CN111188822A - 一种可控夹紧力的防松紧固方法及锁固系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控夹紧力的防松紧固方法及锁固系统，属于紧固连接技术领域。本发明通过拉紧装置提供轴向力将套环和工件拉紧，然后利用电磁加载对套环施加垂直套环轴向的径向力，将套环在磁场作用下缩径变形挤压至栓干的环槽中，从而实现紧固。本发明降低了对拉紧装置的驱动能耗需求，避免了强力挤压对工件表面防腐层的破坏，同时降低了铆钉制造成本，也减小了对拉紧装置的夹持端口损耗，延长了使用寿命。此外，本发明能够检测拉紧过程中拉力大小，从而实现对不同工况下工件的夹紧力进行调节。本发明的防松紧固方法能够在很短的时间内实现套环的变形锁紧，且在安装工件的过程中无冲击和噪声。
Description
技术领域
本发明涉及紧固连接技术领域，具体涉及一种可控夹紧力的防松紧固方法及锁固系统。
背景技术
在现有的紧固连接技术中，铆接是常见的连接技术之一。用于铆接的紧固件通常由铆钉(铆杆)和套环组成。现有的铆接技术是通过以下过程实现工件的紧固：通过铆钉枪对铆钉持续施加拉力并且同时施加一反向压力将套环内壁通过挤压变形嵌入铆钉上的锁紧槽里，由此实现工件的紧固连接。如今，铆接技术十分成熟，但却一直存在以下问题：
1、通过上述方式完成紧固的铆接枪，由于枪口需要与铆钉的夹持部配合，且在紧固过程中需要一直对套环进行挤压，导致枪口结构易损耗、使用寿命短，进而导致铆接质量降低。
2、在铆钉枪同时拉动铆钉和挤压套环的过程中，对套环和铆钉提供的均是轴向力，通过轴向力将套环挤进铆钉的锁紧槽内，使得铆接所需的拉力远大于工件所需的预紧力，造成能量浪费。而且由于挤压套环时还受到摩擦力的作用，造成结构件拉紧力不易控制，使得紧固效果受制于套环性能。
3、为了便于将套环挤压至铆钉的锁紧槽内，现有的套环的材质偏软、强度不要，使得紧固效果不太理想。
4、现有的铆接技术不能随待连接紧固的工件的不同承压工况进行选择和调整，无论实际所需夹紧力为多少均按照相同力度夹紧，这会导致对于某些承压小的工件在强力挤压下损伤工件表面，甚至被拉穿，而且强力挤压还会导致某些工件表面的防腐层被破坏，影响工件产品的使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可控夹紧力的防松紧固方法及锁固系统，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种可控夹紧力的防松紧固方法，其包括以下步骤：
(1)以栓杆和套环为紧固件，用栓杆穿过待紧固的工件，然后套上套环；
(2)用与栓杆的夹持部相配合的拉紧装置将套环与工件拉紧；
(3)通过电磁加载方法使套环缩径变形并挤压填充至栓杆的环槽中，使得套环与栓杆结合。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电磁加载方法的过程为：
利用脉冲电源对设置在套环外的螺线管线圈放电，使得螺旋管线圈产生的磁力通过设在螺线管线圈内的集磁器作用于套环上而使套环径向缩紧变形并且填充至栓杆的环形槽中。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电磁加载方法还包括：在套环和集磁器之间设置环形的驱动片。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述防松紧固方法还包括：在拉紧装置上设置力传感器和控制器，力传感器与控制器通信连接，控制器还分别与拉紧装置和脉冲电源电连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述拉紧装置在拉紧过程中通过力传感器检测套环与工件的拉紧力并将力信号传递给控制器，当力信号达到预设阈值时，控制器控制拉紧装置停止工作并且启动脉冲电源。
