1/2转快卸锁紧装置的制作方法

本发明涉及一种锁紧装置，用于若干层叠加板的快速连接。

背景技术：

目前，在航空工业中，若干层结构板的典型的连接方式是采用大量的双线、四线等多线螺栓与螺母进行快速、可靠地连接；图1便是其中的一种结构形式。其中包括结构板1、结构板2、多线螺母3、挡圈4、铆钉5、双棘齿6、弹簧7、外壳8、多线螺栓9和支架10。其中双棘齿6、弹簧7及多线螺栓9放置在外壳8的内部，再通过径向旋压外壳8一端薄壁，将三只零件装配在外壳8中，组成一个整体(图1)。多线螺母3的外圆柱面有4只凹槽，沿圆周均匀分布，挡圈4内部有与多线螺母3类似的4只凹槽，用来限制多线螺母3的拧入过程中的转动(图3)。铆钉5用来铆接结构板2和支架10。外壳8的一端带有对称分布的双耳，安装在支架10的垂直壁的凹槽中(图2)。当使用标准的梅花螺丝刀顺时针拧多线螺母3时，多线螺母3 的螺纹与同样的多线螺栓啮合，多线螺母3的端面紧靠在双棘齿6的上端面，此时弹簧7被压缩，作用力被传递到双棘齿6的牙面上，当安装力矩达到设计时的力矩时，双棘齿6开始打滑，安装完毕。需要拆卸时，逆时针拧多线螺母3。但是这种结构的快卸锁紧装置存在结构复杂和安装速度较慢的缺点。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种1/2转快卸锁紧装置，在所有使用状态下，锁紧装置能可靠地锁紧并保证牢靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种1/2转快卸锁紧装置，包括螺栓和托板组件，所述的托板组件包括端盖、压缩弹簧、锁环、托板及两个半衬套，所述的托板为中空圆柱体，一端固连在待连接的零件上，另一端通过端盖封闭；托板内壁有周向的环状凸起；两个具有内螺纹的半衬套围合成一个圆台状的衬套，安装在托板内腔中，衬套朝向端盖的一端大于另一端，且衬套的小端外延有周向凸起，托板内壁的凸起位于衬套大端和小端凸起之间，限制衬套沿托板轴向的运动范围；所述的压缩弹簧将锁环压紧在端盖和衬套之间，锁环的轴向凸起与衬套侧壁的平面配合，限制衬套的周向转动；当螺栓插进到衬套时，两个半衬套在压缩弹簧作用下向轴线收缩，对螺栓产生锁紧力矩。

所述托板的内壁凸起为锥面，角度与衬套外部的锥面角度相同，角度范围为 10°～25°。

所述的螺栓穿过待固定的结构板后，再穿过开口挡圈进入托板开口端；所述的开口挡圈内径小于螺栓的大径；螺栓外壁靠近托板一端开有环向的凹槽，凹槽直径小于开口挡圈的内径，靠近托板的凹槽侧壁与螺栓轴线垂直，远离托板的侧壁与螺栓轴线的夹角小于45°。

所述螺栓的螺纹保持面与轴线夹角为90°～120°；螺纹导向面与轴线的夹角为 15°～45°；半衬套内螺纹牙型与螺栓相同。

所述托板的内壁和衬套外壁更改为螺纹连接，螺纹牙形的斜面与轴线的夹角为 32.5°，牙形的水平面与轴线的夹角为90°。

所述托板内壁的凸起更改为轴向凹槽，衬套外壁周向开有环形槽，环形槽中固连与轴向凹槽配合的环形卡圈，限制衬套的轴向运动范围。

所述螺栓的螺纹和衬套的内螺纹牙型均为三角形，螺纹参数相同。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种位于托板内的一对半衬套，半衬套内壁有螺纹，组装后作为一个整体衬套，通过与所述的一对半衬套相互啮合的螺栓来获得轴向位移、同时在一对半衬套和托板之间产生大的径向力并传播到螺栓上的旋转类型的锁紧装置(也就是说将旋转运动转化为轴向运动)，从而提供锁紧啮合。一对半衬套更易彼此收缩并在螺栓螺纹面上产生一个常数型的普通力矩，即使螺栓没有完全拧入一对衬套中，也能防止螺栓从装置中脱落，托板的内壁具有一个锥面，一对半衬套外锥面与托板的锥面形状一致，在锥形螺旋压缩弹簧的作用下，在衬套上产生一个最大的轴向力，由于半衬套锥面与托板内部锥面紧密接触，迫使一对半衬套彼此沿锥面斜向下运动，最大的轴向力在螺栓上产生一个最大的径向分力。径向分力使一对半衬套径向收缩，夹紧螺栓，从而产生锁紧力矩。

