无螺母螺栓的制作方法

本发明涉及无螺母螺栓。

背景技术：

申请人在紧固件领域，特别是用于将耐磨板紧固到结构表面上做出了许多创新。这样的紧固件的一个例子在国际公开第wo2006/018245号进行了描述。在前述出版物中描述的紧固件也可以被认为是无螺母螺栓，其从表面的一侧插入孔中，并且通过将施加工具附接至螺栓的头部并驱动销钉进入穿过螺栓的头部和杆柄在中央形成的镗孔而被施加或固定在适当的位置。轴设置有多个径向延伸的通道，每个通道提供用于对应的球的行程。当将销钉沿下向钻孔方向驱动到轴中时，它迫使球沿其各自的通道径向移动，以部分地从这些通道突出到轴的外圆周表面之外。这防止了沿与插入方向相反的方向移除紧固件，并且实际上将紧固件锁定在适当的位置。为了移除紧固件，将销钉进一步沿下向钻孔方向推动，销钉从轴掉下。这使得球能够沿径向向内方向滚动以位于轴的外周表面内。因此，现在可以将紧固件从孔中移除。从孔中移除紧固件的能力将紧固件表征为螺栓。这与只能通过破坏铆钉本身才能将其移除的铆钉形成对比。

技术实现要素：

实施例提供了一种无螺母螺栓，包括：

主体，具有能够插入孔中的轴和与所述主体联接的止挡件，该止挡件构造成阻挡所述主体完全落入孔中或穿过孔，该轴具有轴向延伸的镗孔；

锁定机构，其设置在所述轴中并且能操作以从轴径向延伸以将所述主体锁定在孔中；以及，

致动器，设置在所述轴中，并且能够从插入位置沿上向钻孔方向在所述镗孔中沿轴向移动到锁定位置，在该插入位置，所述锁定机构在所述轴中缩回以允许将所述轴插入所述孔中，在该锁定位置，所述致动器使所述锁定机构从所述轴径向延伸，以将所述主体锁定在所述孔中，

其中，所述致动器布置成在被移动到所述锁定位置之后在施加拉力时以受控的方式断裂(分离)成第一部分和第二部分，其中所述第二部分被保持在主体中，从而将所述锁定机构保持在锁定位置并且所述第一部分能够从所述主体中撤离。

在一个实施例中，轴具有邻接表面，并且致动器是可移动的，使得第二部分可以邻接邻接表面。当第二部分邻接邻接表面时，致动器在上向钻孔方向上的运动可以施加拉力。邻接表面可以设置为从镗孔的内表面径向向内延伸的凸缘。当致动器处于锁定位置时，第二部分可以邻接邻接表面。致动器可包括位于第一部分与第二部分之间或将第一部分联接到第二部分的失效机构。

在一个实施例中，第一部分和第二部分通过螺纹连接彼此连接。失效机构可以包括在第一部分和第二部分之间的螺纹连接。致动器，例如第一部分，可以设置有接合部，该接合部可以与用于使致动器从插入位置移动到锁定位置的工具接合。

在一个实施例中，致动器包括第一表面部分和第二表面部分。当致动器处于插入位置时，锁定机构可以与第一表面部分接合，而当致动元件处于锁定位置时，锁定机构可以与第二表面部分接合。所述第一表面部分可以具有第一径向延伸的宽度，并且所述第二表面部分可以具有第二径向延伸的宽度。第一径向延伸的宽度可以小于第二径向延伸的宽度。致动器可以包括从第一位置延伸到第二位置的锥度。第二表面部分可以在第二部分上。

在一个实施例中，止挡件设置有具有相对的第一轴向端和第二轴向端的外周表面，其中当将紧固件插入孔中时，第一轴向端位于最靠近孔的位置。第一轴向端的直径可以小于第二轴向端的直径。止挡件的外周表面可以在第一轴向端和第二轴向端之间以第一角度大体上渐缩。

