一种防松动铆接螺栓及相应的铆接工具的制作方法

1.本发明涉及螺纹紧固件连接技术领域，具体是一种铆接螺栓的结构及相应的铆接使用的工具。


背景技术：

2.紧固件是使用场合最广泛的机械零部件，涉及机械、化工、石油、建筑、交通、桥梁、汽车、船舶、航天航空、军事国防几乎无处不在没有领域不使用。
3.所谓紧固件是将两个或两个以上的零件(或构件)紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称，市场上也称为标准件。最常用的是螺栓连接结构，螺栓由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。这种连接形式称螺栓连接，当需要将两个零件分开时，把螺母从螺栓上旋下就可以使这两个零件方便地分开。
4.此方式是最传统，使用最多的结构。但是，在长期悠久的使用历史中，在某些场合使用人感到不满意，由于螺栓的螺杆上是开设螺纹的，紧固使用时间长后会出现螺母沿螺纹旋向有自然松动现象发生，由此产生了垫片、弹簧垫片，的确有些改善，可以适当抵抗、减轻减弱振动引起的松动。
5.在有些紧固的场合，在紧固以后是不需要旋松分开的，是一次性、永固性地紧固，比如建筑物的装配、桥梁的建设，希望接合、緊固得越緊密、越牢固越好，而且不需要拆卸、分開，由此人们发明了一种铆接连接的方式,最多的结构是铆钉。但是，传统铆钉的预加载荷比较低，并且一组铆钉的预载荷离散大，不能满足钢结构摩擦型连接的要求。
6.为了克服传统铆钉的不足，人们想到了铆接螺栓连接方式，螺栓穿入待紧固连接带有通孔的两零件后外露一段，将一金属锁环套上，外周用挤压力方式将金属锁环挤压变形，金属锁环的内壁与螺栓的纹路相互镶嵌形成内纹路，保证了锁环和螺栓咬紧在一起紧密紧固不脱落。金属锁环的内壁冷作变形，由于金属材料冷作硬化的特点，纹路的硬度强度明显提高，起到了很好的咬合作用，有很强的紧固力。但是，通常的螺纹连接，久而久之都会产生不同程度的松动，这种铆接方式给人们开启了新思路，既然是后期套置、挤压、变形构成的，那么完全可以将螺栓的缺点改正，螺栓上不开设螺旋纹，设计时开设一圈圈相继排列凹凸的环槽，这样的形状结构，可以有效避免螺纹连接因震动而产生松动、进而使连接失效。
7.然而人们对产品的要求追求是无止境的，在原来的基础上还想进一步提高改进提升。
8.据分析，环槽形状的铆钉的有效截面积是按照环槽的最小直径计算的，它比相同直径的螺栓公称截面积小，所以，其最小拉力载荷也小。
9.铆接螺栓的螺栓在穿入被紧固件通孔后，另一侧套上锁环进行铆接(铆接后锁环相当于螺母)，所用的铆接工具是两个呈圆筒状轴向可以相互滑动的部件组成，内圆筒拉住螺栓伸出端往外拉，外圆筒抵压住锁环的端部，在液压系统的驱动下相对移动,挤压锁环的
外圆筒,把锁环内壁的材料挤压压入螺栓的螺纹槽中,形成阴环槽，类似一个螺母与螺栓上的阳环槽咬合一起紧固。
10.为了拉拽螺栓的一端，现有技术铆接螺栓的螺栓端头必须有一截直径缩小阳环槽的短尾，以便铆接工具内圆筒的端部内壁也有一段直径相一致的阴环槽配合可以往外拉拽。此直径缩小的原因是，为了在内圆筒端部要抓卡螺栓端头的环槽设置成三爪弹簧夹头机构，在夹持时张开三爪弹簧夹头，然后再合拢，合拢后此机构又必须容纳于外圆筒内，不影响相互之间轴向推移，因此不得不缩小螺栓端部的直径，然而此缩小带来很大弊端，大大减小了整个螺栓的最小拉力载荷,也就是使得螺栓铆接后的预紧力降低，处于国家标准规定值的下限附近,这种状态会降低安装后螺栓连接副抗疲劳能力,理论和实践证明,铆接时螺栓受到的拉力越大,铆接后锁环锁住的夹紧力也越大,这不但提高了安装后抗疲劳能力,同时也提高了结构的稳定性。螺栓所能承受的拉力取决于螺栓螺杆的直径，而且决定于最小直径，由于铆接工具的结构原因，使得铆接螺栓不得不采取如此结构，不能发挥出同样直径螺杆的拉力，还能给予更大的挤压力，不能充分发挥其紧固力，这也是一个很沉重的损失和代价。
11.铆接螺栓的连接方式已经推出数十年了，有业内人士说自二战以来约八十年未有任何改进改变，本领域的技术人员在煎熬着，左右为难中，选择环槽安装时轴向不施力减弱紧固密接度，选择螺纹则有松动风险和隐患。有时不得不加大体积和重量，或者采用其它方式，当然也带来其它不良后果。再者，在有些场合，比如大型的立交桥，铁轨，高架桥梁，航空航天飞行运载器具，稍有细微、些许提高改进，其技术价值、经济价值、科技价值，社会价值，市场价值将无可度量，人们徘徊了数十年，多么盼望能有解决和提高的办法、举措，能有实现相应铆接螺栓的铆接使用工具。