本发明能够实现通过简单地按压螺栓头部，将螺栓推入两个半衬套中，然后，通过顺时针旋转螺钉，良好地实现整体锁紧。当螺栓推入半衬套的内螺纹中时，由于半衬套螺纹的小径牙顶独特地成形边缘，即使半衬套硬度很高，螺栓螺纹也不会受到破坏。如图44为一对半衬套，r1是衬套内螺纹小径；图45为独特牙型的形成过程：对图44的内部螺纹进行铣削。对于左半衬套，其中半径r等于1/2螺纹大径，圆心向右偏移一个牙型高度L，右半衬套反之；去除的材料部分如图45，左右衬套都铣削完成后，这样就形成了图46；图46为一对半衬套螺纹小径牙顶独特地成型边缘，减轻螺纹推入一对半衬套时的摩擦力，减轻螺栓螺纹的磨损。

本发明的1/2转快卸锁紧装置，即使遭受极端高温并使弹簧弹力受到足够破坏的情况下，仅靠拧入螺栓时产生的轴向力的径向分力作用，仍然能在螺栓表面上产生良好的一致夹紧力。

本发明的1/2转快卸锁紧装置，用力将螺栓推入一对半衬套中，直到不能推动为止，此时，两者的螺纹相互处于相互啮合状态，牙侧面之间的间隙小于1/4螺距，因此只需再将螺栓拧1/4转，即可锁紧。这均适用于单线、双线和四线的螺栓和衬套。

本发明优化了结构，能够提高安装效率，是一种新型1/2转快卸锁紧装置。

附图说明

图1是现有技术的松开状态剖视图，

图2是现有技术的松开状态的左视图

图3是现有技术的松开状态的爆炸视图

图4是本发明的锁紧状态的半剖视图

图5是本发明的锁紧状态的左视全剖视图

图6是本发明的锁紧状态的俯视图

图7是本发明的爆炸视示意图

图8是本发明组件01示意图；

图9为本发明组件01爆炸示意图；

图10为本发明螺栓插入一对半衬套后的半剖视图；

图11为本发明改进1锁紧状态半剖视图

图12为本发明改进1锁紧状态局部放大图，

图13为本发明改进1锁紧状态左视图

图14为本发明改进2锁紧状态半剖视图

图15为本发明改进2锁紧状态左视图

图16为本发明改进2锁紧状态附视图

图17是本发明改进2的一对半衬套1的等轴侧视图；

图18是本发明改进2的托板1的等轴侧视图的半剖视图；

图19是本发明铆钉装配过程第一示意图

图20是本发明铆钉装配过程第二示意图

图21是本发明铆钉装配过程第三示意图

图22是本发明铆钉装配过程第四示意图

图23是本发明铆钉装配过程第五示意图

图24是本发明铆钉装配过程第六示意图

图25是本发明铆钉装配过程第七示意图

图26是本发明铆钉装配过程第八示意图

图27是本发明干涉配合装配过程第一示意图

图28是本发明干涉配合装配过程第二示意图

图29是本发明干涉配合装配过程第三示意图

图30是本发明干涉配合装配过程第四示意图

图31是本发明干涉配合装配过程第五示意图

图32是本发明干涉配合装配过程第六示意图

图33是本发明干涉配合装配过程第七示意图

图34是本发明干涉配合装配过程第八示意图

图35是本发明干涉配合装配过程第九示意图

图36是本发明干涉配合装配过程第十示意图

图37是本发明干涉配合装配过程第十一示意图

图38是本发明用胶粘结装配过程第一示意图

图39是本发明用胶粘结装配过程第二示意图

图40是本发明用胶粘结装配过程第三示意图

图41是本发明用胶粘结装配过程第四示意图

图42是本发明用胶粘结装配过程第五示意图

图43是本发明用胶粘结装配过程第六示意图

图44是半衬套螺纹的小径牙顶第一示意图

图45是半衬套螺纹的小径牙顶第二示意图

图46是半衬套螺纹的小径牙顶第三示意图

图中，1-结构板1，2-结构板2，3-多线螺栓，4-挡圈，5-铆钉，6-双啮齿，7-弹簧， 8-托板，9-多线螺栓，10-支架，11-开口挡圈，12-螺栓，13-端盖，14-锥形弹簧，15- 锁环，16-圆柱形托板，17-一对半衬套，18-三角牙形螺栓，19-挡圈，20-平垫圈，21- 座圈，22-芯棒，23-座圈夹，24-托板1(改近后)，25-一对半衬套1(改进后)，26-平垫圈，27-环形卡圈。

