高性能径向紧固连接螺栓的制作方法
【专利摘要】高性能径向紧固连接螺栓(或“胀套螺栓”)具有一对围绕螺栓杆的锥形套筒，张力载荷可被施加到螺栓杆上。挤压环或压缩环介于所述杆的一端的头部螺母或头部凸缘和内套筒的一端之间。张力载荷被施加到所述杆上，所述内套筒导致所述外套筒沿直径方向膨胀。达到预设载荷极限时，挤压环被挤压穿过所述头部螺母和所述挤压环之间的驱动活塞中的至少一个开孔，以允许杆相对于内套筒移动直到张力载荷被完全施加。替代性地，驱动构件被设置在所述头部螺母或头部凸缘和所述压缩环之间，并且达到预设极限时，所述压缩环允许所述杆相对于内套筒移动，直到张力载荷被完全施加。
【专利说明】高性能径向紧固连接螺栓
【技术领域】
[0001]本发明涉及高性能径向紧固连接螺栓。(这种螺栓还被称为“胀套螺栓”。)
[0002]本发明具体地涉及(但不限于)用以将工程零件牢固地固定到一起的高性能径向紧固连接螺栓。可能应用该螺栓的示例包括联接管线法兰、驱动连接、机械安装件和类似应用。
【背景技术】
[0003]注意:以下讨论仅利用背景信息并且不被认为是【技术领域】中的公知常识(commongeneral knowledge, CGK)的陈述。
[0004]当确定用于动力传动轴的驱动连接的规格时，工程师通过公式计算得到所需的螺栓的尺寸，该计算公式考虑以下因素，例如:(a)连接直径，(b)动力产生量(powerthroughput)，以及(c)用以预测螺栓尺寸、频率和张力载荷要求的材料。动力传输在理论上经由相对的连接表面之间的摩擦附着力而实现，但是通常还将考虑对剪切力的抵抗性，剪切力在工作期间可指向螺栓杆。在由于振动、滑移和/或缺乏螺栓拉力而可致使剪切力发生的情况下，连接螺栓孔对各自的螺栓杆的冲击通常破坏并扭曲这些部件，使得拆卸极其困难。可以看到，在所有的螺栓中，指定的螺栓拉力的应用和维持对于保持驱动连接的功效是至关重要的。还可以看到，可径向膨胀以填满由螺栓杆在驱动连接中和各自的螺栓孔之间的公差形成的任何空间的螺栓，将十分有助于限制连接表面的任何滑移。
[0005]近年，普遍实行的是采用具有这种性能的螺栓。在当前使用的类型中(通常被称为“径向紧固连接螺栓”)，螺栓部件被制造为在杆的中部具有增大的锥形部分，杆在每一端都具有螺纹部分。螺栓的锥形部段被容纳在形状互补的锥形套筒内，当锥形套筒穿过对准的螺栓孔而被布置在待夹紧的驱动连接部件中的适当位置时，通过将杆的锥形部分引入到锥形套筒中而使锥形套筒沿直径方向膨胀。这种沿直径方向的膨胀将响应于作用力而持续，直到套管完全将穿过连接部件的螺栓孔填满为止。
[0006]通常在这种螺栓中，杆的中部的锥形外表面和套筒的内表面必须被精密地加工并且可能要求表面被抛光。另外，“轨道”(track)可被加工在杆的中部的锥形表面中。内部锥体可变得被锁定在外部套筒的内部并且难以移除，从而需要以一定压力注射润滑油来喷射螺栓并且使得套筒能够被拆卸(collapse);并且随着套筒沿直径方向膨胀，覆盖“轨道”的部分不会膨胀到相同的程度。当由螺栓固定的部件被释放时，套筒可卡住杆的中部并且保持与部件中的所述对准的螺栓孔的较高的摩擦接合，从而需要例如通过按压而施加的相当大的力来从螺栓孔中释放螺栓。
[0007]这些已知的螺栓的制造商推荐:后部螺母被安装到螺栓杆一端的螺纹部分上(以接合连接部件中的一个)；张力载荷施加到螺栓杆的另一端；以及，当套筒的所需的膨胀达到时，杆的张紧的另一端于是可通过将螺母拧紧到该端上而被被锁定到位，该螺母接合连接部件中的第二个。
[0008]这种设计清楚地展现了其缺点:套筒的原始“设置”(setting)将通过附着摩擦力而将螺栓锁定到位。因此，当螺栓通过后部螺母被张紧到位时，非常小的施加张力载荷将移动经过杆的锥形部段来张紧其相反的一端并且锁定后部螺母。这可通过从该端部拧紧所述杆来补偿，但是这将具有减小引起套筒径向膨胀的“设置”力的效果。
【发明内容】
[0009]本发明的目标在于提供一种用于高性能径向紧固连接螺栓或高性能的胀套螺栓的设计，该设计克服或至少改善了现有技术的问题。
[0010]本发明的其它优选的目标将通过以下说明中清楚地呈现。
[0011]在一个方面，本发明在于一种高性能的径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件，用于将至少两个部件固定到一起，所述组件包括:
[0012]杆，所述杆具有位于第一端部部分和第二端部部分的之间的大致圆柱形的中心部分;