螺栓可包括从主体延伸出的第二头部。主体可以在邻近止挡件处设置有螺纹部分。螺栓还可包括可与主体的螺纹部分螺纹接合的第二头部。第二头部可设置有通孔，该通孔定位成与轴中的镗孔轴向对准。第二头部可以设置有以第一角度渐缩的外周表面。头部可以由比主体硬的耐磨材料形成。

在一个实施例中，螺栓包括在所述轴的下向钻孔端与所述锁定机构之间的区域中的、设置在轴中的一定量的油脂或类似材料。

在一个实施例中，所述轴包括多个径向延伸的通道，每个通道通向所述镗孔并通向所述主体的外周表面，并且构造成当所述致动器处于所述锁定位置时，允许所述锁定机构的一部分突出超出所述轴的外表面。锁定机构可以包括多个球。

在一个实施例中，螺栓包括围绕主体设置的套筒，该套筒这样的位置处：在致动器处于锁定位置时锁定机构被保持在致动器和套筒之间，并且部分地设置在主体内部并且部分地设置在主体外部。套筒可以具有：未变形状态，其中，所述套筒具有恒定外径的外表面，并且在将所述致动器移动到所述锁定位置之前将所述锁定机构保持在所述主体中；以及膨胀状态，其中，当所述致动器移动到所述锁定位置时，所述套筒通过所述锁定机构径向向外膨胀。所述套筒可以被构造成使得所述套筒的一部分延伸到所述轴插入其中的孔中，并且所述套筒的一部分从所述孔延伸出。

在一个实施例中，轴包括第一外径的、与止挡件相邻的第一部分和与第一部分相邻的第二部分，该第二部分的外径相对于第一部分呈阶梯状减小。轴和套筒可以相对地构造，使得当将套筒设置在轴的第二部分上时，与轴的第一部分相邻的套筒的外径基本上等于轴的第一部分的外径。套筒可以通过粘合剂附接到轴上。

从另一个角度来看，无螺母螺栓的一个实施例可以被认为包括：

主体，具有轴和联接至该轴的止挡件，该轴具有：上部直径，该上部直径的最大直径小于止挡件的最小直径；以及沿轴向延伸穿过轴的镗孔；

多个锁定元件，设置在轴中；以及，

杆，该杆设置在轴中，该杆具有第一位置和第二位置，该第二位置在第一位置的下向孔，在第一位置具有多个凹部，每个锁定元件对应一个凹部，以及从每个凹部向第二位置延伸的倾斜表面，其中在第一位置在径向上延伸的杆的宽度小于在第二位置在径向上延伸的杆的宽度。锁定元件可以是球的形式。

在该实施例中，轴具有沿径向方向延伸的多个通道，以在一端开口到镗孔上并且在相对端开口到上部的外表面上，并且其中每个锁定元件至少部分地位于相应的通道中。

在该实施例中，杆可在其中凹部与通道径向对准的插入位置和第二位置与通道径向对准且锁定元件从轴的上部的外表面部分地延伸的锁定位置之间移动。

在该实施例中，轴具有从镗孔的内表面向内延伸的径向延伸的凸缘。

在该实施例中，杆具有包括第一位置的第一部分和包括第二位置的第二部分，其中杆被布置为在施加拉力时以受控方式在第一部分和第二部分之间断裂，其中第二部分保持在主体中的锁定位置，在该锁定位置中，锁定元件与第二部分接触并径向延伸超过轴的上部的外表面，并且第一部分能够从主体中撤离。

