一种具备高连接强度特性的螺栓预紧装置的制作方法

本发明属于螺栓预紧装置的技术领域，更具体地，涉及一种具备高连接强度特性的螺栓预紧装置。

背景技术：

现有扳手类型有呆扳手、梅花扳手、两用扳手、活扳手、钩形扳手、套筒扳手、内六角扳手等。工作原理都是靠旋紧螺栓使得被连接件之间产生正压力。在旋紧的过程中，螺栓受到因旋紧螺母而产生的预紧力f和螺纹间的摩擦力矩t的作用。其中

λ为升角，ρv为当量摩擦角，d为中径。

预紧力f使螺栓危险截面上产生拉应力σ，摩擦力矩t则使螺栓危险截面上产生剪应力τ。根据第四强度理论，两种应力可用一种当量拉应力表示。对于m10～m68的普通螺栓，摩擦力矩的作用相当于使拉伸载荷增大30％，即螺栓所受的当量应力[σ]为螺栓的许用应力，则[σ]≥1.3σ，由此可以看出预紧力f在螺栓上作用的拉应力即预紧力不能达到螺栓所能承受的极限拉力，使得螺栓的性能没有完全发挥。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具备高连接强度特性的螺栓预紧装置，其中结合螺栓和螺母锁紧过程中预紧力和螺纹间的摩擦力矩的作用原理和理论分析，对整个预紧装置的组成构造重新进行了设计，并重点针对螺栓增力组件的具体结构及设置方式作出改进，使得旋紧螺栓时，螺栓不受摩擦力矩作用，预紧力能达到螺栓所能承受的极限拉力，从而使得螺栓的性能完全发挥出来；而在旋松螺栓时，螺栓不受摩擦力矩作用，起到保护螺栓的作用。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种具备高连接强度特性的螺栓预紧装置，其特征在于，该装置包括螺栓增力组件、连接组件、螺母锁紧组件和数显组件，其中，

所述螺栓增力组件设置在所述连接组件上，包括连杆传动机构和齿轮传动机构，所述齿轮传动机构设置在所述连杆传动机构的一侧，该齿轮传动机构的一端设置有旋转手柄，该齿轮传动机构作为减速机构，用于增大施加在所述旋转手柄上外力的力矩，另外一端与所述连杆传动机构连接，所述连杆传动机构包括盖体和设置在该盖体左右两侧的连杆，所述连杆包括上连杆和通过旋转销钉与其连接的下连杆，所述传动机构通过螺杆贯穿在所述左右两侧的连杆的旋转销钉中，以此实现所述连杆传动机构和所述齿轮传动机构的连接，外力旋转所述旋转手柄，通过所述齿轮传动机构将所述外力传递给所述连杆传动机构，使得所述连杆机构中两侧的旋转销钉受到轴向力，在所述两侧的连杆的作用下使得所述盖体向上移动；

所述连接组件用于将所述螺栓增力组件与待预紧组件上的螺栓连接，当所述盖体向上移动时带动所述待预紧组件上的螺栓向上运动；

所述螺母锁紧组件用于与所述待预紧组件上的螺母连接，所述该待预紧组件上的螺栓向上运动后，该螺母锁紧组件锁紧所述待预紧组件上的螺母，以此实现待预紧组件的预紧；

所述数显组件用于检测所述待预测组件上的螺栓向上运动时受到的拉力，并将该拉力显示。

进一步优选地，所述连接组件包括外壳和增力套筒，所述外壳与所述螺栓增力组件，所述增力套筒与待待预紧组件上的螺栓连接。

进一步优选地，所述螺母锁紧组件设置在所述连接组件的一侧，包括旋钮、主动轮、惰轮、齿环和螺母套筒，所述旋钮和主动轮设置在所述连接组件外，所述惰轮、齿环和螺母套筒设置在所述连接组件内部，所述齿环设置在所述螺母套筒上，旋转所述旋钮带动所述主动轮旋转，该主动轮与所述惰轮啮合，所述惰轮与所述齿环啮合从而带动所述螺母套筒旋转，使得待预紧组件的螺母旋转，以此实现所述螺母的锁紧。

进一步优选地，所述盖体的下方设置有手旋套筒，用于与所述增力套筒连接，通过旋转所述手旋套筒将所述增力套筒与所述待预紧组件的螺栓锁紧连接。

进一步优选地，所述数显组件包括显示屏、应变片、放大电路和电源，所述显示屏设置在所述盖体上，所述应变片设置在所述增力套筒上，所述放大电路和电源设置在所述连接组件内部。

总体而言，按照本发明的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本发明通过结合螺栓和螺母锁紧过程中预紧力和螺纹间的摩擦力矩的作用原理和理论分析，对整个预紧装置的组成构造重新进行了设计，并重点针对螺栓增力组件的具体结构及设置方式作出改进，使得旋紧螺栓时，螺栓不受摩擦力矩作用，预紧力能达到螺栓所能承受的极限拉力，从而使得螺栓的性能完全发挥出来；而在旋松螺栓时，螺栓不受摩擦力矩作用，起到保护螺栓的作用；

2、本发明提供的装置结构简单，操作方便，在不改变螺栓材料强度的前提下，可使得现有螺栓连接强度增加30％，适用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的螺栓连接；

3、本发明提供的装置对螺栓预紧的方法区别于传统的螺栓预紧装置，传统螺栓预紧装置是通过直接旋转螺母对螺栓预紧，而该装置则是先拉伸螺栓，达到所需预紧力后再旋紧螺母，排除了摩擦力矩对螺栓强度的影响。