[0013]围绕所述杆的中心部分的至少一个部段的相应的内套筒和外套筒，所述内套筒和所述外套筒具有互补的相应的外部锥形接合面和内部锥形接合面；以及
[0014]介于所述内套筒的第一端部和驱动活塞之间的挤压环，所述挤压环位于所述杆的第一端部部分处或邻接所述杆的第一端部部分，所述驱动活塞具有至少一个朝所述挤压环敞开的轴向开孔；
[0015]被布置为使得，随着张力载荷被渐增地施加到所述杆的第二端部部分上，所述内套筒和所述外套筒之间的相对轴向运动将导致所述外套筒径向膨胀至与所述至少两个部件接合，直到达到预定极限，在所述预定极限处，所述挤压环将至少部分地挤压经过所述至少一个轴向开孔，从而允许所述杆相对于所述内套筒和所述外套筒以及所述至少两个部件移动。
[0016]在第二方面，本发明在于一种高性能径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件，用于将至少两个部件固定到一起，所述组件包括:
[0017]杆，所述杆具有位于第一端部部分和第二端部部分之间的大致圆柱形的中心部分;
[0018]围绕所述杆的中心部分的至少一个部段的相应的内套筒和外套筒，所述内套筒和所述外套筒具有互补的相应的外部锥形接合面和内部锥形接合面；以及
[0019]介于所述内套筒的第一端部和驱动构件之间的压缩环，所述压缩环位于所述杆的第一端部部分处或邻接所述杆的第一端部部分；
[0020]所述高性能的径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件被布置为:随着张力载荷被渐增地施加到所述杆的第二端部部分上，所述内套筒和所述外套筒之间的相对轴向运动将导致所述外套筒沿直径方向膨胀至与所述至少两个部件接合，直到达到预设极限；在所述预设极限处，所述压缩环将允许所述杆相对于所述内套筒和所述外套筒并且相对于所述至少两个部件移动。
[0021]优选地，随着所述张力载荷开始被施加到所述杆的第二端部上，所述压缩环将使所述内套筒相对于所述外套筒轴向地移动以使所述外套筒沿直径方向膨胀，同时允许所述杆相对于所述内套筒移动并且从而允许所述张力载荷沿所述杆的整个长度被施加。
[0022]优选地，所述第一端部部分形成有整体式头部凸缘；或所述第一端部部分具有螺纹，以接纳头部螺母；所述头部凸缘或所述头部螺母与所述部件中的一个部件的端部上的抵接面接合。
[0023]优选地，所述头部凸缘或所述头部螺母具有环形的环状部分，所述环状部分延伸至由一个部件中的螺栓孔和所述杆的第一端部部分限定的第一环形腔中，以接合所述头部构件的外部环形表面，所述头部构件的内表面接合所述内套筒的第一端部。
[0024]优选地，所述杆的第二端部部分具有螺纹或者被成型，以便被张紧设备可释放地接合，其中，所述张紧设备或所述第二端部部分上的张紧螺母能够与所述外套筒的外环形端面接合。
[0025]优选地，所述外套筒具有:形成所述环形外表面的外周凸缘，以及接合所述部件中的第二部件的环形内表面。
[0026]优选地，所述内套筒具有筒体，所述筒体具有用于在所述杆的中央部分上的可滑动运动的圆柱形开孔。优选地，所述筒体的第一端部处的外周凸缘被可滑动地容纳在所述部件中的第一部件中的螺栓孔内并且在被所述挤压环接合的一个端部处提供环形抵接面。
[0027]优选地，所述内套筒的外部锥形接合面和所述外套筒的内部锥形接合面以与所述螺栓组件的纵向轴线成较小的角度的方式倾斜。优选地，倾斜角可选地小于10° ;更可选地，小于7.5° ;最可选地在0.5° -5°的范围内。
[0028]优选地，所述内套筒和所述外套筒将由金属或合金制成，其中，至少所述外套筒具有较薄的壁厚，使得所述外套筒能够沿直径方向充分地膨胀以填充所述外套筒和所述至少两个部件中的对准的螺栓孔组之间的工作间隙，并使得所述螺栓组件在张紧之前能够被插入到其中。通常，所述工作间隙不超过0.5毫米、更可选地不超过0.3毫米。
[0029]优选地，油脂、石墨或其它适合的润滑剂在所述螺栓组件被组装之前被施加到所述锥形接合面中的至少一个上，以在所述螺栓组件被张紧和释放时促进所述内套筒和所述夕卜套筒之间的相对的轴向运动。
[0030]优选地，所述杆、所述驱动活塞、以及所述头部螺母和尾部螺母将由高强度钢制成。
[0031]优选地，所述外套筒具有筒体，所述筒体具有可滑动地容纳在所述部件中的第二部件的螺栓孔中的圆柱形外表面。
[0032]优选地，所述驱动活塞具有多个穿过所述驱动活塞的等间隔的轴向开孔。