在该实施例中，轴具有邻接表面，该邻接表面构造成当杆移动到锁定位置并且施加拉力时邻接杆的第二部分。

致动器可包括位于第一部分与第二部分之间或将第一部分联接到第二部分的失效机构。失效机构包括在第一部分和第二部分之间的螺纹连接。

杆设有接合部，该接合部可以与用于使杆从插入位置移动到锁定位置的工具接合。

止挡件可以设置有具有相对的第一和第二轴向端的外周表面，其中当将紧固件插入孔中时，第一轴向端位于最靠近孔的位置，并且其中，第一轴向端的直径小于第二轴向端的直径。

在该实施例中，无螺母螺栓包括在套筒安置位置处围绕主体设置在上部的套筒，在该套筒安置位置处套筒覆盖通道。上部可以包括具有最接近止挡件的恒定直径的第一部分和具有恒定外径的相邻的第二部分，该相邻的第二部分的外径小于第一部分的外径，其中在第一部分和第二部分之间形成直角台阶或肩部。通道在第二部分的外表面上开口。

与第一实施例类似，套筒具有：未变形状态，其中套筒具有恒定外径的外表面，并且在将致动器移动到锁定位置之前将锁定元件保持在主体中；以及变形状态，当致动器移动到锁定位置时，套筒通过锁定元件径向向外膨胀。而且，所述套筒可以被构造成使得所述套筒的一部分延伸到所述轴插入其中的孔中，并且所述套筒的另一部分从所述孔延伸出。

附图说明

现在将仅通过示例性地参照所附的非限制性附图来描述无螺母螺栓的实施例，其中：

图1是无螺母螺栓的实施例的局部截面示意图；

图2是图1所示的无螺母螺栓中使用的致动器的实施例的局部截面示意图；并且

图3是图1所示的螺栓的aa截面的视图。

具体实施方式

现在将仅通过示例性地参照所附的非限制性附图来描述无螺母螺栓的实施例，其中：

图1是无螺母螺栓的实施例的局部截面示意图；

图2是图1所示的无螺母螺栓中使用的致动器的实施例的局部截面示意图；并且

图3是图1所示的螺栓的aa截面的视图。

优选实施例的详细描述

图1至图3示出了根据本发明的用于将耐磨板12紧固至结构14的无螺母螺栓10的实施例。无螺母螺栓10包括主体16，该主体16具有轴18和联接至轴18的止挡件20。轴18的尺寸设置成允许其穿过结构14中形成的孔22，而止挡件20构造成阻挡或防止主体16完全落入孔22中或穿过孔22。止挡件20构造为定位成邻近或接合磨损表面12。轴向镗孔24形成在主体16中并且容纳锁定机构26，该锁定机构26可操作以从轴18径向延伸以将主体16锁定，从而将无螺母螺栓10锁定在孔22中。杆28形式的致动器位于镗孔24中。根据其工作状态，杆28可在下向钻孔方向或上向钻孔方向上沿镗孔24移动。在本说明书的上下文中，表述“下向钻孔方向”与螺栓10插入孔22中的方向相对应，并且“上向钻孔方向”与下向钻孔方向相反。因此，参考图1，由箭头u指示的上向钻孔方向朝向页面的左手侧，即沿从无螺母螺栓10的下向钻孔端32朝着上向钻孔端30延伸的方向。

止挡件20可以用作螺栓的头部。止挡件20可具有大于主体的其余部分的硬度。止挡件20具有第一径向表面38(是相对于螺栓的轴线位于径向平面中的表面)和位于表面38的上向钻孔方向的第二径向表面43。外周表面40在表面38与43之间延伸。表面40是截头圆锥形的构造，以其外径从与表面38相邻的最小值逐渐增大到与表面43相邻的最大值的方式成锥面(渐缩)。止挡件20还具有第三径向表面42，其位于第二径向表面43的上向钻孔方向。第三径向表面42限定了上向钻孔端30。第二周向表面41从表面43延伸到42。表面41也是截头圆锥形的构造，以如下方式成锥面：它的外径从与表面43相邻的最小值逐渐增大到与表面30相邻的最大值。表面41的最小直径小于表面40的最大直径。因此，表面43形成并充当周向表面40和41之间的周向肩部。换句话说，可以说表面43从周向表面40径向向内延伸。

