺纹杆部(12)尾部；

所述扳拧部(15)与所述螺纹杆部(12)的连接处设有可控力矩槽部(14)。

2.根据权利要求1所述的一种可控力矩螺栓，其特征在于：所述螺栓头部(10)、光杆部(11)、螺纹杆部(12)及扳拧部(15)依次一体地连接。

3.根据权利要求2所述的一种可控力矩螺栓，其特征在于：所述可控力矩槽部(14)为U形、V形或楔形，所述可控力矩槽部(14)槽口直径小于所述可控力矩槽部(14)槽底直径的五倍。

4.根据权利要求3所述的一种可控力矩螺栓，其特征在于：所述螺栓头部(10)为圆柱体或锥体。

5.根据权利要求4所述的一种可控力矩螺栓，其特征在于：所述光杆部(11)与螺纹杆部(12)的连接处为圆弧形。

6.一种新型螺纹连接副，其特征在于：包括螺母(20)及权利要求1-5任一项所述的螺栓；

所述螺母(20)为螺母体(23)，所述螺母体(23)内壁设有螺纹(24)及沉头窝(21)，所述螺纹(24)设置在所述沉头窝(21)的一侧，所述螺母体(23)外部设有螺母扳拧部(22)，所述螺母体(23)通过所述螺纹(24)与所述螺纹杆部(12)连接。

7.根据权利要求6所述的一种新型螺纹连接副，其特征在于：所述螺母体(23)包括内部为中空的第一圆柱体及内部为中空的第二圆柱体，所述第二圆柱体直径大于所述第一圆柱体，所述第一圆柱体通过过渡锥或过渡圆弧与所述第二圆柱体过渡连接，所述沉头窝(21)设置在所述第二圆柱体内壁，所述螺母扳拧部(22)设置在所述第一圆柱体外壁。

8.根据权利要求7所述的一种新型螺纹连接副，其特征在于：所述螺母扳拧部(22)为扁形、矩形、六边形、十二边形、十二花形、二叶形或三叶形。

9.一种安装机构，其特征在于：包括螺母防转套(40)、螺栓安装套(50)及能够对螺栓安装套(50)操作的安装工具(60)；

所述螺母防转套(40)内部设有能够放置螺栓安装套(50)的腔体结构，所述腔体结构一端能够对权利要求7-8任一项所述螺母(20)进行锁止，所述腔体结构另一端能够与所述安装工具(60)配用；

所述螺栓安装套(50)一端设有能够对权利要求1-5任一项所述扳拧部(15)进行锁止的扳拧腔体，所述螺栓安装套(50)另一端设有能够与所述安装工具(60)配用、固定的矩形结构。