技术实现要素：

12.本发明目的，拟提供一种既能有强的抗拉强度，又能防止时间推移，日久由振动或自然因素产生松动的铆接螺栓连接结构及其铆接使用的工具。
13.本发明的目的由以下技术方案实现：
14.一种防松动铆接螺栓，
15.供紧固连接的两件或两件以上工件开设通孔，螺栓从一侧穿入通孔，螺栓头的紧固面抵住通孔一侧的外壁，其特征在于：
16.螺栓的螺栓杆伸出于另一侧外壁，所述螺栓的螺栓杆全部长度的直径一致；
17.在所述螺栓杆伸出端与铆接锁环咬合的一段长度中具有相反两旋向的螺纹段；
18.呈底部向外翻起的锁环套置于所述螺栓杆伸出端，底面紧贴另一侧外壁，经铆接工具挤压变形、成形咬合在所述螺栓杆的螺纹上，紧固在另一侧外壁。
19.采用本技术方案铆接后，锁环的材料同时被挤压进左旋螺纹、右旋螺纹的螺纹槽中，使得锁环与螺栓紧密结合在一起，相互之间不能产生位移。
20.本领域的技术人员，众所周知，当锁环咬合的一段长度中具有相反两旋向的螺纹段，由螺纹方向引起的受力及分解力的方向恰好相反，因此不可能再发生铆接使用后产生随时时间推移，日积月累的松动问题。
21.本技术方案，在螺栓杆的端头不存在直径缩小的一段，因此不存在铆接中顾忌轴
向减弱承受拉力负载的问题，可以加大铆接的挤压力，带来连带的好处。
22.进一步：所述螺栓杆伸出端与铆接锁环咬合的一段长度中具有相同长度相反两旋向的螺纹段。
23.进一步：所述螺栓杆伸出端两旋向相反螺纹之间具有直径不小于制作螺纹坯径的过渡区。
24.再进一步：过渡区在螺栓杆轴向宽度小于等于一个螺距。
25.进一步：所述锁环的内径大于等于所述螺栓杆外径。
26.一种用于铆接如上述技术方案所述防松动铆接螺栓的铆接工具，所述铆接工具由外圆筒的挤压模具和内圆筒的拉力套筒由液压动力迫使相互轴向挤压移动构成，所述挤压模具端部内壁与所述底部向外翻起的锁环形状相符，所述拉力套筒端部内壁开设与所述螺栓杆伸出端最外一段的螺纹旋向及公称参数相同，可旋转运动，且随着旋转与螺纹吻合形成轴向移动。
27.采用本技术方案，在上述防松动铆接螺栓的结构基础上，供紧固连接的两件或两件以上工件开设通孔，螺栓从一侧穿入通孔，螺栓头的紧固面抵住通孔一侧的外壁，螺栓的螺栓杆伸出于另一侧外壁，所述螺栓杆全部长度的直径一致；含法兰的锁环套置于所述螺栓杆伸出端，法兰面紧贴另一侧外壁。
28.本发明一种防松动铆接螺栓的铆接工具前端套上去，所述拉力套筒旋转，前端内壁的螺纹与所述螺栓杆伸出端上的螺纹咬合连接，此时启动液压动力将挤压模具往前推移，与拉力套筒形成轴向相对挤压移动，挤压模具前端部内壁与所述含法兰的锁环形状相匹配，通过挤压锁环的外圆筒，把锁环内壁的材料挤压压入螺栓的螺纹槽中，形成相应的螺纹，类似一个螺母与螺栓上的咬合一起紧固，但是是一种具有双向螺纹，不破坏永远无法松动的螺母。
29.进一步：所述拉力套筒由电机驱动旋转。
30.本技术方案的优越性和有益效果。
31.由于“螺栓杆伸出端与铆接锁环咬合的一段长度中具有相反两旋向的螺纹段”，公知常识推知，理论上可以达到永不松动。
[0032]“螺栓杆的端头不存在直径缩小的一段，因此不存在铆接中顾忌轴向减弱承受拉力负载的问题，可以加大铆接的挤压力”，此结构带来的技术优越性也非同小可。由此：
[0033]
