一种偏心扭剪破坏型自固定单边螺栓紧固件的制作方法

本发明涉及一种可用于结构件连接紧固中进行单边安装的螺栓紧固件，尤其是涉及一种偏心扭剪破坏型自固定单边螺栓紧固件，属于土木建筑工程、机械装配技术领域。

背景技术：

当前在土木建筑以及机械安装领域，对结构件连接紧固的安装需求量大。就目前普遍使用的螺栓而言，在对构件实施连接紧固作业时，工作人员需要同时在构件两侧作业，对于单边的安装方式仍是没有好的实现方法。这种连接紧固方法结构简单、操作方便、承载好，但仅适用于开口截面构件中，在某些特殊场合中，比如对封闭截面构件或不方便在另外一侧操作的构件进行连接紧固时，就无法使用这种常用的螺栓螺母连接紧固方法。而目前国内市场上没有相应的单边螺栓产品，已公开的相关专利或是对螺栓杆削弱过多或是螺栓头受力点过少，国外市场已有类似产品，但上述既有专利或产品均难以在安装阶段对螺栓施加较大的预拉力以形成摩擦型螺栓连接接头，其承载的综合力学性能并不理想，在建筑结构抗震设计应用中受到很大限制。

申请人已获得授权国家发明专利即一种分体嵌套式单边螺栓紧固件(授权号为103671447B)，该专利可实现单侧作业、完成结构件的连接与紧固。一般的安装方式中，直接将电动扳手套筒与螺母相连，无法保证螺栓不发生转动。当螺栓发生转动时，螺栓与分体式垫片之间存在的摩擦力会导致分体式垫片发生滑移转动，无法使几块垫片均匀分布而使得受力不均。同时当垫片与连接件间的接触摩擦力不足时，螺栓与螺母很容易一起发生转动，无法达到设定的扭矩值完成安装工作。

申请号为2015108219651的专利公开了一种分体嵌套式单边螺栓紧固件电动安装工具，用于安装分体嵌套式单边螺栓紧固件，该工具包括主体及设置在主体上的输入机构和输出机构，所述的输出机构包括输出轴内套筒和套设在其外部的输出轴外套筒，所述的输出轴外套筒外壁设有与输入机构啮合连接的第一齿轮，所述的输出轴内套筒固定在主体上，安装时，输出轴外套筒与螺母连接，输出轴内套筒与螺栓连接，输入机构自转并通过第一齿轮带动输出轴外套筒转动，使输出轴内套筒和输出轴外套筒产生相对转动，从而使螺栓和螺母相对转动。

但是该专利在实际使用中仍有待于改进，同时设计思路是从安装工具出发进行设计，难免会导致整体装置较为复杂，操作不方便。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能有效保持螺栓固定、结构简单的，偏心扭剪破坏型自固定单边螺栓紧固件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种偏心扭剪破坏型自固定单边螺栓紧固件，包括螺栓、分体式垫片和螺母，所述的螺栓为单边螺栓，所述的紧固件还包括偏心垫片和固定套，所述的偏心垫片外圈为多边形，内圈为圆形，内圈直径大于螺栓杆外径，内圈设有台阶式插销，螺栓杆上设有与所述的台阶式插销配合的键槽，所述的固定套内圈为与偏心垫片外圈匹配的多边形，固定套外圈带有力臂，

使用时，将螺栓和分体式垫片装入连接板件，将偏心垫片偏心插在螺栓杆上，将台阶式插销与键槽连接，然后将固定套套在偏心垫片外圈，固定套的力臂被卡在附近的固定端，将螺母装在在螺栓杆上，在螺母被拧紧的过程中，固定套卡住偏心垫片，从而使偏心垫片阻碍螺栓随螺母转动。随着扭矩的不断加大，偏心垫片上的插销所受的剪切力不断增大。当其周向的剪切力达到材料的极限应力时，插销被扭剪破坏掉，从而达到设定的预紧力矩，完成紧固件的安装。同时插销填补在螺栓杆的键槽中，使其整体的强度不受到影响。

优选的，所述的螺栓杆靠近螺栓头处有一段为不带螺纹的光面，所述的键槽开在光面。

优选的，所述的固定套内圈为与偏心垫片外圈为六边形。

优选的，所述的台阶式插销呈棱柱形。

优选的，所述的台阶式插销的长度大于键槽的深度。

所述的紧固件还包括套筒，所述的套筒外径小于连接板件的安装孔径，内径大于螺栓杆外径，安装时，套筒置于安装孔内。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明紧固件从螺栓紧固件方向着手，对螺栓杆和垫片进行优化设计。采用含键槽螺栓杆和偏心垫片，该紧固件在使用最基本的电动扳手的同时，可以实现单边安装，在保证受力均匀强度满足的条件下，达到了保持螺栓杆固定不动的情况下拧紧螺母，即实现螺栓紧固件自固定的要求。自固定的功能实现主要是通过偏心垫片与螺栓杆相互配合，同时加以固定套将紧固件周向卡在周围固定端，防止了用扳手拧紧螺母时整体紧固件打滑情况的发生。

(2)偏心垫片外圈呈六边形，固定套内圈形状与偏心垫片外圈形状匹配，且带有反力臂。固定套的反力臂结构参照普通电动扳手使用时相配合的反力臂设计，可以偏心垫片发生转动时，将整体结构周向固定，卡在旁边已安装完成的螺栓紧固件上。

