CN113007203A - 一种变形展开式分体单边螺栓紧固件及其安装工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，用于通过安装孔固定连接件，包括螺栓、展开式分体垫片、弹性圈、套筒、平垫片和螺母，所述的展开式分体垫片包括多个结构尺寸相同的垫片单体，多个垫片单体沿周向依次排列围成圆整的展开式分体垫片，所述的弹性圈套设于展开式分体垫片的外周面上，一种用于变形展开式分体单边螺栓紧固件的安装工具，包括螺纹头、引导部和直导杆，所述的引导部为圆台状，固定设置于直导杆的端部，形成喇叭状，所述的螺纹头设置于引导部的端面，与螺栓尾部螺纹相互适配。与现有技术相比，本发明具有力学性能高、可靠性强等优点。

Description

一种变形展开式分体单边螺栓紧固件及其安装工具

技术领域

本发明涉及土木建筑工程、交通桥梁、港口与机械等行业中单边螺栓紧固技术领域，尤其是涉及一种变形展开式分体单边螺栓紧固件及其安装工具。

背景技术

在当前的土木工程中，结构件的安装需求很大，就常用的螺栓而言，在连接和拧紧构件时，工人需要同时在构件的两侧工作，即一边用螺母插入螺栓，另一边用工具拧紧螺母，这种连接紧固方法结构简单，操作方便，承载力好，但只适用于开口构件。在某些特殊场合，如封闭截面构件或不便于另一侧操作的构件的连接紧固时，不能采用这种常见的螺栓螺母连接紧固方法。例如：在钢管结构和钢管混凝土结构中，由于钢管柱是一个封闭截面，不能在两侧操作，只能在一侧连接安装，所以这种常见的螺栓螺母连接紧固方法不能用于紧固安装。目前国内市场上还没有相应的单边螺栓产品，已公布的专利往往对螺栓杆的弱化过大，导致机械性能不理想，或安装不方便；国外市场也有类似产品，但现有的上述专利或产品在安装阶段难以对螺栓施加较大的预紧力，形成摩擦螺栓连接接头，螺栓的综合承载力不高，抗震性能不理想，因此在建筑结构抗震设计中的应用受到限制。此外，国外同类产品价格昂贵，难以在我国广泛应用。

专利号为2016107769235的中国专利发明了一种分体嵌套式锥度螺栓紧固件，它可以很好解决连接件单侧安装工作。但由于该发明的特殊的结构设计，存在综合力学性能不足、可靠性不高的问题，难以在高强度紧固要求的工况下使用。

专利号为201810684451X的中国专利发明了一种分段式单边螺栓紧固件，该发明应用分段式螺栓，通过螺栓头分段螺柱以及螺栓尾分段螺柱进行安装。该发明能够实现在连接件空间狭小的场合进行安装，但在安装过程中存在分体式垫片穿越安装孔后对中性差问题，并且该发明螺杆内部设有连接螺纹，大大削弱了该螺栓的综合力学性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种力学性能高、可靠性强的变形展开式分体单边螺栓紧固件及其安装工具。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，用于通过安装孔固定连接件，包括螺栓、展开式分体垫片、弹性圈、套筒、平垫片和螺母，所述的展开式分体垫片包括多个结构尺寸相同的垫片单体，多个垫片单体沿周向依次排列围成圆整的展开式分体垫片，所述的弹性圈套设于展开式分体垫片的外周面上；

所述的展开式分体垫片能够在圆整形态和展开形态之间转换，当分体垫片处于圆整形态时，各相邻垫片单体相互接触，所述的弹性圈固定各垫片单体，所述的分体垫片的外径等于螺栓头部的直径，当分体垫片处于展开形态时，各垫片单体沿径向相互远离，所述的弹性圈扩张提供张紧力，所述的分体垫片的外径大于安装孔的直径；

所述的分体垫片在安装前处于圆整形态，与螺栓共同穿过安装孔，所述的分体式垫片在安装完成后处于展开形态，套设于螺栓的杆部上，且设置于连接件和螺栓的头部之间。

进一步地，所述的各垫片单体安装前通过套在其外周面上的弹性圈固定成相互接触的圆整形态，安装过程中各垫片单体既能在安装工具轴向拉力作用下沿径向展开，又能在弹性圈所提供的张紧力作用下保持整体而不散开。

进一步地，所述的垫片单体的外周面上开设凹槽，围成展开式分体垫片外周面的环形凹槽，所述的弹性圈设置于环形凹槽内，弹性圈的厚度等于凹槽的深度，能够保证橡胶圈在约束垫片单体圆整为一个整体的同时还能保证垫片能够顺利展开。

