CN110695672A - 一种螺栓紧固方法及螺栓紧固系统 - Google Patents
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Abstract
一种螺栓紧固方法及螺栓紧固系统，涉及一种螺栓的紧固方法，以及它的紧固装置，属于机械连接安装技术领域。螺栓紧固方法是采用轴向拉伸机构对螺栓施加轴向拉伸力进行轴向拉伸，采用旋转机构向螺母施加扭矩，使螺母对螺栓产生第二轴向拉力。螺栓紧固系统包括拉伸机构和与拉伸机构连接的旋转机构。本发明具有的有益效果是：采用拉伸扭矩法对螺栓进行紧固，有效减少甚至消除了螺纹副及螺母与被紧固工件之间的间隙对于螺栓紧固时锁紧精度的影响，保证螺栓紧固完成后，螺栓上残留的轴向拉力与目标轴向拉力误差可控制在±2.5％，大幅提高了紧固精度。
Description
技术领域
一种螺栓紧固方法及螺栓紧固系统，涉及一种螺栓的紧固方法，以及它的紧固装置，属于机械连接安装技术领域。
背景技术
螺栓为常见的机械零件，为配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件。由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体，螺杆上远离头部的一端为尾部)两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个零件，这种连接形式称螺栓连接，如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。
目前，大扭矩的螺栓紧固工作多采用液压拉伸器或液压扭矩扳手。其中液压拉伸器具有较高的螺栓锁紧精度，而液压扭矩扳手由于在紧固螺栓时，扭矩扳手输出扭矩的85％－95％都消耗在紧固过程中的摩擦力，仅有5％－15％的扭矩用于提供轴向锁紧力，所以导致液压扭矩扳手的螺栓锁紧精度较低。需要高精度安装时，一般采用液压拉伸器作为安装工具。但对于液压拉伸器来说，由于螺纹副之间的间隙、螺母与被紧固工件之间的间隙导致了实际锁紧力与目标锁紧力误差较大，降低了螺栓锁紧的精度。
发明内容
本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种在螺栓紧固过程中，能有效减小或消除由于螺纹副及螺母与被紧固工件之间的间隙对紧固结果的影响的螺栓紧固方法以及该紧固装置。其技术方案如下：
一种螺栓紧固方法，其关键技术是采用轴向拉伸机构对螺栓施加轴向拉伸力进行轴向拉伸，采用旋转机构向螺母施加扭矩，使螺母对螺栓产生第二轴向拉力。
一种螺栓紧固系统，其关键技术在于包括拉伸机构和与拉伸机构连接的旋转机构。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于拉伸机构包括缸体、活塞和拉芯，活塞与缸体紧密配合，拉芯与活塞配合，拉芯内腔壁上设有内螺纹；旋转机构包括齿轮拨环、螺母拨环和拨环驱动器，齿轮拨环通过拨环驱动器驱动，齿轮拨环和螺母拨环啮合连接，螺母拨环与拉芯同心设置。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于旋转机构包括螺母拨环和蜗杆，螺母拨环和蜗杆啮合连接，蜗杆由蜗杆驱动器驱动，构成涡轮蜗杆传动式旋转机构。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于旋转机构包括螺母拨环和齿轮，螺母拨环和齿轮啮合连接，齿轮由齿轮驱动器驱动，构成齿轮传动机构。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于旋转机构包括螺母拨环，螺母拨环上端与齿轮拨环啮合连接，齿轮拨环通过拨环驱动器驱动，螺母拨环侧壁与齿轮啮合连接，齿轮由齿轮驱动器驱动，构成齿轮预紧棘爪旋转机构。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于拉伸机构的拉芯与活塞集合为一体。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于拉伸机构包括拉芯、第一活塞、第二活塞、第一缸体和第二缸体，第一活塞对应第一缸体安装，第二活塞对应第二缸体安装，拉芯下端面与第一活塞上端面接触。