具体实施方式

本发明的结构包括一个螺栓和一个中空的托板，托板内壁的锥面与托板的内、外圆柱面同轴，托板被固定到板上或固定到另一个零件上，所述的托板内部有一对具有内螺纹的半衬套组成的一个整体衬套，当螺栓插进到衬套时，该半衬套最初通过锥形螺旋压缩弹簧作用而收缩到小于螺栓的最小作用中径，使螺栓产生锁紧力矩。半衬套外表面的锥面与托板内壁锥面角度相同，所述的衬套也具有优先采用的内螺纹结构形式，以适合类似专用螺栓的外螺纹。此类螺栓能适应具有通孔的两个或更多结构板的紧固连接，此螺栓有一个标准的头部或适用于所述的结构板2沉头相配的头部。当一对半衬套在所述螺旋压缩弹簧的轴向力作用下沿托板锥面向下滑动时，螺栓上特殊螺纹的中径大于半衬套的内螺纹的有效作用中径，因此，当螺栓引进或拧入衬套时，将会受到一致的旋转反作用力，在此被称为锁紧力矩。

托板内壁锥面能促进螺栓进入所述的一对半衬套内，衬套外部的锥面角度与托板内部锥面角度相同，角度范围为10°～25°，衬套特殊内螺纹与螺栓特殊外螺纹配合。通过设计衬套及其螺纹特性来实现与螺栓螺纹的棘齿啮合，不必垂直拧入螺栓到最终的位置，螺栓具有较小的作用中径的部分优先进入到半衬套中，此时，通过简单地按压螺栓头部使半衬套沿轴向上、径向向外收缩，从而压缩螺旋弹簧。衬套这样的运动为螺栓的进入提供空间，直到若干层结构板彼此接近，然后，顺时针拧螺栓，衬套稍微沿轴向向下移动，带动若干层结构板紧紧接触，进一步顺时针拧螺栓确保在螺栓上产生更大的径向力来保证良好的锁紧性能。在螺栓螺纹与一对半衬套啮合后，那么螺栓被拧入一对半衬套中距腔室的距离远近不重要，因为，防止螺栓意外退出的常数锁紧力矩通过弹簧压力来提供，弹簧一直与衬套接触并通过托板的锥面向下、向内作用在衬套锥面上，这将在螺栓上生成常量径向分力。在此，提供卡紧一对衬套并防止其相对托板转动的方法，但是允许它们沿轴向和径向同时移动。在此所述的方法包括在此所述的锁环，锁环与托板同轴，位于旋螺压缩弹簧和衬套顶端之间。锁环上有两只呈180°分布的凸起，称为键。键位于托板轴向槽和一对半衬套组合的弦平面之间。

开口挡圈内径小于螺栓的大径约0.3mm，距螺栓小端面约1mm处有环向的凹槽，靠近小端端面的凹槽的面与螺栓轴线垂直，远离的锥面与轴线夹角小于45°，槽直径小于开口挡圈的内径约0.3mm，当螺栓小端穿过开口挡圈的内径时，顶端的螺纹部分蹭开开口挡圈，当到达螺栓环向凹槽时，挡圈收缩，保证松开时螺栓与结构板2保持在一起。由于拧紧螺栓时，螺栓大径继续蹭开开口挡圈，直到安装完毕。开口挡圈由始至终均处于结构板2的沉头孔中。松开螺栓时，如果不需要螺栓与结构板2保持在一起，开口挡圈不再需要，同时，螺栓上的环形凹槽及结构板2上的沉头孔均不需要。

螺栓螺纹的保持面与轴线夹角优先选择90°，范围为90°～120°；导向面与轴线的夹角优先选择25°，范围为15°～45°；半衬套内螺纹牙型与螺栓相同。衬套外锥面与轴线的夹角为10°～25°(图10)，本螺栓外螺纹直径范围为φ4～φ12。