[0033]优选地，所述挤压环由“可流动”材质制成。适合的材料包括橡胶(天然的和/或合成的)；聚合物，例如尼龙(商标)、聚乙稀、聚丙烯或类似物；“软”金属，例如铅、锡、销或其合金；“较硬”金属，例如青铜；或其它适合的“可流动”材料。
[0034]在第三方面，本发明在于一种将至少两个部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一组的对准的螺栓孔，所述方法包括以下步骤:
[0035](a)将具有所述挤压环的高性能径向紧固连接螺栓组件插入到一组对准的螺栓孔中，其中，所述头部凸缘或所述头部螺母具有内表面，所述内表面可选地与所述部件中的第一部件的端面间隔小的距离(以及可选地与容纳在所述第一部件的螺栓孔中的头部凸缘或头部螺母上的环形端部部分间隔小的距离)；
[0036](b)将张力载荷施加到所述杆的第二端部部分上，以将所述内套筒轴向地拉到所述外套筒中；其中:
[0037](c)所述内套筒上的外部锥形接合面与所述外套筒的内部锥形接合面之间的接合导致所述外套筒的圆柱形外表面沿直径方向膨胀至与所述部件中的一组螺栓孔接合；以及
[0038](d)随着张力载荷被进一步增加至超过预设极限，所述挤压环将被至少部分地挤压穿过所述驱动活塞中的所述至少一个轴向开孔，以允许所述杆相对于所述内套筒(并且从而相对于所述部件)移动，直到所述头部凸缘或所述头部螺母与所述部件的第一部件接合并且所需的张力载荷已被施加到所述杆上，从而将所述至少两个部件固定到一起。
[0039]在第四方面，本发明在于一种将至少两个部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一组的对准的螺栓孔，所述方法包括以下步骤:
[0040](a)将具有所述压缩环的高性能径向紧固连接螺栓组件插入到一组对准的螺栓孔中，其中，所述头部凸缘或所述头部螺母具有内表面，所述内表面可选地与所述部件中的第一部件的端面间隔小的距离(以及可选地与容纳在所述第一部件的螺栓孔中的头部凸缘或头部螺母上的环形端部部分间隔小的距离)；
[0041](b)将张力载荷施加到所述杆的第二端部部分上，以将所述内套筒轴向地拉到所述外套筒中；其中:
[0042](c)所述内套筒上的外部锥形接合面与所述外套筒的内部锥形接合面之间的接合导致所述外套筒的圆柱形外表面沿直径方向膨胀至与所述部件中的一组螺栓孔接合；以及
[0043](d)随着张力载荷被进一步增加至超过预设极限，所述压缩环将允许所述杆相对于所述内套筒和所述外套筒并且至少相对于所述部件移动。
[0044]优选地，在步骤(b)期间，所述压缩环将使所述内套筒相对于所述外套筒移动以使所述外套筒沿直径方向膨胀，同时允许所述杆相对于所述内套筒移动，并且从而允许所述张力载荷沿所述杆的整个长度被施加，以将所述至少两个部件固定到一起。
[0045]优选地，在步骤⑷之后，在另一步骤(e)中:在张紧设备从所述杆的第二端部部分释放之前，张紧螺母与所述杆的第二端部部分上的螺纹接合并且沿其可旋转地移动至与所述部件的第二部件张紧地接合。(在这一实施例中，所述张紧螺母在所述杆的第二端部部分与所述张紧设备之间的连接部的内部被接纳到所述杆的第二端部部分上。)
[0046]替代性地，在步骤(d)之后，在另一步骤(e)中:作为张紧设备操作并且接合所述部件中的第二部件的液压螺母通过接合锁定装置以及释放充油压力(charge pressure)而被正常地操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]为了使本发明能够被完全理解并且使技术人员能够实施本发明，现在将参考附图来描述一些优选的实施例，在附图中:
[0048]图1为两个驱动轴的法兰之间的连接组件的等轴侧视图，所述两个驱动轴采用了多个安装到本发明的第一实施例的相应连接螺栓上的液压螺母；
[0049]图2为连接组件的局部剖视的等轴侧视图；
[0050]图3为连接组件的剖视侧视图，其中，具有处于将张力载荷施加到螺栓杆之前的第一实施例连接螺栓；以及
[0051]图4为位于两个机械部件之间的连接组件的剖视侧视图，其中，具有处于将张力载荷施加到螺栓杆的第二实施例连接螺栓。
【具体实施方式】
[0052]技术人员将明白，下文将描述的本发明的实施例被设计成用于螺栓杆上的剪切载荷极大的应用场合。本发明的连接螺栓可被使用在驱动连接或用于传输极大的旋转载荷的其它装置；但是还适合用于例如大型机械(例如，船舶用的液体或气体燃料的发动机)的安装螺栓、用于建筑物的支柱或横梁或类似设施。
[0053]参考图1至3，驱动连接组件100将一对驱动轴101、102的各自的法兰7互相连接。
