CN113606231A - 一种能够传递大扭矩的防松紧固装置及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够传递大扭矩的防松紧固装置及其安装方法，包括外胀销、内锥销、螺栓、锁紧螺母和防松垫圈，所述外胀销设有锥形通孔，周壁上设有通槽，内锥销为中空结构，其外壁设有与锥形通孔相匹配的锥度，内锥销从锥形通孔插入，螺栓的螺杆穿过内锥销的孔伸出后与连接件开设的内螺纹螺接，当旋紧螺栓时，螺母推动内锥销轴向移动，进而不断挤压外胀销使其张开以消除与孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩；最后通过带有反向螺纹的锁紧螺母锁紧，防止内锥销、外胀销随螺栓一起转动。本发明防松紧固装置经在电机中实际验证后，能够在空间受限的情况下，传递较大扭矩，且长时间未见松动，另外该装置便于拆装，能够重复使用，节约成本。

Description

一种能够传递大扭矩的防松紧固装置及其安装方法
技术领域
本发明属于连接紧固装置技术领域，具体涉及一种用于在紧凑空间情况下可反复拆装并且能够传递大扭矩的防松紧固装置及其安装方法。
背景技术
随着海上风力发电机功率大型化，超级紧凑型中速永磁风力发电机技术路线相比低速永磁电机体积大大减小，成为目前更大功率的风力发电机的主要技术方向。
众所周知，越大功率的电机需要传递的扭矩也就越大，但是目前电机中法兰与转轴通常采用普通螺栓连接，普通螺栓连接其存在的弊端是当转轴高速旋转时，所产生的振动及扭曲力，会使螺栓的螺母松动，由于螺纹与销轴为一体，容易造成螺纹损坏，导致连接失效或螺纹损坏，增加损耗，影响电机正常运行，加之近年来电机技术突破，其结构紧凑，法兰与转轴连接面空间过小，使用普通螺栓连接无法满足传递大扭矩的要求。与此同时，锥销连接结构逐渐发展取代了普通螺栓，但是现有锥销存在以下问题：①锥销与孔壁接触面过小；②锥销不易张开；③锥销组合无法轴向定位，容易掉进沉孔；④锥销组合内锥销与外胀销容易松动；⑤锥销组合拆卸困难。基于以上问题，导致法兰与转轴通过锥销结构连接后仍然存在不稳定现象，以及后续维护不易拆卸等问题。
有鉴于此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，设计出了一种能够传递大扭矩的防松紧固装置及其安装方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种能够传递大扭矩的防松紧固装置及其安装方法，该防松紧固装置可以在空间受限的情况下，依然能够传递较大扭矩，其次该防松紧固装置便于拆装，能够重复使用，节约成本，另外本装置经在永磁风力发电机中试验后，能够长时间稳定工作。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，包括外胀销、内锥销和高强度螺栓；
其中，所述外胀销中心沿轴向开设有第一通孔，所述第一通孔为锥形孔、且第一通孔的入口端直径大于其出口端直径，所述外胀销周壁上、沿轴向开设有通槽；
所述内锥销为中空结构，其外壁设置有与所述外胀销第一通孔相匹配的锥度，所述内锥销的小端从所述第一通孔的入口端插入，所述高强度螺栓的螺杆穿过内锥销的第二通孔伸出后与连接件预先开设的第一内螺纹螺接，当旋紧高强度螺栓时，高强度螺栓的螺母推动内锥销沿第一通孔的入口端向出口端轴向移动，进而不断挤压外胀销使其张开以消除与连接件放置孔孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩。
进一步地，所述防松紧固装置还包括法兰锁紧螺母，所述内锥销的大端一侧周壁上设置有与法兰锁紧螺母相匹配的外螺纹；
所述法兰锁紧螺母为反向螺纹，拧紧时最小扭矩大于内锥销与外胀销之间的摩擦力，用于防止内锥销和外胀销随着高强度螺栓一起转动。
进一步地，所述外胀销端部、位于入口端一侧设置有一圈外檐，所述外檐的直径大于连接件放置孔的直径，用于阻挡外胀销轴向移动，防止其掉入连接件放置孔内。
进一步地，所述法兰锁紧螺母底部与外胀销接触的一端设置有裙边，用于当法兰锁紧螺母与内锥销锁紧过程中，所述法兰锁紧螺母的裙边紧贴并挤压外胀销的外檐，防止外胀销轴向窜动及周向转动。
进一步地，所述高强度螺栓的螺母与内锥销端面之间设置有防松垫圈。
进一步地，所述第一通孔与内锥销的锥度均为1：20。
进一步地，所述外胀销与内锥销中心轴线重合。
进一步地，所述第一通孔内、位于入口端处设置有台阶孔，所述台阶孔上设置有第二内螺纹，所述第二内螺纹用于拆卸时与外部工装配合，便于快速拆卸外胀销。