由于上述构造，表面40相对于镗孔24的纵向轴线以第一角度倾斜或成锥面，而表面41相对于镗孔24的纵向轴线以第二角度倾斜或成锥面。第二角度可以与第一角度相同。在一个实施例中，在表面38和43之间的表面40中形成周向凹槽。弹性o形环可以位于该凹槽中。在一实施例中，o形环可以由聚氨酯制成。

在表面38的下向钻孔方向，轴18设置有上部47，该上部47的最大直径小于止挡件20的最小直径。上部47包括具有恒定外径48的第一部分，该第一部分最靠近止挡件20，以及相邻的第二部分50，第二部分50也具有恒定的外径，其外径小于第一部分48的外径。在部分48和50之间的直径变化关于轴18沿周向形成直角台阶或肩部52。在部分50的下向钻孔方向且与部分50相邻的是在下向钻孔方向上外径逐渐减小的部分51。在部分51的下向钻孔方向且与部分51相邻的是外径恒定的部分53，该部分终止于下向钻孔端32。

在上部47中形成了多个径向延伸的通道56，在图2和图3中最清楚地示出。更具体地，通道56形成在柄18的部分50中。通道56围绕镗孔24均匀地间隔开并且位于共同的平面上。每个通道56的一端延伸或开口到镗孔24中，而相对端延伸或开口到柄18的外表面上。在该特定实施例中，通道56在其整个长度上具有恒定的内径。

轴18具有径向延伸的凸缘60，该凸缘从镗孔24的内表面朝向镗孔24的轴线向内延伸。凸缘60的下向钻孔侧61形成邻接表面。凸缘60的上向钻孔侧59与每个通道56的下向钻孔侧是相邻的。在凸缘60的内周表面63所包围的区域中镗孔24的直径小于镗孔24的最大内径。例如，在表面63处的内径可以比镗孔24的最大内径(如在下向钻孔端32处)小大约65％-75％。

锁定机构26为多个元件58的形式。在该实施例但并非所有实施例中，锁定元件为球58的形式。(例如，锁定元件可以为具有凸形弯曲的相对端部的短杆或销钉的形式。)具有为了清楚起见，在图1中仅示出了一个通道具有球58，但是在实践中，每个通道56均设有相应的球58。

致动器(即，杆)28被设计成或以其他方式布置成当使用无螺母螺栓10时以受控的方式失效，例如断裂或分离。在致动器操作锁定机构26时发生失效，并且导致致动器的部分或片段被折断或彼此分离。一部分或一片段保留在螺栓10中，将锁定机构保持在锁定位置。另一部分或片段从螺栓10上移除并丢弃。

如图2所示，呈杆28形式的致动器具有第一部分74和第二部分62。第一部分74在第二部分62的上向钻孔方向。杆28具有凹部72，该凹部72在位置l1设置在第一部分74的第一表面部分处。杆28的第二表面部分设置在第二位置l2处，该第二位置l2沿着第二部分62并且在第一位置l1的下向钻孔方向。凹部72的半径与球58的半径互补，以允许球58部分地安置在凹部72中。然而，并非在所有实施例中都需要互补的凹部。在第一位置l1处沿径向方向延伸的杆28的宽度小于在第二位置l2处沿径向方向延伸的杆28的宽度。

在图2所示的实施例中，第二位置l2与第二部分62重合并且完全位于第二部分62上。然而，在一些实施例中，第二位置l2的一部分可以延伸到第一部分74上。锥形或倾斜表面70相对于杆28的纵向轴线成角度地在第一位置l1和第二位置l2之间延伸。在一个实施例中，倾斜表面相对于纵向轴线以大约5°至大约10°的角度延伸，例如大约6°。

图中所示的杆28仅具有一个凹部72和一个锥形或倾斜表面70。然而，这种描述仅是为了清楚起见，实际上凹部72和锥形或倾斜表面70的数量对应于球58或通道56的数量，并以与通道56对准的方式围绕杆28周向布置。