[0054]如将在下文更详细地描述的，连接组件100包含多个根据本发明的第一优选实施例的连接螺栓10，所述多个连接螺栓10以相等的角度间隔围绕法兰7设置，其中，连接螺栓10由各自的液压螺母8张紧。
[0055]图3示出了本发明的第一实施例，其中，每个高性能径向紧固连接螺栓(或胀套螺栓)10设置有液压螺母8，液压螺母8例如采用由Technofast Industries Pty Ltd，2/677 Boundary Road，Richlands，Queensland，Australia，under the Registered TradeMark “TECHNOFAST”制造并销售的类型。
[0056]连接螺栓10具有杆1，杆I具有居于螺纹的第一端部部分12和第二端部部分13之间的圆柱形中央部分11。
[0057]头部螺母5与杆I的第一端部部分12螺纹地接合，并且头部螺母5在其内表面上具有环形端部部分51。技术人员应当注意，头部螺母5上的环形端部部分51被容纳在由两个部件7中的第一部件的螺栓孔71和杆I限定的腔内。
[0058]内套筒3具有管状筒体31，筒体31具有圆柱形孔32以便可在杆I的中央部分11上滑动。在筒体31的邻接杆I的第一端部部分12的端部处，外周凸缘33可滑动地容纳在第一部件7中的螺栓孔71中，并且外周凸缘33在其外端处具有环形抵接面34。
[0059]内套筒3的筒体31具有外部锥形接合面35，其中，该面与杆I的纵向轴线所成的倾斜角在3°至5°的范围内。
[0060]外套筒2具有管状筒体21，筒体21具有圆柱形外表面22，圆柱形外表面22在螺栓组件10被张紧之前与第一部件和第二部件的螺栓孔71、72具有0.3毫米至0.5毫米的工作间隙。外周凸缘23在筒体21邻接第二端部部分13的端部处具有内部环形抵接面24，内部环形抵接面24可与第二部件7的抵接面接合，并且外套筒2的筒体21上的外部抵接面25可被液压螺母8的外部部分81接合，液压螺母8的内部部分82与杆I的第二端部部分13螺纹地接合。
[0061]外套筒2的筒体21具有内部锥形接合面26，内部锥形接合面26以与内套筒3的外部锥形接合面35相同的角度朝向杆I倾斜。
[0062]驱动活塞6具有环形塞体61，该环形塞体具有多个延伸穿过其的等间隔轴向开孔62。环形塞体61螺纹地安装在杆的邻接中央部分11端部的第一端部部分12上。
[0063]具有管状环体41的挤压环(extrus1n ring) 4被置于内套筒3上的环形抵接面34和驱动活塞6的内部环形抵接面63之间。环体41的内孔与杆I的中央部分12可滑动地接合；并且外表面与外套筒2的外表面22对齐。
[0064]螺栓组件10被组装并插入到对准的螺栓孔71和72中(如图3所示)。
[0065]技术人员应当注意，头部螺母5的内表面与第一部件7的抵接面间隔开并且内套筒3上的外周凸缘33与外套筒的筒体21的邻接(内部)端间隔开。
[0066]随着液压螺母8被装载，液压螺母8的内部部分82将沿箭头A的方向移动，从而导致头部螺母5上的环形端部部分51与驱动活塞6接合并且朝外套筒2推进驱动活塞6、挤压环4和内套筒3。内套筒2的外部锥形接合面34与外套筒2的相应的内部锥形接合面26之间的滑动接合，使得外套筒2在直径方向上膨胀并与部件7中的所述对准的螺栓孔71、72接合。
[0067]当所需的张力载荷已由液压螺母8施加到杆I上时，液压螺母8可与受压液压流体源隔离，以将液压螺母8锁定在该张力载荷下。
[0068]在预设张力载荷下，挤压环4的环体41的“可流动”物质将开始流动穿过驱动活塞6的塞体61中的轴向开孔62。这将限制内套筒3和外套筒2之间的任何的更进一步的相对运动；但是将允许驱动活塞6和头部螺母5继续沿箭头A的方向移动，直到头部螺母5的内表面接合第一部件7的抵接面并且所需的张力载荷沿杆I的长度被施加。
[0069]如果两个连接部件7待被分离开(例如，为了维护)，液压螺母8中的液压被释放，从而允许杆I沿与箭头A相反的方向移动，以解除螺栓组件10上的张力载荷。内套筒3将趋于沿与箭头A相反的方向移动，并减小外套筒2上的沿直径方向施加的力。头部螺母5从杆I的第一端部部分12释放，使得能够沿箭头A的方向按压杆I的第一端部部分12，以从部件7释放螺栓组件10。
[0070]在第二实施例中(未示出)，张紧(或尾部)螺母可被置于张紧设备(所述张紧设备连接到杆I的第二端部部分13上)和外套筒2之间。在这一实施例中，张紧设备将张力载荷施加到杆I上，导致内套筒3沿杆I的中央部分11轴向地移动，从而使外套筒2沿直径方向膨胀(如上所述)。