一种能够传递大扭矩的防松紧固装置在永磁风力发电机中的安装方法，包括以下步骤：
步骤一、先将永磁风力发电机中的法兰与转轴通过配钻的方式环形开设若干个连接放置孔，并在连接放置孔底部设置第一内螺纹；
步骤二、将带外檐的外胀销依次插入步骤一所开设的每个连接放置孔内，再将内锥销的小端从外胀销第一通孔的入口端插入，接着将防松垫圈套在高强度螺栓的螺杆上、并穿过内锥销的第二通孔伸出后与连接件预先开设的第一内螺纹螺接；
步骤三、通过扳手工具逐个先预紧高强度螺栓的螺母，接着再按照预先设定的力矩拧紧螺母，使内锥销沿第一通孔的入口端向出口端轴向移动，进而不断挤压外胀销使其张开以消除与连接件放置孔孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩；
步骤四、最后将法兰锁紧螺母旋入内锥销大端外螺纹上，达到规定力矩要求后停止拧入，此时法兰锁紧螺母的裙边紧贴并挤压外胀销的外檐，防止外胀销周向转动。
进一步地，所述连接放置孔与外胀销为间隙配合。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
1、本发明提供一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，该防松紧固装置通过采用内锥销与外胀销锥度相匹配的结构，内锥销的小端插入外胀销的锥形通孔内，然后通过高强度螺栓向内锥销施加轴向作用力，迫使内锥销不断向外胀销锥形通孔的出口端一侧移动，也就是说，通过内锥销轴向移动使外胀销(外胀销周壁上、沿轴向开设有通槽)充分张开，消除了外胀销与连接件放置孔的间隙，增大了防松紧固装置与连接件的接触面积，使得该防松紧固装置具有更大的抗剪能力，因此其能够传递较大的扭矩；将其装置应用在永磁风力发电机中，可有效减小电机体积，减小材料成本。
2、本发明提供一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，该防松紧固装置还包括法兰锁紧螺母，其法兰锁紧螺母为带裙边的反向螺纹结构，其与内锥销大端配合拧紧(拧紧的最小扭矩大于内锥销与外胀销配合之间的摩擦力)，轴向通过裙边贴合挤压外胀销外檐端面，用于锁紧外胀销和内锥销，防止其随着高强度螺栓一起转动。
3、本发明提供一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，该防松紧固装置在外胀销第一通孔内、位于入口端处设置有台阶孔，台阶孔上设置有第二内螺纹，在台阶孔上设置内螺纹防止内锥销在轴向挤压过程中破坏螺纹结构，同时便于在拆卸防松紧固装置，通过将拆卸工装拧在螺纹上进行拆卸，解决了现有锥销组合拆卸困难的问题；另外拆卸后的防松紧固装置通过调整结构，可重复使用。
附图说明
图1为本发明防松紧固装置使用状态结构示意图；
图2为本发明防松紧固装置立体结构示意图；
图3为本发明防松紧固装置主视图；
图4为本发明防松紧固装置A-A剖视图；
图5为本发明防松紧固装置中外胀销结构示意图；
图6为本发明防松紧固装置中内锥销结构示意图；
图7为本发明防松紧固装置中内锥销剖视图。
图中：1为外胀销；2为内锥销；3为高强度螺栓；4为法兰锁紧螺母；5为防松垫圈；11为第一通孔；12为通槽；13为外檐；21为小端；22为第二通孔；23为大端；41为裙边；111为入口端；112为出口端；113为台阶孔；1131为第二内螺纹。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1-7所示，本发明一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其包括外胀销1、内锥销2和高强度螺栓3，基本原理通过将带有锥形孔的外胀销1安放在预先开设的放置孔内，然后将内锥销2的小端插入外胀销1设置的锥形空中，最后将高强度螺栓3的螺杆穿过内锥销2设置的通孔后与被连接件螺接，通过旋紧高强度螺栓3向内锥销2施加轴向作用力，从而不断将外胀销撑开以逐渐缩小与孔壁的间隙，增大整个防松紧固装置与连接件的接触面积，从而将防松紧固装置与连接件连接为一体结构，增大防松紧固装置的抗剪能力，该防松紧固装置中的外胀销1、内锥销2以及高强度螺栓3可根据预要连接件的需求灵活调节长度，且仅通过一端即可完成安装操作，综上所述，该防松紧固装置能够在极小的空间内传递较大的扭矩。
具体的，外胀销1中心沿轴向开设有第一通孔11，第一通孔11为锥形孔、且第一通孔11的入口端111直径大于其出口端112直径，外胀销1周壁上、沿轴向开设有通槽12，通过在外胀销1周壁轴向整体开槽，解决了常规外胀销张开量无法满足要求的问题，从而降低了该装置对放置孔的要求，提高了该装置的适用性。