同样形状、质量、重量的铆接螺栓可以提供更大的抗拉负载，对于航空、航天、高架桥梁等使用量大，又十分计较重量的场合价值非常精贵。
[0034]
在需要同样的抗拉、紧固力的条件下，可以减小尺寸，减少材料用量，减轻铆接螺栓重量也是很宝贵的，降低成本，在任何场合都是具有竞争优势的。
[0035]
载人飞船重量减少一公斤可节省十万美金，而在制作中大量使用紧固件，因此本结构的改变，重量减轻，紧固力增强，其意义十分重大。
[0036]
专利的价值在于其的市场价值，推广应用价值，对于本专利，使用场合广泛，创造性、贡献很大。
[0037]
虽然是一种结构很小的变化，但是效果重要显著，意义特别重大，用螺纹方式铆接螺栓的结构已经问世推出数十年，但是本专业永远停留在初始的结构形式，历经如此漫长时间才出现的专利，可见来之不易，绝非显而易见，符合专利创造性的特点。
[0038]
铆接工具不需要现有技术的三爪弹簧夹头，结构变简单，成本低，使用方便，故障少，易推广，完全达到铆接“螺栓杆全部长度的直径一致，在所述螺栓杆上与铆接锁环咬合一段长度中具有相反两旋向的螺纹段防松动铆接螺栓副”的功能。
附图说明
[0039]
图1为本发明防松动铆接螺栓，螺栓杆及锁环脱开状态的结构示图；
[0040]
图2为本发明防松动铆接螺栓，螺栓杆及锁环旋接状态，并附加铆接工具的结构图；
[0041]
图3为在图2基础上，挤压模具旋接螺栓杆伸出端，轴向向外拉移，锁环被挤压的状态图；
[0042]
图4为现有技术，铆接螺栓的螺栓端头一截直径缩的短尾钉结构图；
[0043]
图5为现有技术铆接螺栓短尾钉，铆接工具三爪弹簧夹头呈张开状态的结构示意图；
[0044]
图6为现有技术铆接螺栓短尾钉，铆接工具三爪弹簧夹头合拢，挤压锁环状态的结构示意图。
[0045]
图中，1是螺栓杆、12是过渡区、11是一向螺纹、13是另一向螺纹、2 是锁环、3是工件、4是拉力套筒、5是挤压模具。
具体实施方式
[0046]
以下结合附图进一步详细说明本发明的结构。
[0047]
一种防松动铆接螺栓，
[0048]
供紧固连接的两件或两件以上工件3开设通孔，螺栓从一侧穿入通孔，螺栓头的紧固面抵住通孔一侧的外壁，其特征在于：
[0049]
螺栓的螺栓杆1伸出于另一侧外壁，所述螺栓杆1全部长度的直径一致；
[0050]
含法兰的锁环2套置于所述螺栓杆1伸出端，法兰面紧贴另一侧外壁，经铆接工具挤压变形、成形咬合在所述螺杆1的螺纹上，紧压在另一侧外壁；
[0051]
在所述螺栓杆1伸出端与铆接锁环2咬合的一段长度中具有相反两旋向的螺纹段11、13；比较好的效果是两段长度相同或相近，受到接近的拉力负载，有利螺杆的使用寿命。
[0052]
所述螺栓杆1伸出端两旋向相反螺纹之间具有直径不小于制作螺纹坯径的过渡区12，且轴向宽度小于等于一个螺距。两旋向相反螺纹之间一定具有过渡区12，按此要求制作和使用都方便，有利。
[0053]
所述锁环2的内径大于等于所述螺栓1外径，在铆接过程中，锁环2要在螺栓1外表移动、滑动，因此有此技术要求，对于10毫米左右直径的螺栓，大于的间隙约0.2—0.4毫米。即使对应所述突起物21，也需要能顺利旋转轴向进入连接。
[0054]