[0071]当所需的张力载荷已经被施加时，旋转张紧(或尾部)螺母使其沿与箭头A的方向相反的方向顺着第二端部部分13移动，直到张紧(或尾部)螺母接合外套筒2的外部抵接面26来保持杆I上的张力载荷为止。张紧设备(例如，液压千斤顶)随后可被移除。
[0072]在这一实施例中，为了使两个部件7能够被分离开，张紧设备被再次连接到杆I的第二端部部分13上，并且张力载荷被施加到杆I上，以使张紧(或尾部)螺母能够从其与外套筒2的接合处被可旋转地释放；以及张紧设备从杆I的第二端部部分13被释放。头部螺母5被从第一端部部分12释放，以使螺栓组件10能够被取出(如上所述)。
[0073]对技术人员来说是显而易见的是，如上所述的连接螺栓10可在部件7的处于摩擦接合的相对表面之间提供相当大的夹紧力并且能够经受并且甚至阻止与部件7的相对运动相反的极大的剪切力。
[0074]对挤压环6、外套筒2和内套筒3的材料和/或尺寸的选择将取决于螺栓组件10的预期应用。优选地，外套筒2将具有金属的或金属合金的较薄的壁，以在内套筒3随着杆I被张紧而被迫进入外套筒2中时使外套筒2能够沿直径方向膨胀。
[0075]用于制造挤压环4的材料可从聚合物/塑性材料，或金属/金属合金，或类似物的广泛范围中选择。如上所述，取决于挤压环4的环体41开始“流动”穿过驱动活塞6的本体61中的轴向开孔62处的张力载荷的预设极限，材料的范围可从尼龙、铅、合金到青铜，从而允许杆I继续相对于部件7移动，直到所需的张力载荷被施加到杆I上，该载荷沿杆I均勾分布O
[0076]图4示出了第二实施例的位于一对机械部件107 (具有以居间形式布置的间隔件S和垫片或密封件G)之间的连接组件，机械部件107采用本发明的第二实施例的连接螺栓IlOo
[0077]杆101、内套筒102和外套筒103以及头部螺母105大致与如上述所描述的相同，其中，附图标记Ixx对应于图1至3中的相同项目的附图标记XX。
[0078]第一实施例的驱动活塞6被驱动构件106取代，驱动构件106采用螺纹地接合在杆101上的锁紧螺母的形式，其中，驱动构件106的外表面161与头部螺母105的环形端部部分151间隔开。
[0079]第一实施例的挤压环4被压缩环104取代，压缩环104具有大致截头锥形的形状，(例如呈Belleville垫圈的形式)。
[0080]压缩环104的发散(divergent)的内表面141接合内套筒103的端部上的抵接面，而压缩环104的周缘外表面142接合驱动构件106的内表面162。
[0081]随着液压张紧器108施加张力载荷，压缩环104的发散的表面141接合内套筒103，以使内套筒103相对于外套筒102轴向地移动，从而导致外套筒102沿直径方向膨胀，同时允许杆101在内套筒103内移动并且使杆101沿其完整长度被张紧。杆101还可推动头部螺母105使其与邻接的部件107接合。这使得张力载荷能够沿杆101的长度被均匀地施加。压缩环104的发散的表面141可导致内套筒103沿直径方向膨胀，并使其与外套筒102接合。
[0082]当张力载荷达到预设极限、外套筒102和内套筒103完全接合时，压缩环104将允许杆I相对于外套筒102和内套筒103移动并且进而相对于两个部件107移动，从而确保螺栓110沿其整个长度被均匀张紧。
[0083]按照与图1至3的第一实施例相同的方式，杆101上的张力载荷可由液压千斤顶108保持；锁紧螺母可被接合并且液压千斤顶108可被移除；以及组件107可被分离开。
[0084]和挤压环4不同，假如未超出压缩环104的机械极限，压缩环104可被重复使用。
[0085]虽然仅示出了作为压缩环104的单个Belleville垫圈，但是也可设置两个或更多个的这种Belleville垫圈(或类似物)，以便为螺栓杆1、101提供相对于“锁定”套筒2、3和102、103的较大的轴向运动。
[0086]在两个实施例中，“预设极限”将对应于使外套筒2、102被膨胀成与部件7、107接合所需的力；而不是其它的极限(例如，杆相对于部件或相对于外套筒的轴向运动的距离)。
[0087]技术人员应明白，本发明对于连接螺栓提供的有利之处包括但不限于:
[0088]a)本连接螺栓被更易于制造和/或操作并且更具成本效益；
[0089]b)本连接螺栓提供了能够在单次动作中实现套筒设置和螺栓张紧的“一次拉紧”(one pull)螺栓设计的螺栓；以及