进一步，所述螺栓紧固系统，其关键技术在于拉伸机构包括拉芯、第一活塞、第二活塞、第一缸体和第二缸体，第一活塞对应第一缸体安装，第二活塞对应第二缸体安装，在第一缸体上端安装锁头，拉芯上端与锁头连接。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明采用拉伸扭矩法，螺栓紧固时先使用轴向拉伸机构对螺栓施加轴向拉伸力进行轴向拉伸到预设值，再使用旋转机构向螺母施加扭矩，对螺母进行锁紧并对螺栓产生第二轴向拉力进行二次拉伸，在对螺母施加扭矩的过程中，有效减少甚至消除了螺纹副及螺母与被紧固工件之间的间隙对于螺栓紧固时锁紧精度的影响，保证螺栓紧固完成后，螺栓上残留的轴向拉力与目标轴向拉力误差可控制在±2.5％，大幅提高了紧固精度。
2、本发明开发了一种新设备集合了拉伸与扭矩功能，在拉伸机构和旋转机构的共同作用下，解决了传统拉伸紧固法进行螺栓紧固时，实际锁紧力与目标锁紧力误差较大的问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明另一结构示意图；
图3是本发明使用状态示意图；
图4是本发明又一结构示意图；
图5是本发明再一结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
本发明螺栓紧固方法，是采用轴向拉伸机构根据螺栓紧固时所需要的轴向锁紧力对螺栓施加轴向拉伸力进行轴向拉伸，采用旋转机构向螺母施加扭矩，使螺母对螺栓产生第二轴向拉力，第二轴向拉力的大小在实际工程应用中可通过监测轴向拉伸机构压力的变化、螺栓伸长量的变化或测量旋转机构所承受的拉伸机构轴向力来测得；向螺栓施加第二轴向拉力后，轴向拉伸机构释放，残留在螺栓上的轴向拉力与目标轴向拉力误差可控制在±2.5％以内，大幅提高螺栓锁紧精度。
螺栓紧固系统包括拉伸机构和与拉伸机构连接的旋转机构。
实施例二：
本实施例螺栓紧固方法，如图3所示，被紧固的螺栓13位于拉芯的孔内，螺母12位于螺母拨环6的孔内，螺栓的外螺纹与拉芯的内螺纹11配合，活塞3向上运动，带动拉芯1也向上运动，拉芯1直接对螺栓13施加轴向拉伸力进行轴向拉伸，当拉伸机构的拉伸压力达到设定值后，拉伸机构自动停止工作，系统保持当前压力；然后拨环驱动器9带动齿轮拨环7转动，齿轮拨环7再带动螺母拨环6转动，螺母拨环6直接与螺母12接触，向螺母12施加扭矩，使螺母对螺栓13产生第二轴向拉力，对螺栓13进行二次拉伸，此时拉伸机构上的压力会随着旋转机构的工作而下降，当下降到所设定的标准时，系统停止工作，紧固完成，螺栓所得的紧固力达到规定的紧固力，两者误差可控制在±2.5％以内，大幅提高螺栓锁紧精度。
本实施例拉伸机构，参见图1，包括缸体4、活塞3和拉芯1，活塞3位于缸体4内且与缸体4紧密配合，拉芯1与活塞3配合，构成单级分体式拉伸机构(即拉伸机构活塞为单级，拉芯可更换)，拉芯1内腔壁上设有与螺栓外螺纹相配合的内螺纹11；旋转机构包括齿轮拨环7、螺母拨环6和拨环驱动器9，齿轮拨环7通过拨环驱动器9驱动，齿轮拨环7和螺母拨环6通过棘齿10啮合连接，螺母拨环6与拉芯1同心设置，拨环驱动器9安装在驱动器安装座8上。
实施例三：
参见图2，本实施例拉伸机构的拉芯1与活塞集合为一体，构成单级一体式拉伸机构；旋转机构包括螺母拨环6和蜗杆15，螺母拨环6和蜗杆15通过齿轮啮合连接，蜗杆15由蜗杆驱动器16驱动，构成涡轮蜗杆传动式旋转机构。蜗杆驱动器16连接在蜗杆安装盒14或安装在安装座上。
螺栓紧固时，一体式拉芯1向上运动，拉伸螺栓，为螺栓提供紧固时所需要的锁紧力，然后蜗杆驱动器16驱动蜗杆15旋转，蜗杆15使螺母拨环6旋转，螺母拨环6带动螺母旋转，使螺母对螺栓施加第二轴向拉力。
实施例四：
参见图4，本实施例拉伸机构包括拉芯1、活塞和缸体，活塞有两级活塞第一活塞3.1和第二活塞3.2，缸体有两级缸体第一缸体4.1和第二缸体4.2，第一活塞3.1和第二活塞3.2通过活塞连接座20连接，确保两个活塞同步运动，第一缸体4.1和第二缸体4.2通过安装座连接，第一活塞3.1对应第一缸体4.1安装，第二活塞3.2对应第二缸体4.2安装，拉芯1采用旋入式连接，拉芯1下端面与第一活塞3.1上端面接触，构成双级分体式拉伸机构；旋转机构包括螺母拨环6和齿轮18，螺母拨环6和齿轮18通过齿啮合连接，齿轮18由齿轮驱动器19驱动，构成齿轮传动机构。齿轮18安装在齿轮箱17内。
紧固螺栓时，第二活塞3.2与第一活塞3.1同步运动，第一活塞3.1带动拉芯1向上运动，拉芯1对螺栓进行拉伸，为螺栓提供螺栓紧固时所要的锁紧力，然后齿轮驱动器19带动齿轮18旋转，齿轮18带动螺母拨环6旋转，螺母拨环6带动螺母旋转，使螺母对螺栓施加第二轴向拉力。
实施例五：