一种可控夹紧力的锁固系统，包括：紧固件以及与紧固件配合的紧固装置；紧固件包括：具有环槽的栓杆以及与栓杆配合的套环；紧固装置包括：与栓杆配合且为栓杆提供轴向拉力的拉紧装置以及与套环配合且为套环提供径向电磁力的电磁加载装置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述栓杆包括依次连接的头部、光杆段、锁紧段和夹持部，锁紧段设有环槽，环槽为连续的螺旋槽或多个彼此独立的环形凹槽；套环包括与栓杆相匹配的筒体以及与筒体连接的法兰。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述栓杆为4.8、6.8、8.8、10.9、 12.9、A2-70或A2-80强度等级的螺栓。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述拉紧装置包括：具有夹持端口的壳体以及设置在壳体内的支撑套、卡爪和驱动机构，支撑套套设在卡爪外侧，驱动机构的动力输出轴与卡爪连接；电磁加载装置包括：螺线管线圈、设置在螺线管线圈内的集磁器以及与螺线管线圈连接的脉冲电源。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述拉紧装置包括：具有夹紧端口的壳体以及设置在壳体内的卡爪和驱动机构，驱动机构的动力输出轴与卡爪连接；紧固装置还包括连接在壳体的夹持端口处的陶瓷环套；电磁加载装置包括：设置在陶瓷环套外壁上的螺线管线圈、设置在陶瓷环套内壁的集磁器以及与螺线管线圈连接的脉冲电源。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电磁加载装置还包括设置在集磁器内的驱动片。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述驱动机构为机械式驱动机构、液压式驱动机构或气动式驱动机构。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述拉紧装置为铆钉枪。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过拉紧装置提供轴向力将套环和工件拉紧，然后利用电磁加载对套环施加垂直套环轴向的径向力，将套环在磁场作用下缩径变形挤压至栓干的环槽中，从而实现紧固。本发明通过电磁加载的方式施加径向力，降低了对拉紧装置的驱动能耗需求，避免了强力挤压对工件表面防腐层的破坏，同时通过本发明的紧固方法可以取消铆钉尾部安装拉紧装置卡爪的环形槽，降低了铆钉制造成本，也减小了对拉紧装置的夹持端口损耗，延长了使用寿命。此外，本发明通过在拉紧装置上设置力传感器，能够检测拉紧过程中拉力大小，从而实现对不同工况下工件的夹紧力进行调节。本发明拓展了套环的应用，适合较多较高强度的金属材料套环，不再局限于延展性较强但强度较低的低碳钢、铝，在套环厚度和宽度上有更大的适应性。本发明的防松紧固方法能够在很短的时间内实现套环的变形锁紧，且在安装工件的过程中无冲击和噪声。
附图说明
图1为本发明实施例的紧固件的结构示意图；
图2为本发明实施例一种优选实施方式的锁固系统与紧固件配合的结构示意图；
图3为本发明实施例另一种优选实施方式的锁固系统与紧固件配合的结构示意图。
