用于螺紋緊固件的減載墊圈組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種用于螺紋緊固件的減載墊圈。更具體地，本公開涉及使用具有互補的階梯式或槽式(castellated，齒形的有許多缺口的；堞形的)特征的多部分墊圈以選擇性地消除螺栓或螺柱中的張緊載荷。
【背景技術(shù)】
[0002]卡滯(galling，因磨損而卡死)是在緊固或拆卸螺紋元件時引起的常見問題?？梢詫β菁y特征造成損害或卡住所述元件。修理或修補這種損害或卡住通?；ㄙM不菲?？窃谏婕敖饘俦砻娴南鄬\動的操作期間在所述表面之間的粘著磨損和材料傳遞的形式的。緊固螺紋元件(其中，互鎖的螺紋特征在高載荷之下滑動經(jīng)過彼此)是明顯易于或容易卡滯的一種工業(yè)操作?？撬鰬?yīng)用中的主要問題，這是因為促進卡滯的相同特征(例如，材料延展性、金屬與金屬接觸、摩擦以及高壓緊載荷)不僅存在，而且這些特征實際上是進行操作所需要的特征。
[0003]然而，在相對較低的載荷時也可發(fā)生卡滯，這是由于局部壓力和能量密度大于它們相應(yīng)的宏觀值。這些局部值可造成升高的摩擦，促進材料轉(zhuǎn)移，并且引起相變。在兩個金屬表面(例如，互補的螺紋)受力在一起時，在每個表面上發(fā)現(xiàn)的高點或粗糙處是初始配合點。在施加相對運動時，所述粗糙處能夠穿透相對的表面，從而引發(fā)所述表面之間的塑性變形以及摩擦力。引起的壓力是高度局部化的，并且壓力施加于其上的小區(qū)域稱為接觸區(qū)域。所述壓力提高產(chǎn)生增大的摩擦熱和粘合力，從而導(dǎo)致引發(fā)材料轉(zhuǎn)移、產(chǎn)生額外突出部、以及所述突出部的生長。此外，由于局部氧化的額外碎肩、外來污染物以及組件潤滑的故障、滲漏以及去除，所以在拆卸使用了幾年的螺紋緊固件時，尤其可能發(fā)生卡滯。
[0004]常用的機器螺釘?shù)母哐诱剐钥杀灰暈閷嶋H材料轉(zhuǎn)移和卡滯的必要特征。摩擦熱與包圍穿透物體的塑性區(qū)域的尺寸、形狀以及材料特性極為相關(guān)。因此，由于具有小的短暫的塑性區(qū)域，所以脆性斷裂很少生成大量熱量。如果突出部的高度生長得比臨界閾值更大，那么突出部可穿透互補配合表面的脆性氧化層。結(jié)果，所述突出部可對最初氧化層形成于其上的延展性塊狀材料造成損壞，從而在所述突出部周圍產(chǎn)生塑性流的區(qū)域。因此，在滑動期間，突出部的幾何形狀、載荷狀態(tài)以及相對運動控制材料流、接觸壓力以及熱剖面。
[0005]在螺母扭轉(zhuǎn)的動態(tài)滑動接觸期間，增大的軸向壓緊力與在上述局部系統(tǒng)中的勢能和熱能的增大成比例地相等。因此，與螺母擰在螺紋配對件上以及脫離螺紋配對件的扭轉(zhuǎn)力關(guān)聯(lián)的高載荷以及相對旋轉(zhuǎn)特別易受卡滯的影響。此外，在螺母進一步轉(zhuǎn)動并且進行滑動時，額外能量供給至該系統(tǒng)。首先，在該系統(tǒng)(接觸區(qū)域)中具有有限的能量損耗，這是因為在系統(tǒng)邊界上，遠離接觸區(qū)域的熱傳導(dǎo)被用于熱傳遞的較小的橫截面區(qū)域以及相應(yīng)較低的傳導(dǎo)性顯著地限制。結(jié)果是，在接觸區(qū)域內(nèi)的能量密度和溫度相應(yīng)增大，并且所述能量積聚可損壞接觸表面并且改變其塑性特性。而且，直接接觸和塑性變形流場的結(jié)合可導(dǎo)致構(gòu)成公共塑性區(qū)域，在公共塑性區(qū)域中，高能量密度、壓力以及溫度促進表面間接合。通常，這大幅增大表觀粘性以及增大進一步推進或去除螺母所需的力。在某些情況下，這可導(dǎo)致螺母卡在螺紋元件上，并且去除所述螺母需要耗時的或破壞性的技術(shù)，例如切割螺母或螺釘。由于系統(tǒng)中的局部勢能和摩擦熱的減少，所以減少或消除螺母之間的壓緊載荷大幅降低了卡滯的可能性。
[0006]防止卡滯的一種可能的方法是使用一種張緊系統(tǒng)以在擰下螺母之前伸展螺栓。這種張緊系統(tǒng)的實例包括液壓螺栓張緊器和液壓螺母。然而，使用這種系統(tǒng)可以具有時間密集性并且通常需要額外的液壓機械來產(chǎn)生必要的操作壓力。而且，所述張緊方法涉及在拆卸期間暫時增大螺栓元件上的壓緊載荷，在某些情況下這是不可取的。在美國專利號4，998，453,5, 527，015以及7，673，849中可以獲悉液壓張緊裝置的實例。