本发明包括组件01、螺栓12、开口挡圈11、铆钉5(图4)、(图7)；其中组件 01包括端盖13、锥形压缩弹簧14、键15、托板16及两个半衬套17(图8)、(图9)，通过旋压端盖13将锥形压缩弹簧14、键15及两个半衬套17安装在托板16内部，组成一个整体。

这种结构允许将螺栓12推入两个半衬套17中，再将螺栓12拧1/2圈，安装完毕。

除此之外，可以对本发明进行改进，改进有三种方法，如下：

1)改进1：

将本发明中的零件：螺栓12、托板16及两个半衬套17进行改进，改进后的序号分别为螺栓18、托板19及两个半衬套20，其余零件不更改。可以实现锁紧性能与安装效率更加优异的组合。将螺栓12外螺纹、两个半衬套17内螺纹牙型改为三角形，两者螺纹参数相同(如图12中序号18、20)；托板16内壁、两个半衬套17表面更改为螺纹(如图12中序号19、20)，牙形的斜面与轴线的夹角为32.5°，但是这个夹角可以变化；牙形的水平面与轴线的夹角为90°，这样在啮合时相应啮合面积增大，夹紧力分布更加均匀，同时适应的结构板总厚度范围更宽。(如图11-图13)。

2)改进2：

这种改进需要的零件数量更少，但没有降低锁紧性能。改进2的结构包括：1-结构板，2-结构板2，5-铆钉，11-开口挡圈，12-螺栓，13-端盖，14-锥形弹簧，24-托板1， 25-一对半衬套1(如图14-图16)；

3)改进3：

将改进2中的12-螺栓、25-一对半衬套1内螺纹的牙形均更改为同一规格的三角形牙形，其余零件不更改(图略)，螺纹规格为MJ4～MJ12。

本发明及其三种改进型均可通过铆钉、干涉配合、用胶粘结三种方式将组件01固定在结构板1上，分别如图14-图18所示，但并不限于这三种安装方式。

本发明主要零件衬套、螺栓材质为17-7PH、弹簧材质为65Mn、托板和端盖材质为 304A。

本发明及其改进型适应的结构板总厚度范围为2.94mm～19.81mm，结构板总厚度＝结构板1厚度+结构板2厚度+……+结构板n厚度(n为结构板数量，按客户要求定)，本发明中仅为了说明问题，采用了两层结构板进行叠加，即就是：结构板总厚度＝T1+T2 (见图4-图6)，性能满足NASM22978规范。

实施的三种方式如下：

1)本发明铆钉装配过程如图11所示：

图19-图22将组件01能过铆钉铆接到结构板1上；

图23将螺栓穿过结构板2的通孔，安装开口挡圈于螺栓的径向凹槽中；

图24向上推到动结构板2，使结构板2与结构板1接触；

图25再用工具(如螺丝刀)推动螺栓进入一对半衬套中，直到螺栓头部锥面与结构板2的锥面接触为止；

图26使用规定力矩的工具顺时针拧螺栓1/2圈，完成锁紧操作；反向操作，即可松开。

2)本发明干涉配合装配过程如图12所示：

图27-图30通过工具使带锥度的芯棒完全通过座圈圆柱形内孔，芯棒的最大直径处大于圆柱形内孔直径，以满足将座圈干涉配合到结构板1上；

图31将座圈夹安装在座圈侧壁的矩形凹槽中，座圈夹一端带有开口；

图32-图33将组件01通过座圈夹的开口推入座圈夹中；

图34将螺栓穿过结构板2的通孔，安装开口挡圈于螺栓的径向凹槽中；

图35推结构板2，使结构板2与结构板1接触；

图36再用工具(如螺丝刀)推动螺栓进入一对半衬套中，直到螺栓头部与锥面与结构板2的锥面接触为止；

图37使用规定力矩的工具顺时针拧螺栓1/2圈，完成锁紧操作；反向操作，即可松开。

3)本发明用胶粘结装配过程如图13所示：

图38在结构板1上的适当范围内涂胶；

图39将组件01粘结到结构板1上；

图40将螺栓穿过结构板2的通孔，安装开口挡圈于螺栓的径向凹槽中；

图41推结构板2，使结构板2与结构板1接触；

图42再用工具(如螺丝刀)推动螺栓进入一对半衬套中，直到螺栓头部与锥面与结构板2的锥面接触为止；

图43使用规定力矩的工具顺时针拧螺栓1/2圈，完成锁紧操作；反向操作，即可松开。