另外，外胀销1端部、位于入口端111一侧设置有一圈折边外檐13，所述外檐13的直径大于连接件放置孔的直径，用于阻挡外胀销1轴向移动，防止其掉入连接件放置孔内。
其中，内锥销2为中空结构，其外壁设置有与外胀销1第一通孔11相匹配的锥度，内锥销2的小端21从第一通孔11的入口端111插入，高强度螺栓3的螺杆穿过内锥销2的第二通孔22伸出后与连接件预先开设的第一内螺纹螺接，当旋紧高强度螺栓3时，高强度螺栓3的螺母(螺母的外径大于内锥销2第二通孔22的直径推动内锥销2沿第一通孔11的入口端111向出口端112轴向移动，进而不断挤压外胀销1使其张开以消除与连接件放置孔孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩。
优选的，第一通孔11与内锥销2的锥度均为1：20，且外胀销1与内锥销2中心轴线重合，这样内锥销2再通过在高强度螺栓3施加轴向作用力后，内锥销2的圆周锥面能够与外胀销1的第一通孔11完全贴实，防止内锥销2在第一通孔11内晃动，导致整个防松紧固装置出现松动。
本发明在高强度螺栓3螺母与内锥销2连接处还设置有防松垫圈5，所述防松垫圈5由两片垫片组成，安装时将两垫片内侧斜齿面相对，套设在高强度螺栓3的螺杆上，使防松垫圈5处于螺母和内锥销2之间。
本发明防松紧固装置还包括法兰锁紧螺母4，相应的，在内锥销2的大端23一侧周壁上设置有与法兰锁紧螺母4相匹配的外螺纹；其中，内锥销2带外螺纹的一端直径大于高强度螺栓3螺母和防松垫圈5的直接，这样当高强度螺栓3将内锥销2和外胀销紧固在连接件上后，最后通过法兰锁紧螺母4依次穿过高强度螺栓3螺母、防松垫圈5后螺接在内锥销2大端23周壁的外螺纹上即可。特别注意的是，本发明法兰锁紧螺母4为反向螺纹，其拧紧时最小扭矩大于内锥销2与外胀销1之间的摩擦力，用于防止内锥销2和外胀销1随着高强度螺栓3一起转动。这样即使连接件在高速旋转时，由于高强度螺栓3的螺纹与法兰锁紧螺母4的螺纹方向相反，因此防松紧固装置能够长时间稳定运行，避免产生松动。
优选的，法兰锁紧螺母4底部与外胀销1接触的一端设置有裙边41，裙边41直径大于等于外胀销1外檐13的直径，用于当法兰锁紧螺母4与内锥销2锁紧过程中，法兰锁紧螺母4的裙边41紧贴并挤压外胀销1的外檐13，使其紧贴在连接件上，防止外胀销1轴向窜动及周向转动。
为了方便拆卸维护本发明防松紧固装置，本发明在外胀销第一通孔11内、位于入口端111处设置有台阶孔113，台阶孔113上设置有第二内螺纹1131，用于拆卸时与外部工装配合，便于快速拆卸外胀销，另外在台阶孔113上设置螺纹，是避免内锥销2在第一通孔11内轴向移动时破坏螺纹结构。
下面我们通过本发明防松紧固装置在我司一种永磁风力发电机中的具体应用其具体安装方法如下：
步骤一、先将永磁风力发电机中的法兰与转轴通过配钻的方式环形开设16连接放置孔，并在每个连接放置孔底部设置第一内螺纹；
步骤二、将带外檐13的外胀销1依次插入步骤一所开设的每个连接放置孔内，再将内锥销2的小端21从外胀销第一通孔11的入口端111插入，接着将防松垫圈5套在高强度螺栓3的螺杆上、并穿过内锥销2的第二通孔22伸出后与连接件预先开设的第一内螺纹螺接；
步骤三、通过扳手工具逐个先预紧高强度螺栓3的螺母，接着再按照预先设定的力矩拧紧螺母，使内锥销2沿第一通孔11的入口端111向出口端112轴向移动，进而不断挤压外胀销1使其张开以消除与连接件放置孔孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩；
步骤四、最后将法兰锁紧螺母4旋入内锥销2大端23外螺纹上，达到规定力矩要求后停止拧入，此时法兰锁紧螺母4的裙边41紧贴并挤压外胀销1的外檐13，防止外胀销轴向窜动及周向转动。
其中，连接放置孔与外胀销为间隙配合。
本实施例中，法兰锁紧螺母4选择的规格为M24，法兰锁紧螺母4压平外胀销1外檐13平面所需的最小扭矩大于内锥销与外胀销配合时产生的摩擦力，随着扭矩加大，内、外锥销之间的摩擦力就越大，保证锥销组合在电机运行过程中不会产生松动。
另外内、外锥销组合中，其锥度均设置为1:20的自锁锥度，由于内锥销1第二通孔22的尺寸限制，本实施例高强度螺栓3选择的规格为M10螺栓，外胀销外檐13外径为51mm，为保证法兰锁紧螺母4与外胀销外檐13的接触面积最大，本发明选择法兰锁紧螺母4为带裙边41的，裙边41完全覆盖外檐13，防止外胀销轴向窜动及周向转动。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，包括外胀销(1)、内锥销(2)和高强度螺栓(3)；