[0007]防止卡滯的另一種可能的方法是使用多個起重螺栓(jackbolts，調(diào)整螺栓、定位螺栓)來機械地張緊和卸載主螺柱或螺栓。與先前描述的液壓張緊系統(tǒng)相反，該方法具有在拆卸期間不需要在螺栓元件上增大壓緊載荷的優(yōu)點。然而，這種拆卸方法可以具有時間密集性，這是因為必須為每個主螺柱卸載多個起重螺栓，通常使用一種反復(fù)的逐步式卸載方案?？稍诿绹鴮＠?，618，994,4, 338，037以及4，622，730中獲悉多個起重螺栓裝置的實例。
[0008]防止卡滯的又一種方法是通過使用非標(biāo)準(zhǔn)的螺栓或螺母。例如，美國專利號8，206，072描述了一種快速釋放螺母，該螺母可以選擇性地從緊固件螺紋脫離。然而，通常需要使用標(biāo)準(zhǔn)化緊固件，以便符合行業(yè)指南。因此，使用專門的快速釋放螺母可能是不可取的。
[0009]因此，需要一種消除上述問題的減載墊圈。
[0010]因此，本公開通過在拆卸之前減小在所述螺紋特征上的載荷，而在拆卸螺栓組件期間防止卡滯螺紋特征。
[0011]本公開還減小了在上述螺紋特征上的載荷，而不相應(yīng)地增大軸向張緊螺栓載荷。
[0012]通過消除液壓機械和緩慢的張緊工序的需求，本公開增大了螺栓組件的拆卸速度。
[0013]本公開允許使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的螺紋緊固件，例如螺紋桿、螺栓、螺柱或螺母。
[0014]本公開通過僅需要墊圈的一個部件的部分旋轉(zhuǎn)來消除螺栓載荷，而增大了螺栓組件的卸載過程的速度。
[0015]對于讀者而言，在理解即將描述的或在權(quán)利要求中指出的說明性實施方式的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)實際中本公開的使用，將設(shè)想出本文中沒有提及的多種優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]為了實現(xiàn)這些和其他優(yōu)點(隨著根據(jù)本公開的一方面進行的描述，所述優(yōu)點更加顯而易見)，本發(fā)明提供了一種用于螺紋緊固件的減載墊圈組件。
[0017]更具體而言，本發(fā)明提供了一種用于螺紋緊固件的減載墊圈組件(圖1至圖13)，該減載墊圈組件包括:下部墊圈件(I);上部墊圈件(2);多個互補的階梯式特征(4)，該階梯式特征包括下部墊圈(I)與上部墊圈(2)的配合表面；以及多個滑動平面(3)，該滑動表面由下部墊圈(I)與上部墊圈(2)的接合面形成。下部墊圈(I)和上部墊圈(2)在它們的主體內(nèi)均包括孔(5)，主螺栓或螺柱可穿過該孔。
[0018]本發(fā)明還提供了一種減載墊圈組件(圖14至圖19)，該減載墊圈組件與具有整體形成的螺栓頭(7)和螺紋螺母(8)的螺紋螺栓(9)結(jié)合，以將兩個工件(6)夾持在一起。減載墊圈組件包括:下部墊圈件(I);上部墊圈件(2);多個互補的階梯式特征(4)，該特征包括下部墊圈(I)與上部墊圈(2)的配合表面；以及多個滑動平面(3)，該滑動表面由下部墊圈(I)與所述上部墊圈(2)的接合面形成。下部墊圈(I)和上部墊圈(2)在它們的主體內(nèi)均包括孔(5)，主螺栓(9)可穿過該孔。主螺栓(9)中的張緊載荷通過頂部工件(6)和螺母
(8)作用以將減載墊圈組件的下部墊圈(I)和上部墊圈(2)壓緊在一起。
[0019]為了致動減載墊圈，上部墊圈(2)相對于下部墊圈(I)旋轉(zhuǎn)，沿配合表面(3)滑動。一旦在下部墊圈(I)和上部墊圈(2)之間實現(xiàn)足夠的相對旋轉(zhuǎn)，互補的階梯式特征(4)就對準(zhǔn)，從而允許下部墊圈(I)和上部墊圈(2)朝向彼此移動。所述移動在上部墊圈(2)與螺母(8)之間產(chǎn)生間隙(10)，從而減小主螺栓(9)中的張緊載荷。螺栓(9)中的張緊載荷的減小與螺母(8)和主螺栓(9)的螺紋特征上的力的減小對應(yīng)；因此，可在最小的卡滯風(fēng)險的情況下拆卸螺栓組件。
[0020]本發(fā)明還提供了減載墊圈組件的另一實施方式(圖20至圖21)，該減載墊圈組件包括下部墊圈件(11);上部墊圈件(12);四個互補的階梯式特征(14)的組，該階梯式特征包括下部墊圈(11)與上部墊圈(12)的配合表面；以及多個滑動平面(13)，該滑動表面由下部墊圈(11)和上部墊圈(12)的接合面形成。
[0021]本發(fā)明還提供了減載墊圈組