專利名稱：轉(zhuǎn)矩限制的緊固件的固緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鎖緊螺母的固緊裝置，在該裝置中，螺母起子的套筒扳手在達到一預(yù)定轉(zhuǎn)矩時便會使鎖緊螺母產(chǎn)生一種看得見的標記。
在標準的帶螺紋的固緊件系統(tǒng)中，內(nèi)孔緊固件有可擰到插入式緊固件的外螺紋上的內(nèi)螺紋，相配緊固件的扳緊表面成了使緊固件被擰緊和使一個或多個工件在扳動表面被夾緊在一起的手段。相配緊固件與工件的組合通常稱為“連接”，帶外螺紋的緊固件稱為螺釘、螺栓和銷釘，而帶內(nèi)螺紋的緊固件稱為螺母或套環(huán)。
一種滿意的連接必定需要足夠的夾持或預(yù)載荷，由于夾持載荷而得到適當加載的緊固件可以抵抗疲勞破壞，因此，需要知道緊固件加到結(jié)構(gòu)上的夾持載荷，才能確信連接具有足夠的疲勞強度。
夾持的緊固載荷與螺母對于在螺母上施加轉(zhuǎn)矩使之在螺釘上對著工件進一步擰緊時的抗力有關(guān)，當擰緊載荷增大時，對進一步擰緊的抗力就增大，轉(zhuǎn)動螺母所需的轉(zhuǎn)矩也增大。
授予Stencel的美國專利4，260，005(1981年4月7日)公開了一種有限載荷的自鎖套環(huán)，該套環(huán)有若干個沿其外圓周隔開分布的凸角，用作扳動表面和轉(zhuǎn)矩限制件。一個三角形的管套(即扳動工具)具有與凸角側(cè)面接合并相對于螺釘而旋動套環(huán)的平坦部分。當達到一預(yù)定的夾持載荷時，凸角便產(chǎn)生徑向壓縮變形而合并入套環(huán)本體內(nèi)，而且由于凸角不再形成管套的扳動材料而終止扳動。當凸角破壞時，凸角的徑向向內(nèi)的變形使套環(huán)材料徑向向內(nèi)并靠到相配螺釘?shù)穆菁y上而產(chǎn)生螺紋鎖定作用。
套筒扳手旋緊緊固件的速度極快，故凸角在轉(zhuǎn)動程度很小時就發(fā)生損壞。對套環(huán)快速施加緊固轉(zhuǎn)矩可能會由于板件的松弛而使預(yù)載荷損失，這種松馳是由于板件在受到初始載荷后連續(xù)變形而造成的。在這種變形過程中，會由于材料移離夾緊區(qū)而降低單位面積的載荷和絕對加載量。
凸角在相當于所需預(yù)載荷的載荷下受損壞，但是，松馳是一種與時間有關(guān)的現(xiàn)象，當預(yù)載荷發(fā)展較慢時，松馳作用和預(yù)載荷的損失將會較小。
在某些用途中，可能要求能改變預(yù)載荷，即使在使用同樣的螺母時也是如此。例如，當板件在壓力下的強度不如其他板件高時，就需要降低對它們的壓力。
在宇航結(jié)構(gòu)中使用的固緊裝置的一個重要方面是提供一種已知的并且可重復(fù)的夾緊載荷。該載荷與旋動緊固件的轉(zhuǎn)矩有直接關(guān)系。在某些用途中，在形成夾緊而不是克服摩擦的過程中，不采用大的旋動轉(zhuǎn)矩。為了將預(yù)載荷提高到高于設(shè)計的預(yù)載荷值以補償松弛作用和不完全的固緊，可能需要再次扳動。
固緊裝置的另一重要方面是能形成表明“接頭”已被正確地扭轉(zhuǎn)而不必再行擰緊的目視標志。授予Wing的美國專利4，784，549(1988.11.15)、4，858，299(1989.8.21)、4，881，316(1989.11.21)和5，012，704(1989.6.21)公開過上述這種結(jié)構(gòu)。上述專利總的說來是在每個第一和第二扳手中各設(shè)置一個刻凹槽的球，該球受驅(qū)動轉(zhuǎn)動地越過并進入從螺母徑向凸出的軸向凸角的軸向外表面，它們與凸角接合便“鑿出”兩條軸向隔開并沿圓周越過凸角的凹槽。按這種方法，表面刻凹槽的球在形成上述凹槽時可能從螺母上剪切出少量材料，這些剪下的材料會污染安裝緊固件的系統(tǒng)，而露出的凹槽有受腐蝕的傾向。