[0090]c)当张力被释放时，可更容易地移除螺栓。
[0091]在不偏离本发明的情况下，可对所述和所示的实施例做出多种变化和修改。
【权利要求】
1.一种高性能的径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件，用于将至少两个部件固定到一起，所述组件包括: 杆，所述杆具有居于第一端部部分和第二端部部分之间的大致圆柱形的中央部分； 围绕所述杆的中心部分的至少一个部段的相应的内套筒和外套筒，所述内套筒和所述外套筒具有互补的相应的外部锥形接合面和内部锥形接合面；以及 介于所述内套筒的第一端部和驱动活塞之间的挤压环，所述挤压环位于所述杆的第一端部部分处或邻接所述杆的第一端部部分，所述驱动活塞具有至少一个对所述挤压环敞开的轴向开孔； 所述高性能的径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件被布置为:随着张力载荷被渐增地施加到所述杆的第二端部部分上，所述内套筒和所述外套筒之间的相对轴向运动将导致所述外套筒沿直径方向膨胀至与所述至少两个部件接合，直到达到预设极限；在所述预设极限处，所述挤压环将被至少部分地挤压穿过所述至少一个轴向开孔，从而允许所述杆移动而不相对于所述至少两个部件移置所述外套筒。
2.根据权利要求1所述的组件，其中: 所述第一端部部分形成有整体式头部凸缘；或所述第一端部部分具有螺纹，以接纳头部螺母；所述头部凸缘或所述头部螺母与所述部件中的一个部件的端部上的抵接面接合。
3.根据权利要求2所述的组件，其中: 所述头部凸缘或所述头部螺母具有环形的环状部分，所述环状部分延伸至由一个部件中的螺栓孔和所述杆的第一端部部分限定的第一环形腔中，以接合所述头部构件的外部环形表面，所述头部构件的内表面接合所述内套筒的第一端部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中: 所述杆的第二端部部分具有螺纹或者被成型，以便被张紧设备可释放地接合，其中，所述张紧设备或所述第二端部部分上的张紧螺母能够与所述外套筒的外环形端面接合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中: 所述外套筒具有:形成所述环形外表面的外周凸缘，以及接合所述部件中的第二部件的环形内表面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其中: 所述内套筒具有筒体，所述筒体具有用于在所述杆的中央部分上的可滑动运动的圆柱形开孔；以及 可选地，所述筒体的第一端部处的外周凸缘被可滑动地容纳在所述部件中的第一部件中的螺栓孔内并且在被所述挤压环接合的一个端部处提供环形抵接面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组件，其中: 所述内套筒的外部锥形接合面和所述外套筒的内部锥形接合面以与所述螺栓组件的纵向轴线成较小的角度的方式倾斜；其中，倾斜角可选地小于10° ;更可选地，小于7.5° ;最可选地在0.5° -5°的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其中: 所述内套筒和所述外套筒将由金属或合金制成，其中，至少所述外套筒具有较薄的壁厚，使得所述外套筒能够沿直径方向充分地膨胀以填充所述外套筒和所述至少两个部件中的对准的螺栓孔组之间的工作间隙，并使得所述螺栓组件在张紧之前能够被插入到其中，可选地，所述工作间隙不超过0.5毫米、更可选地不超过0.3毫米。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组件，其中: 油脂、石墨或其它适合的润滑剂在所述螺栓组件被组装之前被施加到所述锥形接合面中的至少一个上，以在所述螺栓组件被张紧和释放时促进所述内套筒和所述外套筒之间的相对的轴向运动。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件，其中: 所述杆、所述驱动活塞、以及所述头部螺母和尾部螺母将由高强度钢制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，其中: 所述外套筒具有筒体，所述筒体具有可滑动地容纳在所述部件中的第二部件的螺栓孔中的圆柱形外表面。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的组件，其中: 所述驱动活塞具有多个穿过所述驱动活塞的等间隔的轴向开孔。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的组件，其中: 所述挤压环由“可流动”材质制成，例如:橡胶(天然的和/或合成的)；聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯或类似物；“软”金属，例如铅、锡、铝或其合金；“较硬”金属，例如青铜；或其它适合的“可流动”材料。