在使用螺栓10之前，将杆28定位在镗孔24中，以使球58安置/凹入相应的凹部72中，这使球58可以部分位于相应的通道56中，部分位于镗孔24中。在这种构造中，球58不延伸超过轴18的外表面，并且在与镗孔24同轴的球之间形成间隙或空间。因此，当杆28处于该构造中时，杆28处于“插入位置”，它允许球采用插入位置i，从而使轴18插入孔22中。

第二部分62被布置成与第一部分74脱离、分离或剪切。第一部分74和第二部分62利用或通过被设计成优选地在张力下失效的失效机构彼此连接。在一个实施例中，失效机构是诸如螺纹连接68之类的紧固件。由于其直径较小或通过材料选择，该紧固件具有比部分74和62低的拉伸强度。替代地，失效机构可以是将第一部分和第二部分联接在一起的螺纹，该螺纹可以被设计成在施加拉力时剥离，从而促进部分74、62彼此分离。在另一个示例中，失效机构可以被设置为将第一部分74和第二部分62粘合在一起的粘合剂。在这样的示例中，粘合剂粘结足够弱以确保在相应部分74和62中的任一个的拉伸失效之前，在施加拉力时其失效。在又一示例中，失效机构可以是两个部分74、62之间的过盈配合，其中过盈配合被构造成在施加拉力时允许两个部分彼此分开。

在一个实施例中，第一部分74和第二部分62彼此一体形成单件结构，但是具有疲劳线或应力集中器(例如v形凹口或刻痕线)，其将第一部分74和第二部分62描绘为允许第二部分62在疲劳线处从第一部分74切下。即，疲劳线充当失效机构。在一个实施例中，失效机构被提供为将第一部分74和第二部分62粘合在一起的粘合剂。

在图2所示的实施例中，用作失效机构的螺纹连接是从第二部分62延伸的螺栓71，该螺栓与位于第一部分74中的互补螺纹孔69接合。在一个实施例中，第一部分74设有螺栓，第二部分62具有互补的螺纹孔。在一个实施例中，第一部分74和第二部分62均设有螺纹孔，并且螺栓与两个螺纹孔接合以将第一部分74连接至第二部分62。

第二部分62具有斜切的上向钻孔端78。在第二部分62的下向钻孔端处设置有径向向外延伸的凸缘64。凸缘64具有上向钻孔表面65。第一部分74设有接合部，为螺纹76的形式。螺纹76与工具接合，以允许杆28在镗孔中运动，以将螺栓10锁定在孔中。

当将螺栓10插入孔10中时，杆28处于球58安置于凹部72中的插入位置。杆28例如通过与螺纹76接合的工具沿上向钻孔方向上运动，使得球58从凹部72中脱离，杆28迫使球58径向向外，从而使球58从通道56突出超过表面50。一旦杆28已经沿上向钻孔方向充分移动，球58位于第二部分62上的第二位置l2处，球58处于锁定位置l。

杆28在上向钻孔方向上的进一步运动导致表面65邻接表面61。一旦表面65邻接表面61，则在上向钻孔方向上施加到杆28的任何进一步的力都被传递到螺纹连接68。当传递到螺纹连接件68(即失效机构)的力超过了螺纹连接68的拉伸极限(即导致螺纹连接件68断裂，破碎或碎裂成两部分或剥去螺纹的力)时，第二部分62从第一部分74折断或分离以形成剪切的第二部分62a。一旦第二部分62与第一部分74折断或分离，则第一部分74可以从镗孔24中撤出，并且剪切的第二部分60a驻留在镗孔24中，从而允许球58保持在锁定位置l。在从镗孔24中移除第一部分74之后，可以将材料塞子相对于剪切的第二部分62填充到镗孔24的上向钻孔侧中，以防止剪切的第二部分62在下向钻孔方向上的意外移动。塞子可以由可凝固的化合物例如水泥浆或环氧树脂形成。