一种用于所述防松动铆接螺栓的铆接工具，所述铆接工具由外圆筒的挤压模具5和内圆筒的拉力套筒4由液压动力迫使相互轴向移动构成，所述挤压模具5端部内壁与所述含法兰的锁环2形状相符，所述拉力套筒4端部内壁开设与所述螺栓杆伸出端外侧一段的螺纹旋向及公称参数相同，可旋转连接，且随着拉力套筒4轴向移动。
[0055]
所述拉力套筒4由电机驱动旋转。便于拉力套筒旋转与所述螺栓杆伸出端外侧一
段螺纹连接，提供随着拉力套筒4轴向移动时的同步移动，产生与挤压模具5相反的相对挤压移动。其实所述拉力套筒4可以用手来旋转，但是作为专用工具，便利性出发，采用电机驱动更简捷。
[0056]
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种防松动铆接螺栓，供紧固连接的两件或两件以上工件(3)开设通孔，螺栓从一侧穿入通孔，螺栓头的紧固面抵住通孔一侧的外壁，其特征在于：螺栓的螺栓杆(1)伸出于另一侧外壁，所述螺栓杆(1)全部长度的直径一致；含法兰的锁环(2)套置于所述螺栓杆(1)伸出端，法兰面紧贴另一侧外壁，经铆接工具挤压变形、成形咬合在所述螺杆(1)的螺纹上，紧压在另一侧外壁；在所述螺栓杆(1)伸出端与铆接锁环(2)咬合的一段长度中具有相反两旋向的螺纹段(11、13)。2.根据权利要求1所述防松动铆接螺栓，其特征在于：所述螺栓杆(1)伸出端与铆接锁环(2)咬合的一段长度中具有相同长度、相反两旋向的螺纹段(11、13)。3.根据权利要求1所述防松动铆接螺栓，其特征在于：所述螺栓杆(1)伸出端两旋向相反螺纹之间具有直径不小于制作螺纹坯径的过渡区(12)，且轴向宽度小于等于一个螺距。4.根据权利要求1所述防松动铆接螺栓，其特征在于：所述锁环的内径大于等于所述螺栓(1)外径。5.一种用于铆接如权利要求1所述防松动铆接螺栓的铆接工具，其特征在于：所述铆接工具由外圆筒的挤压模具(5)和内圆筒的拉力套筒(4)由液压动力驱使相互轴向移动构成，所述挤压模具(5)前端部内壁与所述含法兰的锁环(2)形状相匹配，所述拉力套筒(4)前端内壁开设与所述螺栓杆伸出端外侧一段的螺纹旋向及公称参数相同，可旋转连接，且随着拉力套筒(4)轴向移动。6.根据权利要求5所述铆接工具，其特征在于，所述拉力套筒(4)由电机驱动旋转。

技术总结
本发明涉及螺纹紧固件连接技术领域，一种防松动铆接螺栓，螺栓的螺栓杆全部长度的直径一致；在螺栓杆伸出端与铆接锁环咬合的一段长度中具有相反两旋向的螺纹段。铆接螺栓的铆接工具，由外圆筒的挤压模具和内圆筒的拉力套筒由液压动力驱使相互轴向移动构成，所述挤压模具前端部内壁与所述含法兰的锁环形状相匹配，所述拉力套筒前端内壁开设与所述螺栓杆伸出端外侧一段的螺纹相同。理论上可以达到永不松动。可以加大铆接的挤压力，同样形状、质量、重量的铆接螺栓可以提供更大的抗拉负载，可以减小尺寸，减少材料用量，减轻铆接螺栓重量，降低成本。铆接工具不需要现有技术的三爪弹簧夹头，结构变简单，成本低，使用方便，故障少，易推广。广。广。


技术研发人员：殷春阳 贺贤娟 陈纪平 王光泰
受保护的技术使用者：上海泛胜紧固技术有限公司 上海沃顿实业有限公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/8