其中，所述外胀销(1)中心沿轴向开设有第一通孔(11)，所述第一通孔(11)为锥形孔、且第一通孔(11)的入口端(111)直径大于其出口端(112)直径，所述外胀销(1)周壁上、沿轴向开设有通槽(12)；
所述内锥销(2)为中空结构，其外壁设置有与所述外胀销(1)第一通孔(11)相匹配的锥度，所述内锥销(2)的小端(21)从所述第一通孔(11)的入口端(111)插入，所述高强度螺栓(3)的螺杆穿过内锥销(2)的第二通孔(22)伸出后与连接件预先开设的第一内螺纹螺接，当旋紧高强度螺栓(3)时，高强度螺栓(3)的螺母推动内锥销(2)沿第一通孔(11)的入口端(111)向出口端(112)轴向移动，进而不断挤压外胀销(1)使其张开以消除与连接件放置孔孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述防松紧固装置还包括法兰锁紧螺母(4)，所述内锥销(2)的大端(23)一侧周壁上设置有与法兰锁紧螺母(4)相匹配的外螺纹；
所述法兰锁紧螺母(4)为反向螺纹，拧紧时最小扭矩大于内锥销(2)与外胀销(1)之间的摩擦力，用于防止内锥销(2)和外胀销(1)随着高强度螺栓(3)一起转动。
3.根据权利要求2所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述外胀销(1)端部、位于入口端(111)一侧设置有一圈外檐(13)，所述外檐(13)的直径大于连接件放置孔的直径，用于阻挡外胀销(1)轴向移动，防止其掉入连接件放置孔内。
4.根据权利要求3述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述法兰锁紧螺母(4)底部与外胀销(1)接触的一端设置有裙边(41)，用于当法兰锁紧螺母(4)与内锥销(2)锁紧过程中，所述法兰锁紧螺母(4)的裙边(41)紧贴并挤压外胀销(1)的外檐(13)，防止外胀销(1)轴向窜动及周向转动。
5.根据权利要求1所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述高强度螺栓(3)的螺母与内锥销(2)端面之间设置有防松垫圈(5)。
6.根据权利要求1所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述第一通孔(11)与内锥销(2)的锥度均为1：20。
7.根据权利要求1所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述外胀销(1)与内锥销(2)中心轴线重合。
8.根据权利要求1所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置，其特征在于，所述第一通孔(11)内、位于入口端(111)处设置有台阶孔(113)，所述台阶孔(113)上设置有第二内螺纹(1131)，所述第二内螺纹(1131)用于拆卸时与外部工装配合，便于快速拆卸外胀销。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置在永磁风力发电机中的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、先将永磁风力发电机中的法兰与转轴通过配钻的方式环形开设若干个连接放置孔，并在连接放置孔底部设置第一内螺纹；
步骤二、将带外檐的外胀销依次插入步骤一所开设的每个连接放置孔内，再将内锥销的小端从外胀销第一通孔的入口端插入，接着将防松垫圈套在高强度螺栓的螺杆上、并穿过内锥销的第二通孔伸出后与连接件预先开设的第一内螺纹螺接；
步骤三、通过扳手工具逐个先预紧高强度螺栓的螺母，接着再按照预先设定的力矩拧紧螺母，使内锥销沿第一通孔的入口端向出口端轴向移动，进而不断挤压外胀销使其张开以消除与连接件放置孔孔壁的间隙，增大接触面积，用于传递大扭矩；
步骤四、最后将法兰锁紧螺母旋入内锥销大端外螺纹上，达到规定力矩要求后停止拧入，此时法兰锁紧螺母的裙边紧贴并挤压外胀销的外檐，防止外胀销轴向窜动及周向转动。
10.根据权利要求9所述的一种能够传递大扭矩的防松紧固装置在永磁风力发电机中的安装方法，其特征在于，所述连接放置孔与外胀销为间隙配合。
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