按照本發(fā)明，轉(zhuǎn)動地安裝在驅(qū)動扳手管套內(nèi)的碳化物圓錐形輥子轉(zhuǎn)動地驅(qū)動從帶有內(nèi)螺紋的螺母軸向延伸的凸角，在一定的轉(zhuǎn)矩下，組成凸角的徑向外端部的材料由于產(chǎn)生沿向著螺母的方向的徑向壓平的塑性變形，但未被剪去，因此，允許管套相對于凸角而轉(zhuǎn)動，而使圓錐形輥子推進到接著的下一個凸角上。其后，接頭的夾持載荷卸去，重復(fù)上述過程，圓錐形輥子被驅(qū)動再次與凸角接合。
有利的是，徑向壓平的凸角給操作者提供螺母已被正確扭緊的可見標記。由于凸角也是沿扭轉(zhuǎn)方向呈一定角度被壓平，所以，松開的工具會剪下呈角度壓平的部分，從而顯示一種標記，說明螺母已經(jīng)固緊。
從下面結(jié)合附圖的說明和所附權(quán)利要求可以更清楚了解本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點和特征，附圖中

圖1是一種固緊裝置的縱剖面圖，該裝置包含一個驅(qū)動扳手和一個傳動管套，用來驅(qū)動一個帶內(nèi)螺紋的多凸角螺母，使其擰緊到一個帶外螺紋的緊固件上，從而將一對板件連接在一起;
圖2是圖1的傳動管套的縱部分解圖;
圖3是沿圖2的3-3線剖切的放大剖視圖，示出傳動管套和管套的套圈;
圖4是沿圖3的4-4線的剖視圖，示出傳動管套定位于靠著第一凸角處以便驅(qū)動螺母;
圖5是類似于圖4的剖面圖，示出傳動管套正在扭轉(zhuǎn)鎖緊螺母;
圖6是類似于圖4的剖面圖，示出被傳動管套完全扭轉(zhuǎn)時的第一凸角和轉(zhuǎn)動到對下一個接續(xù)的凸角施加轉(zhuǎn)矩的位置的傳動管套;
圖7是從螺母頂上向下看的平面圖，示出在圖6中所示的被扭轉(zhuǎn)的凸角;
圖8-12分別對應(yīng)于圖3-7，差別僅在于上述管套套圈已被相對于傳動管套作向后的軸向移動。
下面參看附圖，圖1示出一固緊裝置，包含一件帶有從工具10伸出的軸向轉(zhuǎn)動驅(qū)動件12的電動工具10、一個大致為圓筒形的帶有與驅(qū)動件活動連接的后傳動管套16和前傳動管套18的套筒扳手14、一個帶有可接納在前管套18中的外周邊和內(nèi)軸向螺紋孔(未示出)的凸角鎖緊螺母20、一對組成一組對準的螺釘孔(未示出)的板件22和24、和一個螺釘26，該螺釘26的頭部26a緊靠著板件22，其帶外螺紋的軸向桿體26b穿過螺釘孔與鎖緊螺母20形成螺紋連接。螺釘頭26a帶有扳扭表面，以助扭轉(zhuǎn)螺桿體26b進入鎖緊螺母20中。
電動工具10可用普通方法供給動力，驅(qū)動件12的橫截面要使之能與后傳動動管套16聯(lián)鎖，雖然驅(qū)動件12和傳動管套16的橫截面可能有多種形狀，但圖中只示出正方形。
下面主要參看圖1和2，套筒扳手14具有轉(zhuǎn)動中心軸線，其每一個零件都基本上同心地排列。套筒扳手14含有一個大致為圓筒形的本體28，它包含前端部32和后端部30以便分別形成管套16和18以及穿過本體28中心并位于管套16與18間的階梯孔34，前傳動管套18的內(nèi)壁和端部30之外圓周36是部分帶有螺紋的;一個與管套18螺紋配合的止動螺母38;和依次套在本體28的外圓周36上的一個套圈40、一個止推墊圈42、一個套筒44和一個防松螺母46。一個帶螺紋的緊固件48置入階梯孔34內(nèi)，使其頭部48a置于管套16內(nèi)并靠緊其端壁，緊固件48之本體48b伸入管套18中并與止動螺母38螺紋連接。