参见图5，本实施例拉伸机构包括拉芯1、活塞和缸体，活塞有两级活塞第一活塞3.1和第二活塞3.2，缸体有两级缸体第一缸体4.1和第二缸体4.2，第一活塞3.1和第二活塞3.2通过活塞连接座20连接，确保两个活塞同步运动，第一缸体4.1和第二缸体4.2通过安装座连接，第一活塞3.1对应第一缸体4.1安装，第二活塞3.2对应第二缸体4.2安装，在第一缸体4.1上端安装锁头21，拉芯1上端与锁头21连接，构成双级一体式拉伸机构；旋转机构包括螺母拨环6，螺母拨环6上端通过棘齿10与齿轮拨环7啮合连接，齿轮拨环7通过拨环驱动器9驱动，螺母拨环6侧壁通过齿与齿轮18啮合连接，齿轮18由齿轮驱动器19驱动，构成齿轮预紧棘爪旋转机构。
螺栓紧固时，第二活塞3.2与第一活塞3.1同步运动，第一活塞3.1带动锁头21向上运动，锁头21带动拉芯1运动，拉芯1对螺栓进行拉伸，为螺栓提供螺栓紧固时所要的锁紧力，然后齿轮驱动器19先带动齿轮18旋转，齿轮18使螺母拨环6旋转，带动螺母旋转进行螺母预紧，自动预紧完成后，拨环驱动器9带动齿轮拨环7转动，齿轮拨环7再带动螺母拨环6转动，螺母拨环6直接与螺母接触，带动螺母旋转，使螺母对螺栓施加第二轴向拉力。
图中2是盖板，5是旋转机构安装座。
尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述与说明，但需指明，此实施例仅为一部分实施例，而不是全部的实施例。如各种驱动器，可以采用电动、液压或其它结构的驱动器；拉伸机构除了采用一体式结构(拉芯与活塞一体)、分体式结构(拉芯与活塞为两个独立零件)、单级结构(工作时一个压力腔体产生轴向拉力)、双级结构(工作时两个压力腔体产生轴向拉力)，还可以采用多级结构(工作时两个以上压力腔体产生轴向拉力)等；紧固系统的拉伸机构和旋转机构的组合方式还可以任意组合。我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种螺栓紧固方法，其特征是采用轴向拉伸机构对螺栓施加轴向拉伸力进行轴向拉伸，采用旋转机构向螺母施加扭矩，使螺母对螺栓产生第二轴向拉力。
2.一种螺栓紧固系统，其特征在于包括拉伸机构和与拉伸机构连接的旋转机构。
3.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征在于拉伸机构包括缸体(4)、活塞(3)和拉芯(1)，活塞(3)与缸体(4)紧密配合，拉芯(1)与活塞(3)配合，拉芯(1)内腔壁上设有内螺纹(11)；旋转机构包括齿轮拨环(7)、螺母拨环(6)和拨环驱动器(9)，齿轮拨环(7)通过拨环驱动器(9)驱动，齿轮拨环(7)和螺母拨环(6)啮合连接，螺母拨环(6)与拉芯(1)同心设置。
4.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征是旋转机构包括螺母拨环(6)和蜗杆(15)，螺母拨环(6)和蜗杆(15)啮合连接，蜗杆(15)由蜗杆驱动器(16)驱动，构成涡轮蜗杆传动式旋转机构。
5.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征在于旋转机构包括螺母拨环(6)和齿轮(18)，螺母拨环(6)和齿轮(18)啮合连接，齿轮(18)由齿轮驱动器(19)驱动，构成齿轮传动机构。
6.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征在于旋转机构包括螺母拨环(6)，螺母拨环(6)上端与齿轮拨环(7)啮合连接，齿轮拨环(7)通过拨环驱动器(9)驱动，螺母拨环(6)侧壁与齿轮(18)啮合连接，齿轮(18)由齿轮驱动器(19)驱动，构成齿轮预紧棘爪旋转机构。
7.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征在于拉伸机构的拉芯(1)与活塞集合为一体。
8.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征在于拉伸机构包括拉芯(1)、第一活塞(3.1)、第二活塞(3.2)、第一缸体(4.1)和第二缸体(4.2)，第一活塞(3.1)对应第一缸体(4.1)安装，第二活塞(3.2)对应第二缸体(4.2)安装，拉芯(1)下端面与第一活塞(3.1)上端面接触。
9.根据权利要求2所述螺栓紧固系统，其特征在于拉伸机构包括拉芯(1)、第一活塞(3.1)、第二活塞(3.2)、第一缸体(4.1)和第二缸体(4.2)，第一活塞(3.1)对应第一缸体(4.1)安装，第二活塞(3.2)对应第二缸体(4.2)安装，在第一缸体(4.1)上端安装锁头(21)，拉芯(1)上端与锁头(21)连接。
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