图中：1-紧固件；11-栓杆；111-头部；112-光杆段；113-锁紧段；114- 夹持部；12-套环；121-筒体；122-法兰；2-紧固装置；20-壳体；21-支撑套；22-卡爪；23-驱动机构；24-螺线管线圈；25-集磁器；26-脉冲电源； 27-陶瓷环套；28-驱动片；29-屏蔽壳；3-工件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
本发明实施例的防松紧固方法，主要通过两个过程实现对工件3的紧固连接。第一个过程为：通过拉紧装置拉动贯穿工件的栓杆11，使得套环12 将工件拉紧。在这个过程中可以优选加入拉力检测装置：力传感器和控制器。通过力传感器检测拉力，当拉力达到工件所需的夹紧力时，拉紧装置停止拉动栓杆11，然后进入第二个过程。第二个过程为：通过电磁加载(也可以称之为电磁成型方法)，让套环12内部感应产生涡流，形成径向向内的电磁力，使套环12发生缩径变形(即套环12内径在电磁力作用下因变形而缩小)，从而将套环12在电磁力作用下嵌入至栓杆11的环槽内，从而将套环12与栓杆11夹紧，由此完成工件的紧固连接。其中，利用电磁成型或电磁加载的方法以及相关成型或加载装置可以参照现有技术中已有的装置来实现对套环12的缩径变形。拉紧装置也可以沿用现有铆接技术中的铆接枪，通过铆接枪提供轴向拉力。
下面对本发明防松紧固方法的具体过程进行详细说明，其包括以下步骤：
(1)以栓杆11和套环12为紧固件1，如图1所示，用栓杆11穿过待紧固的工件，然后套上套环12。
(2)用与栓杆11的夹持部114相配合的拉紧装置将套环12与工件拉紧。
请参照图2，本发明的拉紧装置可以采用如下结构构成：其包括壳体20 以及设置在壳体20内的支撑套21、卡爪22和驱动机构23。驱动机构23为机械式驱动机构、液压式驱动机构或气动式驱动机构。在图2所示的实施例中，驱动机构23为机械式驱动的电机丝杠组合。支撑套21套设在卡爪22 外侧，驱动机构23的动力输出轴与卡爪22连接。拉紧装置通过以下方法将套环12和工件拉紧：将卡爪22与夹持部114配合卡紧，并且同时利用支撑套21顶住套环12，通过驱动机构23使卡爪22带动栓杆11向远离套环12 的方向拉紧并且在拉紧过程中始终保持支撑套21顶紧套环12。通过拉紧装置的拉力作用，工件之间的间隙消除同时套环12将工件压紧。
(3)通过电磁加载方法使套环12缩径变形并挤压填充至栓杆11的环槽中，使得套环12与栓杆11结合。
当拉紧装置将套环12与工件拉紧之后，通过电磁加载方法对套环12施加径向力。利用脉冲电源26对设置在套环12外的螺线管线圈24放电，使得螺旋管线圈24产生的磁力通过设在螺线管线圈24内的集磁器25作用于套环12上而使套环12径向缩紧变形并且填充至栓杆11的环形槽中。脉冲电源26产生的脉冲电流通过螺线管线圈24并在螺线管线圈24周围产生磁场，同时在金属质地的套环12上产生感应电流(涡流)，螺旋管线圈24和套环12的感应电流方向和磁场方向均相反，由于磁场具有叠加性，感应电流与螺旋管线圈24产生的磁场相互作用形成径向向内的电磁力，使得套环 12发生径缩变形，从而嵌入至栓杆11的环槽中，进而实现紧固连接。
如图2所示，在套环12周围配制脉冲电源26和螺线管线圈24，该两个装置可以直接配制在拉紧装置的夹持端口，也可以独立设置。利用脉冲电源 26对设置在套环12外的螺线管线圈24放电，使得螺旋管线圈24产生的磁力通过设在螺线管线圈24内的集磁器25作用于套环12上而使套环12径向缩紧变形并且填充至栓杆11的环形槽中。集磁器25的作用在于将螺旋管线圈产生磁场集中，减少能量损失，使得电磁力能够集中作用于套环12，避免能源浪费。