14.一种将至少两个部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一组对准的螺栓孔，所述方法包括以下步骤: (a)将根据权利要求1至13中任一项所述的高性能径向紧固连接螺栓组件插入到一组对准的螺栓孔中，其中，所述头部凸缘或所述头部螺母具有内表面，所述内表面可选地与所述部件中的第一部件的端面间隔小的距离(以及可选地与容纳在所述第一部件的螺栓孔中的头部凸缘或头部螺母上的环形端部部分间隔小的距离)； (b)将张力载荷施加到所述杆的第二端部部分上，以将所述内套筒轴向地拉到所述外套筒中；其中: (c)所述内套筒上的外部锥形接合面与所述外套筒的内部锥形接合面之间的接合导致所述外套筒的圆柱形外表面沿直径方向膨胀至与所述部件中的一组螺栓孔接合；以及 (d)随着张力载荷被进一步增加至超过预设极限，所述挤压环将被至少部分地挤压穿过所述驱动活塞中的所述至少一个轴向开孔，以允许所述杆相对于所述内套筒(并且从而相对于所述部件)移动，直到所述头部凸缘或所述头部螺母与所述部件的第一部件接合并且所需的张力载荷已被施加到所述杆上，从而将所述至少两个部件固定到一起。
15.根据权利要求14所述的方法，其中: 在步骤(d)之后，在另一步骤(e)中:在张紧设备从所述杆的第二端部部分释放之前，张紧螺母与所述杆的第二端部部分上的螺纹接合并且沿其可旋转地移动至与所述部件的第二部件张紧地接合，所述张紧螺母在所述杆的第二端部部分与所述张紧设备之间的连接部的内部被接纳到所述杆的第二端部部分上。
16.根据权利要求14所述的方法，其中: 在步骤(d)之后，在另一步骤(e)中:当达到所述外套筒的所需的膨胀和/或所述杆内的张力载荷时，使作为张紧设备运行并且接合所述部件的第二部件的液压螺母与液压流体源隔离。
17.—种高性能的径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件，用于将至少两个部件固定到一起，所述组件包括: 杆，所述杆具有居于第一端部部分和第二端部部分的之间的大致圆柱形的中央部分；围绕所述杆的中心部分的至少一个部段的相应的内套筒和外套筒，所述内套筒和所述外套筒具有互补的相应的外部锥形接合面和内部锥形接合面；以及 介于所述内套筒的第一端部和驱动构件之间的压缩环，所述压缩环位于所述杆的第一端部部分处或邻接所述杆的第一端部部分； 所述高性能的径向紧固连接螺栓组件或高性能的胀套螺栓组件被布置为:随着张力载荷被渐增地施加到所述杆的第二端部部分上，所述内套筒和所述外套筒之间的相对轴向运动将导致所述外套筒沿直径方向膨胀至与所述至少两个部件接合，直到达到预设极限；在所述预设极限处，所述压缩环将允许所述杆相对于所述内套筒和所述外套筒并且相对于所述至少两个部件移动。
18.根据权利要求17所述的组件，其中: 随着所述张力载荷开始被施加到所述杆的第二端部上，所述压缩环将使所述内套筒相对于所述外套筒轴向地移动以使所述外套筒沿直径方向膨胀，同时允许所述杆相对于所述内套筒移动并且从而允许所述张力载荷沿所述杆的整个长度被施加。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的组件，其中: 所述第一端部部分形成有整体式头部凸缘；或所述第一端部部分设置有螺纹，以接纳头部螺母；所述头部凸缘或所述头部螺母与所述部件中的一个部件的端部上的抵接面接入口 ο
20.根据权利要求19所述的组件，其中: 所述头部凸缘或所述头部螺母具有环形的环状部分，所述环状部分延伸至由一个部件中的螺栓孔和所述杆的第一端部部分限定的第一环形腔中，以可选地接合所述驱动构件的外部环形表面，所述驱动构件的内表面接合所述压缩环。