附图说明

图1是按照本发明所构建的具备高连接强度特性的螺栓预紧装置的结构示意图；

图2是按照本发明所构建的具备高连接强度特性的螺栓预紧装置的爆炸图；

图3是按照本发明所构建的外壳结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-显示屏2-盖体3-第一销钉4-连杆5-旋转销钉6-外壳7-旋钮8-主动轮9-惰轮轴10-惰轮11-手旋套筒12-挡圈13-螺杆14-螺杆套筒15-大齿圈16-小中心轮17-行星轮18-行星轮轴19-行星架20-旋转手柄21-第三销钉22-增力套筒23-应变片24-齿环25-螺母套筒26-下盖27-待预紧组件上的螺栓28-待预紧组件上的螺母29-垫圈30-待预紧件

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是按照本发明所构建的具备高连接强度特性的螺栓预紧装置的结构示意图，如图1所示，一种具备高连接强度特性的螺栓预紧装置，包括螺栓增力组件、连接组件、螺母锁紧组件和数显组件。

图2是按照本发明所构建的具备高连接强度特性的螺栓预紧装置的爆炸图，如图2所示，待预紧组件30上设置有待预紧组件上的螺栓27、待预紧组件上的螺母28和垫圈29。

螺栓增力组件包括连杆传动机构和齿轮传动机构，连杆传动机构包括盖体2、第一销钉3、连杆4、旋转销钉5、手旋套筒11、齿轮传动机构包括挡圈12、螺杆13、螺杆套筒14、大齿圈15、小中心轮16、行星轮17、行星轮轴18、行星架19、旋转手柄20和第三销钉21组成。

盖体2内部空心，底部开椭圆孔，用于与手旋套筒11顶部配合，使得手旋套筒11顶部伸入后旋转一定角度能传递拉力。盖体2外铸有突起标识椭圆孔的长轴方向。手旋套筒11用手旋转部分的上端面也有突起标识顶部椭圆的长轴方向。盖体2和手旋套筒11标识的长轴方向垂直时，能可靠传递拉力。第一销钉3连接盖体2的固定支座和连杆4，连接外壳6的固定支座和连杆4，旋转销钉5实现连杆4之间的连接，第三销钉21实现大齿圈转动的固定，增力套筒22下半部内螺纹与待预紧的螺栓旋合，上半部外螺纹与手旋套筒11旋合，旋转销钉5的螺纹孔与螺杆13旋合，挡圈12一端面接触螺栓头部，另一端面与旋转销钉5外圆面相切。

齿轮传动机构中螺杆套筒14一端开正六边形内孔套于螺杆13头部，另一端连接三个行星轮轴18，三爪伸出部分用于固定大齿圈15的轴向移动，3个行星轮17周向均布，分别与小中心轮16和大齿圈15啮合，大齿圈下端开孔与销21配合，以固定其转动，行星轮轴18固定在行星架19上，行星架19三爪伸出部分用于大齿圈15的轴向定位，旋转手柄20与小中心轮16固联，旋转手柄20与行星架19没有配合关系。

图3是按照本发明所构建的外壳结构示意图，如图3所示，连接组件包括外壳6、增力套筒22和下盖26。外壳左部有螺母锁紧组件的支撑部分，并且内部开孔用于固定轴9，右部用于存放放大电路和电源。外壳6底部的伸出部分与下盖26配合。下盖开阶梯孔，第一级阶梯孔用于外壳6的导向，第二级阶梯孔用于螺母套筒25的导向，第三级为通孔，使待预紧组件的螺母能进入，并且使壳内的零件不掉出。增力套筒22用于与待预紧组件上的螺栓连接，螺栓增力组件带动向上运动带动增力套筒向上运动，从而使得待预紧组件上的螺栓向上运动。

螺母锁紧组件包括由小套筒7、主动轮8、惰轮轴9、惰轮10、齿环24、螺母套筒25。小套筒7开正六边形孔，可通过内六角扳手转动套筒，小套筒7杆部与主动轮8固联，惰轮10固定在外壳6内不动，惰轮轴9可自由转动，螺母套筒25与齿环24固联，一起转动，螺母套筒25开正六边形孔套于待预紧组件上的螺母外。

数显组件包括显示屏1、应变片23和放置在外壳6内的放大电路和电源。显示屏1置于盖体2的顶部，应变片23贴在增力套筒22的下半部，放大电路和电源放于外壳内，在传动机构支撑部分的异侧。

下面将介绍本装置的工作方式，具体如下：

在使用本发明装置前，先将待预紧组件上的螺母旋至刚好与待预紧组件表面接触，此时无预紧力。接着，从上至下将本装置整体套在待预紧组件上的螺母外，旋转手旋套筒11并带动增力套筒22旋转，使得增力套筒22与待预紧组件上的螺栓旋合。

转动旋转手柄20，通过齿轮传动机构带动螺杆旋转，螺杆带动连杆内旋使得手旋套筒产生向上的拉力，手旋套筒带动增力套筒，从而带动待预紧组件上的螺栓向上运动；应变片23检测到该向上的拉力，显示屏1上显示该拉力的大小，达到所需预紧力后，停止转动旋转手柄20；用内六角扳手转动小套筒7，小套筒7带动螺母锁紧组件将待预紧组件上的螺母28旋紧。

最后，反向转动旋转手柄20，增力机构卸荷。竖直取出装置。

通过上述步骤，螺母被旋紧，并且螺栓螺纹间不受摩擦力矩，起到增大强度的作用。

综上所述，本发明使得旋紧螺栓时，螺栓不受摩擦力矩作用，预紧力能达到螺栓所能承受的极限拉力，使得螺栓的性能完全发挥出来；在旋松螺栓时，螺栓不受摩擦力矩作用，起到保护螺栓的作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。