进一步优化，本发明实施例的防松紧固方法还包括：在拉紧装置上设置力传感器和控制器(图未示)，力传感器与控制器通信连接，控制器还分别与驱动机构23和脉冲电源26电连接。拉紧装置在拉紧过程中通过力传感器检测套环12与工件的拉紧力并将力信号传递给控制器，当力信号达到预设阈值时，控制器控制驱动机构23停止工作并且启动脉冲电源26。该预设阈值则根据不同工况下工件所需的实际预紧力(承压力)来进行设置。控制器可采用单片机形式。其中，在本实施例中，力传感器可设置在支撑套21与套环12接触的端面上，通过检测支撑套21端面所受的压力得到对应栓杆11 所受拉力。
实施例2：
请参照图2，本发明实施例的可控夹紧力的锁固系统包括：紧固件1以及与紧固件1配合的紧固装置2。紧固件包括：具有环槽的栓杆以及与栓杆配合的套环。紧固装置包括：与栓杆配合且为栓杆提供轴向拉力的拉紧装置以及与套环配合且为套环提供径向电磁力的电磁加载装置。
请参照图2，本发明方法中采用的紧固件1具有以下结构特征：其包括栓杆11和套环12；其中，栓杆11包括依次连接的头部111、光杆段112、锁紧段113和夹持部114，锁紧段113设有环槽，环槽为连续的螺旋槽或多个彼此独立的环形凹槽。夹持部114具有与拉进装置相配合的拉槽。如图1 所示的夹持部114还可以通过凸出的单齿结构与拉紧装置夹紧配合，也可以是多齿配合，还可以通过设置凹槽与拉紧装置配合。锁紧段113形成环槽的槽齿可以三角形齿、矩形齿或梯形齿。本发明采用的栓杆11可以是4.8、6.8、 8.8、10.9、12.9、A2-70或A2-80强度等级的螺栓。套环12的材质可根据实际需求选择强度较高的材料，增加紧固防松效果。套环12的内径与壁厚的比值为1：(0.1-0.8)，套环12的长度为壁厚的2-10倍。套环12包括与栓杆11相匹配的筒体121以及与筒体121连接的法兰122。
请参照图1，拉紧装置包括：具有夹持端口的壳体20(图未示)以及设置在壳体20内的支撑套21、卡爪22和驱动机构23。支撑套21套设在卡爪 22外侧，驱动机构23的动力输出轴与卡爪22连接。支撑套21的作用在于当卡爪22夹紧栓杆11的夹持部114并且在驱动机构23的拉力作用下，将套环12顶紧工件3，通过套环12的法兰122将工件锁紧在栓杆11的头部111与法兰122之间。电磁加载装置包括：螺线管线圈24、设置在螺线管线圈24内的集磁器25以及与螺线管线圈24连接的脉冲电源26。
实施例3：
本发明实施例的可控夹紧力的锁固系统具有与实施例2相同的紧固件 1，区别在于紧固装置2不同。
请参照图3，拉紧装置包括：具有夹紧端口的壳体20以及设置在壳体 20内的卡爪22和驱动机构23，驱动机构23的动力输出轴与卡爪22连接。在壳体20的夹持端口处连接有陶瓷环套27。电磁加载装置包括：设置在陶瓷环套27外壁上的螺线管线圈24、设置在陶瓷环套27内壁的集磁器25以及与螺线管线圈24连接的脉冲电源26。在本实施例中，用于提供对栓杆11 提供轴向拉力的拉紧装置以及用于对套环12提供径向电磁力、使套环径缩变形的螺线管线圈24和集磁器25通过陶瓷环套27构成一个整体结构。电磁加载装置还包括设置在集磁器25内的驱动片28。紧固时，驱动片28在集磁器25和套环12之间。驱动片28为金属环。当套环12厚度较大时，若直接将集磁器25的电磁力作用于套环12，会产生较大热量，使得套环12性能变化，通过设置驱动片28，避免电磁直接作用于套环12。在集磁器25和螺线管线圈24的外侧还有有屏蔽壳29，通过屏蔽壳29将产生的电磁场集中在屏蔽壳29内并且避免对套环12的法兰122产生影响。
综上所示，本发明的防松紧固方法，在紧固过程中使拉紧力更加可控，套环12挤压为纯径向挤压，将套环12挤压到栓杆11环槽并且使套环12及栓杆11形成100％的结合，更加可靠，且不受环套材料和性能限制，产生永久性紧固力。本发明解决了采用传统铆接方式枪口磨损容易损坏的问题，延长紧固工具的使用寿命，从而提高了紧固质量和可靠性。本发明采用电磁脉冲成形，可以有效降低环套材料的流变应力，提高材料变形能力，不像现有铆接工艺中为了便于套环12与铆钉结合只适合采用延展性较好的材料进行铆接，使得铆接的强度受制于套环12的性能，而通过本发明的紧固方法则可采用较高强度材料的套环12进行连接，达到套环12和栓杆11的性能配合，大大提高锁固防松效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)
