用于高强度螺栓的紧固钢圈及其使用方法与流程

本发明涉及一种用于高强度螺栓的紧固钢圈及其使用方法，属于特种紧固件，适用于铁路行业、轨道交通装备领域，以及更广泛的工业领域。

背景技术：

随着高速铁路建设的飞速发展，中国轨道交通行业的步入高速车道。轨道交通装备上采用了大量螺栓、螺母、螺钉等螺纹紧固件，轨道交通装备的服役特点所决定的其工作环境复杂、工况恶劣，对连接紧固件的抗振、抗冲击、防松退要求较高，尤其是高速、重载铁路装备所用的高强度螺栓；大型装备采用高强度紧固件的目的也是为了通过提高预紧力来提高自身的紧固性能，而目前尚未有针对高强度螺栓专业发明的紧固圈，来满足高强度螺栓极高的紧固需求。发明一种高强度螺栓专用的紧固钢圈，保证轨道交通装备的运行安全，意义重大。

目前轨道交通装备上采用的防松元件种类较多，大多数防松措施沿用了几年甚至几十年，技术落后，鱼龙混杂、良莠不齐；高强度螺栓大多负责连接着重要、关键、以及安全系数要求较高的装置、装备，发明一种专用于防止高强度螺栓紧固的钢圈，确保轨道交通装备运用安全，十分必要。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种用于高强度螺栓的紧固钢圈及其使用方法，通过本发明，可使高强度螺栓连接的连接件、被连接件等具备更高的连接可靠性、更高的安全保障性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高强度螺栓的紧固钢圈，所述紧固钢圈外形呈圆环片状，中间设置有圆形通孔，在所述紧固钢圈的两个端面均布有形状和尺寸相同的楔形齿，两个端面的楔形齿的夹角为3°～30°。

本发明还提供了一种用于高强度螺栓的紧固钢圈的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、将两个外形尺寸完全相同的紧固钢圈的楔形齿相互契合配对，形成紧固钢圈双联组合，并在两个紧固钢圈之间加入干性润滑剂；

步骤二、将紧固钢圈双联组合放置在连接件上，通过高强度螺栓依次连接紧固钢圈双联组合、连接件和被连接件；

步骤三、对高强度螺栓预紧，使紧固钢圈双联组合上端的楔形齿楔入高强度螺栓的压紧面中，同时，使紧固钢圈双联组合下端的楔形齿楔入至连接件的被压紧面中。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明提供了一种高强度螺栓专用楔齿式紧固钢圈及其双联组合，具备针对性强、专用性强、可靠性高等特点，专业适用于高强度螺栓在振动、冲击、疲劳、交变载荷等恶劣工况下的连接作业。本发明设计简约、结构简单、使用过程简易化，对提升目前轨道交通装备高标准、高要求的连接紧固综合性能具有重要的意义。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的轴侧立体图。

图4为本发明组合的主视图。

图5为图4的轴侧分解图。

图6为图4的局部放大图。

图7为本发明双联组合的装配示例。

图8为图7的紧固(右旋)方法。

图9为经图8所示方法紧固后的紧固钢圈双联组合状态。

图10为图7的松退趋势示意。

图11为经图10出现松退趋势的紧固钢圈双联组合状态。

具体实施方式

一种用于高强度螺栓的紧固钢圈，外形如图1、图2所示，紧固钢圈为圆环、片状，内径d的范围为ф5mm～ф64mm，外径d范围为ф10mm～ф250mm，紧固钢圈厚度h为1mm～20mm。两端面楔齿的夹角a为3°～30°。图3是紧固钢圈的立体图，也可直观看出紧固钢圈端面设置有楔形齿(或棘形齿)。

本发明设计的高强度螺栓专用楔齿式紧固钢圈及其双联组合，紧固钢圈的材质为钢或者合金(如钛合金)，可以选择机械强度高、硬度高的钢板或钢带制成，也可是经压制工艺，再进行热处理工艺使紧固钢圈的机械强度、表面硬度得以进一步提高与强化。

如图4、图5所示，紧固钢圈组合中，相互配合的紧固钢圈1与紧固钢圈2外形尺寸均相同，两紧固钢圈的材质可不同(也可相同，则紧固钢圈1与紧固钢圈2完全相同)，两件紧固钢圈配对形成紧固钢圈双联组合，联合使用。