21.根据权利要求19所述的组件，其中: 所述驱动构件为螺纹地接合在所述杆上的螺母，其中，所述驱动构件的外部环形表面与所述头部凸缘或头部螺母的环形的环状部分间隔开，所述驱动构件的内表面接合膨胀环。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的组件，其中: 所述杆的第二端部部分具有螺纹或者被成型，以便被张紧设备可释放地接合，其中，所述张紧设备或所述第二端部部分上的张紧螺母能够与所述外套筒的外环形端面接合。
23.根据权利要求17-22中任一项所述的组件，其中: 所述外套筒具有形成所述环形外表面的外周凸缘，以及接合所述部件中的第二部件的环形内表面。
24.根据权利要求17-23中任一项所述的组件，其中: 所述内套筒具有筒体，所述筒体具有用于在所述杆的中央部分上的可滑动的圆柱形开孔；以及 可选地，所述筒体的第一端部处的外周凸缘被可滑动地容纳在所述部件中的第一部件中的螺栓孔内并且在被所述压缩环接合的一个端部处提供环形抵接面。
25.根据权利要求17-24中任一项所述的组件，其中: 所述压缩环为截头锥形的弹簧垫圈或Belleville弹簧垫圈，其中，所述压缩环具有接合所述内套筒的一个端部的发散的内表面以及接合所述驱动构件的内表面的外周缘表面。
26.根据权利要求17-25中任一项所述的组件，其中: 所述内套筒的外部锥形接合面和所述外套筒的内部锥形接合面以与所述螺栓组件的纵向轴线成较小的角度的方式倾斜；其中，倾斜角可选地小于10° ;更可选地，小于7.5° ;最可选地在0.5° -5°的范围内。
27.根据权利要求17-26中任一项所述的组件，其中: 所述内套筒和所述外套筒将由金属或合金制成，其中，至少所述外套筒具有较薄的壁厚，使得所述外套筒能够沿直径方向充分地膨胀以填充所述外套筒和所述至少两个部件中的对准的螺栓孔组之间的工作间隙，并使得所述螺栓组件在张紧之前能够被插入到其中，可选地，所述工作间隙不超过0.5毫米、更可选地不超过0.3毫米。
28.根据权利要求17-27中任一项所述的组件，其中: 油脂、石墨或其它适合的润滑剂在所述螺栓组件被组装之前被施加到所述锥形接合面中的至少一个上，以在所述螺栓组件被张紧和释放时促进所述内套筒和所述外套筒之间的相对的轴向运动。
29.根据权利要求17-28中任一项所述的组件，其中: 所述杆、所述驱动活塞、以及所述头部螺母和尾部螺母将由高强度钢制成；并且所述压缩环由弹簧钢制成。
30.根据权利要求17所述的组件，其中: 所述外套筒具有筒体，所述筒体具有可滑动地容纳在所述部件中的第二部件的螺栓孔中的圆柱形外表面。
31.—种将至少两个部件固定到一起的方法，所述部件具有至少一组对准的螺栓孔，所述方法包括以下步骤: (a)将根据权利要求17-30中任一项所述的高性能径向紧固连接螺栓组件插入到一组对准的螺栓孔中，其中，所述头部凸缘或所述头部螺母具有内表面，所述内表面可选地与所述部件中的第一部件的端面间隔小的距离(以及可选地与容纳在所述第一部件的螺栓孔中的头部凸缘或头部螺母上的环形端部部分间隔小的距离)； (b)将张力载荷施加到所述杆的第二端部部分上，以将所述内套筒轴向地拉到所述外套筒中；其中: (c)所述内套筒上的外部锥形接合面与所述外套筒的内部锥形接合面之间的接合导致所述外套筒的圆柱形外表面沿直径方向膨胀至与所述部件中的一组螺栓孔接合；以及 (d)随着张力载荷被进一步增加至超过预设极限，所述压缩环将允许所述杆相对于所述内套筒和所述外套筒并且至少相对于所述部件移动。 31.根据权利要求30所述的方法，其中: 在步骤(b)期间，所述压缩环将使所述内套筒相对于所述外套筒移动以使所述外套筒沿直径方向膨胀，同时允许所述杆相对于所述内套筒移动，并且从而允许所述张力载荷沿所述杆的整个长度被施加，以将所述至少两个部件固定到一起。
32.根据权利要求30所述的方法，其中: 在步骤(d)之后，在另一步骤(e)中:在张紧设备从所述杆的第二端部部分释放之前，张紧螺母与所述杆的第二端部部分上的螺纹接合并且沿其可旋转地移动至与所述部件的第二部件张紧地接合，所述张紧螺母在所述杆的第二端部部分与所述张紧设备之间的连接部的内部被接纳到所述杆的第二端部部分上。
33.根据权利要求30所述的方法，其中: 在步骤(d)之后，在另一步骤(e)中:当达到所述外套筒的所需的膨胀和/或所述杆内的张力时，使作为张紧设备运行并且接合所述部件的第二部件的液压螺母与液压流体源隔离。
【文档编号】F16B7/04GK104471256SQ201380023190
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2012年3月6日
【发明者】J·W·巴克内尔 申请人:泰克努法斯特工业有限公司