1.一种可控夹紧力的防松紧固方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)以栓杆和套环为紧固件，用所述栓杆穿过待紧固的工件，然后套上所述套环；
(2)用与所述栓杆的夹持部相配合的拉紧装置将套环与工件拉紧；
(3)通过电磁加载方法使所述套环缩径变形并挤压填充至所述栓杆的环槽中，使得所述套环与所述栓杆结合。
2.根据权利要求1所述的可控夹紧力的防松紧固方法，其特征在于，所述电磁加载方法的过程为：
利用脉冲电源对设置在所述套环外的螺线管线圈放电，使得螺旋管线圈产生的磁力通过设在所述螺线管线圈内的集磁器作用于所述套环上而使套环径向缩紧变形并且填充至所述栓杆的环形槽中。
3.根据权利要求2所述的可控夹紧力的防松紧固方法，其特征在于，所述电磁加载方法还包括：在所述套环和所述集磁器之间设置环形的驱动片。
4.根据权利要求2或3所述的可控夹紧力的防松紧固方法，其特征在于，所述防松紧固方法还包括：在所述拉紧装置上设置力传感器和控制器，所述力传感器与所述控制器通信连接，所述控制器还分别与所述拉紧装置和所述脉冲电源电连接。
5.根据权利要求4所述的防松紧固方法，其特征在于，所述拉紧装置在拉紧过程中通过所述力传感器检测所述套环与所述工件的拉紧力并将力信号传递给所述控制器，当所述力信号达到预设阈值时，所述控制器控制所述拉紧装置停止工作并且启动所述脉冲电源。
6.一种可控夹紧力的锁固系统，其特征在于，包括：紧固件以及与所述紧固件配合的紧固装置；所述紧固件包括：具有环槽的栓杆以及与所述栓杆配合的套环；所述紧固装置包括：与所述栓杆配合且为所述栓杆提供轴向拉力的拉紧装置以及与所述套环配合且为所述套环提供径向电磁力的电磁加载装置。
7.根据权利要求6所述的锁固系统，其特征在于，所述栓杆包括依次连接的头部、光杆段、锁紧段和夹持部，所述锁紧段设有所述环槽，所述环槽为连续的螺旋槽或多个彼此独立的环形凹槽；所述套环包括与所述栓杆相匹配的筒体以及与所述筒体连接的法兰。
8.根据权利要求6所述的锁固系统，其特征在于，所述拉紧装置包括：具有夹持端口的壳体以及设置在所述壳体内的支撑套、卡爪和驱动机构，所述支撑套套设在所述卡爪外侧，所述驱动机构的动力输出轴与所述卡爪连接；所述电磁加载装置包括：螺线管线圈、设置在所述螺线管线圈内的集磁器以及与所述螺线管线圈连接的脉冲电源。
9.根据权利要求6所述的锁固系统，其特征在于，所述拉紧装置包括：具有夹紧端口的壳体以及设置在所述壳体内的卡爪和驱动机构，所述驱动机构的动力输出轴与所述卡爪连接；所述紧固装置还包括连接在所述壳体的夹持端口处的陶瓷环套；所述电磁加载装置包括：设置在所述陶瓷环套外壁上的螺线管线圈、设置在所述陶瓷环套内壁的集磁器以及与所述螺线管线圈连接的脉冲电源。
10.根据权利要求8或9所述的锁固系统，其特征在于，所述电磁加载装置还包括设置在所述集磁器内的驱动片。
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- 2020-01-17 CN CN202010054221.2A patent/CN111188822A/zh active Pending
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