在将杆28放置在主体16内(首先与螺纹76形成下向钻孔端32)之前，一定量的油脂或类似的粘性疏水润滑剂材料沉积在镗孔24中，通常达到通道56的水平上。当杆28从插入位置移动到锁定位置时，该润滑脂或其他材料被迫通过杆28与镗孔24的内表面之间的间隙沿着镗孔24向上回流，以及沿着通道56和穿过通道56流动。油脂或类似材料的流动具有几个好处，包括使紧固件10的锈蚀和腐蚀最小化，帮助将球58和杆28保持在主体16内以及润滑无螺母螺栓10以便于拆卸。

螺栓10设置有套筒34，该套筒34围绕主体16，特别是围绕第二部分50。在将螺栓10插入孔22中之前，套筒34被装配至主体16。在套筒34覆盖通道56的位置处，套筒34被装配至上部47上。套筒34由可变形材料制成，包括但不限于易延展的金属或金属合金，例如铝和黄铜。套筒34可以过盈配合到上部47上，或者可替代地设置有较松配合，但是通过粘合剂附接到主体16。更具体地说，套筒34被装配到作为上部47的一部分的第二部分50上。

当最初装配到主体16上时，套筒34为短圆柱管的形式，其具有恒定的内径和较大且恒定的外径。这可以看作是套筒34的“未变形”或“初始”状态，在附图中未示出。如下面更充分地说明的，套筒34围绕主体16/轴18设置在套筒安置位置处，在套筒安置位置处，当致动器/杆28处于锁定位置时，锁定机构/球58被保持在致动器和套筒34之间，并且部分地布置在主体16/轴18的内部并且部分地在主体16/轴18的外部。

套筒34具有轴向长度，使得套筒34在抵靠肩部52时覆盖通道56。在一个实施例中，套筒34的长度可以等于第二部分50的轴向长度。套筒34具有与第一部分48的外径基本相同的外径。而且，套筒34可以形成为具有与肩部52的深度基本相同的厚度，从而当抵靠在肩部52上时，套筒34的内周表面可以与第二部分50的外周表面接触或紧邻第二部分50的外周表面。主体16构造成使得当套筒34抵靠肩部52并且螺栓10插入孔22时，套筒34的上向钻孔部分35位于孔22中。

当第二部分62处于锁定位置62a时，套筒34用于将球58部分地保持在它们各自的通道56内。更具体地，当在上向钻孔方向上拉动杆28时，由于球在径向向外的方向上沿着通道56运动到锁定位置l而使套筒34变形，在锁定位置l上，球部分地位于轴18的外部。因此，当处于锁定位置时，球延伸超过上部47的外表面，更具体地讲，超过第二部分50的外表面。这使套筒34至少在球58的区域内变形以径向突出超过孔22并且因此位于结构14之下，如图1所示。螺栓10现在被锁定在孔22中，从而将耐磨板12固定至结构14。

为了从孔22移除螺栓10，这是为了更换耐磨板12而需要的示例，被剪切的第二部分62a沿下向钻孔方向移动。可以使用一种或多种工具来完成，例如锤子/短槌，并且击打，直到从通道56中清除为止。一旦剪切的第二部分离开通道56，球58就可以径向向内移回插入位置i，即部分位于相应的通道56内，部分位于镗孔24内。通过现在向上拉动头部/止挡件20，变形的套筒34滑出轴18，允许将螺栓10从孔22中移除。

所有这些修改和变型以及对本领域普通技术人员而言将显而易见的其他修改和变型都被认为在本发明的范围内，本发明的实质将由以上描述和所附权利要求确定。

应当理解，如果在本文中引用了任何现有技术出版物，则该参考文献并不意味着承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家构成了本领域公知常识的一部分。

在所附权利要求和在前的描述中，除非上下文由于表达语言或必要的暗示而另外要求，否则词语“包括”或诸如“包括有”或“包含”的变体以包括性含义使用，即在各种实施例中，指定所陈述特征的存在但不排除其他特征的存在或增加。