如图4、图6所示的紧固钢圈双联组合，紧固钢圈1的楔齿11与紧固钢圈2的楔齿21相互契合，通过在螺栓安装紧固时的轴向预紧力、以及两紧固钢圈之间应加入的少量干性润滑材料(如二硫化钼)，使紧固钢圈双联组合紧紧贴合，楔齿严密咬合。

如图7所示的紧固钢圈双联组合应用于螺栓连接的紧固示例，高强度螺栓6将连接件4安装至被连接件5上；由于螺纹连接的安装拆卸可逆性易导致螺栓松动，尤其是高强度螺栓处于动态环境，振动、冲击工况中。通过专用的紧固钢圈双联组合3，在螺栓紧固的过程中，可使紧固钢圈双联组合3的高强度、高硬度的楔形齿31楔入螺栓6的压紧面61中，同时，紧固钢圈双联组合3的高强度、高硬度的楔形齿32在预紧力的作用下也将楔入至连接件4的被压紧面42之中，使整个连接系统形成了双楔入的整体紧固效果。

图8所示，为本发明双联组合的使用示例，如采用右旋的高强度螺栓6，可将紧固钢圈双联组合3置于螺栓6与连接件4之间，自上向下观察，螺栓紧固方向应为顺时针方向。当螺栓的安装扭矩达到规定扭矩时，预紧力达到最大值，紧固钢圈双联组合3的整体高度h1可达到最小值，如图9所示。

如图7所示的整个连接系统，由于紧固钢圈双联组合3中的紧固钢圈1楔入至螺栓6中，二者相对固定、无相对移动(转动)，紧固钢圈双联组合3中的紧固钢圈2楔入至连接件4中，二者也相对固定、无相对移动(转动)，而又由于紧固钢圈1与紧固钢圈2之间设置了干性润滑剂(如二硫化钼)，减小了紧固钢圈1与紧固钢圈2的相对摩擦力，当连接系统出现松动趋势时，如图10所示，整个系统只有紧固钢圈1与紧固钢圈2之间存在相对移动(转动)的可能；松动所导致的两紧固钢圈之间的相对移动，在楔形齿结构的作用下使紧固钢圈双联组合3的整体高度增加至h2(h2>h1)，如图11所示；而上述相对移动(转动)的过程正是增加高强度螺栓6的预紧力的过程，预紧力的增加也恰好是抑制两紧固钢圈相对移动(转动)、防止松退(反松退)的过程；紧固钢圈及其双联组合在整个紧固系统中所主导的防止松退(反松退)过程，正是本发明的独特设计，而本发明的创新也是防止螺栓以及连接系统的松退、松脱的有效实施。

本发明专用于高强度螺栓的紧固，利用高强度螺栓的高预紧力(较普通螺栓2倍的预紧力)，可最大程度地发挥本发明紧固钢圈的防松效果。

本发明的工作原理为：

1、本发明为特种紧固件以及其组合，此紧固钢圈材质为钢，强度高、硬度高；紧固钢圈外形呈圆环状，紧固钢圈两端面设置有楔齿，该紧固钢圈通常为双联(两件)预组装为一整体组合部件，相互配合使用；相互配合的紧固钢圈组合利用自身结构特点，配合螺纹紧固件的安装、防止松退；本发明专用于高强度螺栓(性能等级为8.8级以上的螺纹紧固件)的紧固，以确保螺纹紧固件的连接可靠性。

2、本发明为特种紧固件，专用于高强度螺栓安装的特种紧固钢圈，此紧固钢圈材质为机械强度高、硬度高的钢材，但不限于钢的高强度、高硬度合金(如钛合金)材质。

3、紧固钢圈外形呈圆环片状，中间设置有圆形通孔，紧固钢圈两端面均设置有楔形齿(或棘形齿)。

4、该紧固钢圈通常为双联(两件)预组装为一整体组合部件，相互配合使用，但不排除四件或更多偶数件组合使用；此外，相配合的两紧固钢圈之间存有少量干性润滑材料(如二硫化钼)等。

5、相互配合的紧固钢圈组合利用自身结构特点，配合螺纹紧固件的安装，本发明针对高强度的螺栓紧固件，利用自身独特设计的全新结构形式，以及两件相同零件的创意配合，专用于性能等级在8.8级及以上的、预紧力较普通螺栓至少高出一倍的螺栓的安装，防止螺栓在服役过程中的松退、松脱，确保螺纹紧固件对连接件的连接可靠性，进一步确保螺纹紧固装置的整体安全性。