止動螺母38大致為圓柱形，它帶有一個在其相對的兩個軸向端面38a和38b之間同軸延伸的階梯形孔，端面38a靠緊管套18之軸向端壁，而端面38b則座落在鎖緊螺母20之頂部。止動螺母38之外表面帶有螺紋，與前管套18中的螺紋相嚙合，這就可使鎖緊螺母20的安置位置相對于管套18作軸向變化。階梯孔帶有部分內(nèi)螺紋，可與緊固件本體48b螺紋連接，它還有一從端面38b軸向向內(nèi)延伸的圓柱形座口或稱空穴38c，用來承接螺釘26的軸向端部。
套筒44大致為圓筒形，它有一個靠在止推墊圈42的后軸向面上的前軸向端面和一個緊靠防松螺母46上的后軸向端面。套筒44和防松螺母46帶有內(nèi)螺紋，與帶有外螺紋的后端部30螺紋連接。螺紋互連可有利地使套筒44相對于本體部分30和32作軸向移動，并使套圈40的軸向位置可相對于本體的前端部而改變，從而可按下述方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。
套圈40大致為圓筒形，并帶有前后軸向端面，其后軸向端面緊靠止推圈42的前軸向端面，它的內(nèi)壁由一個圓筒形后壁部分50和一個徑向向外擴大呈截頭圓錐形的壁部分52組成，前者的尺寸做成可與前端部32的外圓周36形成軸向滑動的間隙配合，后者則圍繞在上述的前端部32的周圍。
按照本發(fā)明，最好圍繞前端部32等角度設(shè)置若干其尺寸可接納一個相應(yīng)圓錐形輥子56的軸向凹槽54，該凹槽54有一對長形的呈一定角度相隔的側(cè)壁54a和54b，并有一對軸向隔開的端壁54c和54d。側(cè)壁54a和54b各位于徑向延伸的平面內(nèi)，并組成一V形托架，以便可轉(zhuǎn)動地支承一圓錐形輥子56，至于圓錐形輥子56，它具有一個相對其中心軸線對稱的、并位于相對的端面56b和56c之間的截頭圓錐形外表面56a。圓錐形輥子56座落在其凹槽54內(nèi)，使得端面56b和56c毗連凹槽54的端壁54c和54d，且圓錐形輥子56的一個軸向延伸的弧形段58徑向突起進入管套18內(nèi)。當圓錐形輥子56座落在凹槽內(nèi)時圓錐輥弧段58的徑向最內(nèi)的凸部則位于圓心在轉(zhuǎn)動軸線上的圓弧上。套圈40的錐形壁部52與端部18呈銳角關(guān)系。重要的是，錐形壁部52的尺寸被做成與圓錐形輥子外表面56a的徑向最外的延伸段呈線性接觸接合，從而使圓錐形輥子56只能限制在凹槽內(nèi)相對于其凹槽而轉(zhuǎn)動。
雖然上面提到圓錐形輥子56和套圈壁52是截頭圓錐形的，但是，它們也可以分別為圓柱形的。
鎖緊螺母20有一截頭圓錐形底部60和一圓柱形的頭部62，前者有一可靠在板件24上的相接面60a，后者有一從底部沿縱向延伸到頂端面62b的圓柱形表面62a，其頭部承接在前管套18內(nèi)。若干軸向延伸并呈一定角度分布的凸角64從表面62a徑向向外凸出，相鄰的成對凸角組成在端面62b敞開的、并軸向延伸到底部60的凹槽。該凹槽可接納圓錐形輥子之弧段部分，使圓錐形輥子落在凸角之間。凸角64的橫截面大致為半圓柱形，它帶有一徑向向外的脊部64a、一個向著扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動方向的弧形側(cè)面64b和一個背離扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動方向的弧形側(cè)面64c。