(3)螺栓杆靠近螺栓头处有一段为不带螺纹的光面，键槽开在光面，保证螺栓杆拧紧螺母处螺纹的完整性。

(4)台阶式插销呈棱柱形，插销插入键槽后不会在其中转动，使偏心垫片与螺栓杆相对固定。

(5)台阶式插销的长度大于键槽的深度，可以使偏心垫片与螺栓杆同心装配。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例安装过程轴向结构示意图；

图3为本发明实施例安装过程示意图；

图4为本发明实施例安装结束后的单边螺栓紧固件示意图；

附图标记：

1为连接板件；2为螺栓；21为键槽；3为分体式垫片；4为套筒；5为偏心垫片；51为台阶式插销；6为螺母；7为固定套；71为力臂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种偏心扭剪破坏型自固定单边螺栓紧固件，所述装置由分体式垫片3、含键槽21螺栓2、套筒4、偏心垫片5、螺母6以及固定套7组成。偏心垫片5内圈直径大于螺栓杆外径，同时垫片内圈设有台阶式插销51。含键槽21螺栓2螺栓杆上设有与台阶式插销51相互配合的键槽21。固定套7的内圈与偏心垫片5外六角结构相互配合，防止其发生转动。

安装时，将偏心垫片5偏心插入到螺栓杆上，将垫片上的台阶式插销51与螺栓杆上的键槽21相互配合，使得垫片与螺栓杆同心装配。手动将螺母6拧在螺栓杆上，固定套7套在偏心垫片5外圈，同时卡在附近的固定端。在一般的紧固件单边安装过程中，当拧紧力矩较大时，电动扳手拧紧螺母的过程中，会使得螺母带动螺栓一起转动，即紧固件整体发生打滑，无法拧紧从而达不到要求的预紧力要求。本实施例紧固件在安装过程中，当整体紧固件发生打滑转动时，螺栓杆通过键槽21与偏心垫片5的插销连接，偏心垫片5外圈与固定套7相配合，固定套7的力臂71卡在附近固定端，从而其周向的转动运动被束缚，因此螺栓件在打滑现象发生后可以保证周向固定不动。随着扭矩的不断加大，偏心垫片5上的台阶式插销51所受的剪切力不断增大。当其周向的剪切力达到材料的极限应力时，台阶式插销51被扭剪破坏掉，从而达到设定的预紧力矩，完成紧固件的安装。同时台阶式插销51填补在螺栓杆的键槽21中，使其整体的强度不受到影响。

偏心垫片5内圈直径大于螺栓杆外径，同时垫片内圈设有台阶式插销51。安装时，插销的相对位置为安装孔径的内侧，这是为了保证与插销配合的键槽21不开在拧紧螺母的螺栓螺纹处，保证螺栓杆拧紧螺母处螺纹的完整性。

作为较佳方案，台阶式插销的长度大于键槽的深度，可以保证偏心垫片5与螺栓杆之间的间隙均匀，即进一步保证二者的同心装配；含键槽21螺栓2在螺栓杆部设有键槽21，键槽21与偏心垫片5的台阶式插销51相互配合。同时螺栓杆键槽21的位置偏向于安装孔径内侧，不会影响到螺母与螺栓配合处螺纹的完整性。

固定套7内圈为六角形，与偏心垫片5的六角形外圈相互配合，保证两者周向相互固定。固定套7外部设有反力臂71，可以卡在旁边附近的固定端，当整体紧固件发生打滑时，提供反力防止其转动。

如图2～4所示，使用本实施例进行分体嵌套式单边螺栓紧固件安装过程如下：

1、申请人已经申请专利一种变形收缩自回复分体式垫片及其安装工具，应用此专利中论述的方法对分体垫片进行安装。该方法利用分体式垫片受力可收缩变形，并且撤去力后可自动回复原状的特性，使其能通过相对狭小的连接件安装孔，并在连接件另一侧回复原状，从而实现分体垫片的单侧安装；

2、完成了垫片的安装，将套筒插入螺栓杆和连接板件之间。安装时，将偏心垫片偏心插入到螺栓杆上，将垫片上的台阶式插销51与螺栓杆上的键槽21相互配合，使得垫片与螺栓杆同心装配。手动将螺母6拧在螺栓杆上，固定套7套在偏心垫片5外圈，同时卡在附近的固定端。

启动电动扳手，力矩作用在螺母6上。拧紧力矩带动螺母转动，如果螺母螺栓螺纹副间的摩擦力矩大于垫片与板件以及螺母接触的摩擦力矩，整体紧固件会发生打滑转动。螺栓杆通过键槽21与偏心垫片5的插销连接，偏心垫片5外圈与固定套7相配合，固定套7的力臂71卡在附近固定端，从而其周向的转动运动被束缚，因此螺栓件在打滑现象发生后可以保证周向固定不动。随着扭矩的不断加大，偏心垫片5上的插销所受的剪切力不断增大。当其周向的剪切力达到材料的极限应力时，插销被扭剪破坏掉，从而达到设定的预紧力矩，完成紧固件的安装。同时插销填补在螺栓杆的键槽21中，使其整体的强度不受到影响。