每個凸角的外圓周位于一個圓的圓弧上，該圓的直徑稍小于管套18的最大內(nèi)徑(例如，由前端部32的內(nèi)壁形成的圓的內(nèi)徑)，但大于與圓錐形輥弧段58徑向向內(nèi)突出部相切的圓弧的直徑。
鎖緊螺母20及其相關(guān)的凸角64由可產(chǎn)生塑性變形的材料制成，因此，錐形驅(qū)動輥子56要用比螺母20的材料更硬的材料來制造。雖然對于一種用途的圓錐輥子56和凸角64可有多種材料組合，但是，圓錐輥都是用碳化物制成的。
在所有其它參數(shù)恒定的情況下，轉(zhuǎn)動的圓錐形輥子越過凸角所需的時間和固緊工具的轉(zhuǎn)動速度決定了連接的松馳程度，可能希望有較大的凹槽間隔，以便使達到所需預(yù)載荷后的松馳程度減至最小。
上述凹槽的深度、鎖緊螺母的材料和凸角的直徑與驅(qū)動輥子的直徑有關(guān)系，也就是說，當施加一預(yù)定壓力時，凸角就損壞，這又與鎖緊螺母與鎖緊螺釘頭部間連接處所受的扭矩和預(yù)載荷直接有關(guān)系。控制預(yù)載荷的方法之一是改變圓錐形輥子發(fā)生非彈性變形的材料量。預(yù)載荷的大小與凸角的數(shù)量和圓錐形輥子的數(shù)量有關(guān)，故也可通過改變與圓錐輥子相交切的凸角的面積來控制預(yù)載荷。第三種方法就是改變凸角材料與圓錐形輥子材料的硬度比。
參看圖3-7，套圈40已安裝在其相對于本體28的最前面的軸向位置，對于給定的凹槽54和圓錐形輥子56來說，套圈40的錐形內(nèi)壁52迫使圓錐輥子弧段58最大程度地徑向向內(nèi)，并阻止圓錐形輥子56徑向向外移動。
如圖4所示，當對固緊裝置施加一預(yù)定的轉(zhuǎn)矩時，圓錐形輥子56就抵靠在凸角64的側(cè)面64c而轉(zhuǎn)動。在圖5，進一步的扭轉(zhuǎn)將會使凸角受到朝向螺母的徑向壓力，并使凸角產(chǎn)生徑向壓縮損壞。這就是說，當驅(qū)動件12沿著轉(zhuǎn)動方向使螺釘上的螺母靠著板而擰緊、從而與板件一起產(chǎn)生預(yù)定的載荷促使凸角與輥子接合得更緊時，凸角就徑向向內(nèi)變形，圓錐形輥子就沿轉(zhuǎn)動方向使凸角的材料發(fā)生如65處所示的變形，最后，圓錐輥子使凸角發(fā)生如標號67處所示的變形，并轉(zhuǎn)動到靠著下一個凸角的位置。圖6和7示出凸角的被壓平的部分69。
其后，圓錐形輥子56被帶動越過下一個凸角，以克服接頭中的松馳。
如圖8-12所示，防松螺母46和套筒44已經(jīng)向后定位在后端部16上，因此可使套圈40軸向定位在其前端之后部，在此狀態(tài)下，套圈40的軸向回縮就使錐形壁52與圓錐形輥子進一步徑向向外相隔，并且在圓錐形輥子與凸角接合時可迫使圓錐形輥子56從它們各自的承窩中徑向向外而靠到錐形壁52上，因此，如圖11和12所示，圓錐形輥子56與凸角64的接合較少，塑性變形就較小，轉(zhuǎn)矩也較小。
雖然上面的說明構(gòu)成了本發(fā)明的最佳實施例，但是，很顯然，在不背離所附權(quán)利要求書的確切范圍或明確含義的情況下，可以容許對本發(fā)明進行改進、改型和改動。
權(quán)利要求
1.一種用來通過對螺母施加轉(zhuǎn)矩而上緊接頭處的螺母的固緊裝置，上述螺母之外圓周面帶有若干按一定角度隔開、沿軸向延伸并可塑性變形的凸角，該凸角從螺母徑向向外凸出，并在固緊裝置的作用下產(chǎn)生變形，當上緊螺母時凸角在固緊裝置作用下產(chǎn)生徑向塑性變形，使凸角的材料向著螺母本體徑向向內(nèi)移動而去除該材料，并終止上緊接頭，上述固緊裝置包含一個帶有轉(zhuǎn)動軸線并形成一個承接和包圍螺母外圓周面的管套的縱長的固緊裝置本體；一個安裝在上述固緊裝置本體上的套圈；和凸角接合機構(gòu)，該凸角軸向延伸并與上述套圈和上述本體接合，以承接施加到固緊裝置上的扳動轉(zhuǎn)矩，并使每個上述凸角的徑向向外的軸向端部產(chǎn)生非彈性的徑向變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固緊裝置，其特征在于還包括用來改變作用在給定螺母上的扳動轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的固緊裝置，其特征在于，上述調(diào)節(jié)機構(gòu)包括用來改變上述套圈相對于固緊裝置本體的軸向位置的機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的固緊裝置，其特征在于，上述固緊裝置和套圈具有大致為圓柱形的同心排列的前端部，上述凸角接合機構(gòu)包含若干沿一定角度分布的軸向延伸的凹槽，每個凹槽徑向延伸進入上述本體，在每個凹槽內(nèi)承接一個長形的輥子，該輥子被可轉(zhuǎn)動地支撐在其各自的凹槽內(nèi)，并有一個弧段徑向向管套內(nèi)延伸而與上述凸角接合并使凸角產(chǎn)生塑性變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的固緊裝置，其特征在于，上述套圈的前端部在輥子與凸角接合時可阻止輥子徑向向外移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的固緊裝置，其特征在于，上述套圈的前端部在輥子與凸角接合時可允許輥子徑向向外移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的固緊裝置，其特征在于，上述輥子通常是截頭圓錐形的，并沿一中心幾何軸線成對稱形狀，該輥子之外表面可與上述凸角轉(zhuǎn)動地接合，并可使凸角發(fā)生塑性變形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的固緊裝置，其特征在于，上述套圈的內(nèi)壁呈截頭圓錐形且相對于上述固緊裝置本體之中心軸線成對稱，上述輥子的外表面部分地從其套圈內(nèi)的凹槽徑向向外凸出，并與上述套圈之內(nèi)壁相接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的固緊裝置，其特征在于，每個上述凸角帶有一對相對于扭轉(zhuǎn)方向的向前和向后的軸向側(cè)面和一個位于上述側(cè)面之間的徑向向外的脊部，上述凸角變形時，其脊部發(fā)生向著螺母的徑向向內(nèi)的塑性變形，并有一部分從已變形的側(cè)面的前側(cè)面呈一定角度地向著下一個凸角的后側(cè)面延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的固緊裝置，其特征在于，上述螺母至少設(shè)有兩個呈一定角度相隔的凸角，并且上述套圈設(shè)有兩個圓錐形輥子。
11.一個帶有管套部分的可轉(zhuǎn)動的扳手本體，上述管套部分的外形可用來接納一個大致為圓柱形的緊固件頭部并對該頭部施加轉(zhuǎn)矩，上述頭部的圓柱形外表面上帶有若干呈一定角度相隔分布的徑向突起的軸向凸角，當螺母被固緊到靠著工件的一個相配的帶螺紋的緊固件上時，上述凸角被接合并產(chǎn)生徑向壓縮變形，上述的管套部分含有一個與凸角的徑向向外向凸部徑向隔開的圓柱形內(nèi)壁，上述內(nèi)壁設(shè)置若干呈一定角度相隔分布的軸向凹槽，若干圓錐形驅(qū)動輥子可轉(zhuǎn)動地安放在各自的凹槽內(nèi)，每個輥子可與上述凸角的軸向部分接合，并使其發(fā)生塑性變形，輥子的外壁位于圍繞在輥子外圍的套圈的內(nèi)壁之內(nèi)，該外壁阻止圓錐形輥子徑向向外移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的固緊裝置，其特征在于，上述的外壁相對于轉(zhuǎn)動軸線呈截頭圓錐形，而且上述驅(qū)動圓錐形輥子也是截頭圓錐形的，該輥子之外表面壓靠在上述凹槽的側(cè)壁上，并與上述外壁呈線性接觸。
13.安裝一個由一個螺母、一個螺釘和至少一個板件組成的接頭的方法，上述螺母在其縱長外部上帶有可塑性變形的凸角，當螺母與板件間達到預(yù)定的夾緊載荷時，凸角產(chǎn)生徑向壓縮塑性變形，并使螺母的材料發(fā)生位移而終止扭轉(zhuǎn)作用，上述方法的步驟包括在固緊裝置的管套中可轉(zhuǎn)動地安置若干軸向圓錐形輥子;將上述螺母置入管套中使圓錐形輥子毗鄰上述的凸角，上述凸角的外圓周構(gòu)成了一個圓的圓弧，所述圓的直徑稍小于上述管套的最大內(nèi)徑但大于與圓錐形輥子徑向向內(nèi)凸部相切的圓弧的直徑;和轉(zhuǎn)動固緊裝置，迫使圓錐形輥子越過上述凸角，從而使該凸角的一個軸向部分發(fā)生徑向向內(nèi)的塑性變形。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于還包括使第一圓錐形輥子對第一凸角進行塑性變形、然后暫停、再使第二圓錐形輥子與第一凸角發(fā)生可轉(zhuǎn)動接合的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于還包括如下步驟;將圓錐形輥子裝入圓筒形的第一套筒內(nèi)以便使輥子在套筒內(nèi)進行轉(zhuǎn)動運動，將第二套筒裝在第一套筒和上述圓錐形輥子之外，并固定好第一套筒相對于螺母的軸向位置，從而使上述圓錐形輥子靠著上述凸角的軸向端部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，還包括下列步驟對第二套筒進行軸向定位使其內(nèi)壁與圓錐形輥子的徑向外凸部接合，以阻止圓錐形輥子作離開其在第一套筒中的安裝位置的徑向向外的移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于還包括下列步驟使第二套筒相對于第一套筒作軸向向后移動，并使第二套筒的內(nèi)壁相對于第一套筒作徑向向外移動，從而迫使圓錐形輥子徑向向外而離開凸角，這就減少了受圓錐形輥子的壓力而產(chǎn)生塑性變形的材料量。
全文摘要
從帶有內(nèi)螺紋的螺母徑向突起的軸向延伸的凸角形成了可接納安裝在一個固緊裝置的管套中的各個軸向圓錐形輥子的軸向凹槽，上述圓錐形輥子被轉(zhuǎn)動而越過上述凸角，從而對螺母施加一螺旋轉(zhuǎn)矩。在預(yù)定的轉(zhuǎn)矩下，形成凸角的材料的軸向外徑端部發(fā)生塑性變形，但未被剪斷，故允許管套轉(zhuǎn)動，而使圓錐形輥子前進到下一個獨立的凸角處。變了形的凸角告知用戶，螺母已受到適當?shù)呐まD(zhuǎn)，而變形材料未被剪斷，則表明螺母還未受損。為了容許松弛，應(yīng)能在其后進行第二次扭轉(zhuǎn)。
文檔編號B23P19/06GK1102869SQ9410464
公開日1995年5月24日 申請日期1994年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
發(fā)明者布萊恩·曼 申請人:底特律工具工業(yè)公司