进一步地，所述的垫片单体的一侧设置凸起，围成展开式分体垫片靠近连接件一侧的环形凸台，所述的展开式分体垫片处于展开状态时，所述的环形凸台的外径与安装孔直径相同。

更进一步地，安装完成后，所述的环形凸台设置于安装孔内，与安装孔内侧相切，便于在安装时定位。

优选地，所述的螺栓为扭剪型螺栓，包括依次连接的螺栓头、螺杆和梅花头，该单边螺栓紧固件在安装时，当展开式分体垫片和螺栓定位完成，并将平垫片套设于螺栓后，首先初拧螺母，然后使用扭剪扳手拧断梅花头达到预紧力要求，最后拧紧螺母，完成安装。

优选地，安装完成后，所述的套筒的外径小于安装孔的内径，内径大于螺栓杆部螺纹的公称直径，所述的套筒的长度与展开式分体垫片凸台的高度之和小于连接件的厚度，保证的套筒对变形展开式垫片的限位作用。

优选地，所述的展开式分体垫片处于展开状态套设于螺栓杆部时，各相邻垫片单体之间的间隔相同，沿螺栓杆部外周均匀分布，在最终完成安装后保证受力均匀。

一种用于如所述的变形展开式分体单边螺栓紧固件的安装工具，包括螺纹头、引导部和直导杆，所述的引导部为圆台状，固定设置于直导杆的端部，形成喇叭状，所述的螺纹头设置于引导部的端面，与螺栓尾部螺纹相互适配；

安装前，所述的螺栓固定设置于螺纹头上，与直导杆成一条直线，所述的展开式分体垫片处于圆整形态，与套筒、平垫片和螺母一起，依次套设于直导杆上；

安装时，首先将螺栓和展开式分体垫片穿过安装孔，然后将套筒设置于安装孔内，回拉直导杆，所述的展开式分体垫片在套筒提供的推力作用下，滑过引导部的侧面，并利用引导部侧面提供的扩张力展开至展开形态后套设于螺栓的杆部，继续回拉直导杆，使展开式分体垫片的两侧分别与螺栓的头部和连接件接触，最后依次安装平垫片和螺母，完成安装。

进一步地，所述的引导部外表面包括第一端面、第二端面和以及分别第一端面和第二端面连接侧引导面，所述的第一端面与直导杆的端部连接，其直径等于展开式分体垫片处于圆整形态时的内径，便于变形展开式分体垫片展开，所述的第二端面的直径等于螺栓尾部螺纹的公称直径，保证变形展开式垫片展开前能够较易进入圆台状引导面，展开后可直接套设于螺栓杆上，所述的螺纹头设置于第二端面的中心，所述的展开式分体垫片通过侧引导面提供的扩张力从圆整形态展开至展开形态。

优选地，该安装工具还包括把手，所述的把手设置于直导杆远离引导部的一端，方便手持安装。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明中变形展开式分体垫片展开后可在橡胶圈的作用下一直约束在螺栓杆上，对螺栓连接件无削弱，承载能力高，综合力学性能好，在同等紧固要求下可缩小安装孔直径，大大降低了对连接件的削弱，结构紧凑，可靠性强，同时提高了空间利用率，可实现螺栓的快速安装，大大的提高了作业现场的安装效率；

2)利用本发明的安装工具安装时，展开式分体垫片在螺栓杆上的移动仅依靠与套筒之间的反作用力即可实现，不需要额外的装置进行推进，结构简单，安装方便；

3)本发明能够在单侧、狭小的空间内实现连接紧固功能，使单边螺栓紧固件的安装工作更加简易，安装工具结构简单、操作方便，能够适应在不同安装空间的安装工作；

4)本发明变形展开式分体垫片可沿引导体的侧面均匀展开，安装完成之后，变形展开式分体垫片沿螺栓均匀分布，保证受力均匀，可靠性高。

附图说明

图1为本发明中螺栓紧固件及其安装工具结构示意图；

图2为本发明中变形展开式分体垫片的结构示意图；

图3为本发明中变形展开式分体垫片的单体垫片结构示意图；

图4为本发明中螺栓紧固件的安装工具结构示意图；

图5为本发明中螺栓紧固件安装时，变形展开式分体垫片通过安装孔后的结构示意图；

图6为本发明中螺栓紧固件安装时，变形展开式分体垫片在套筒的推力下沿圆台状引导面套设在螺栓的结构示意图；

图7为本发明中螺栓紧固件安装时，变形展开式分体垫片在套筒的和连接件的作用下到达最终安装位置时结构示意图；

图8为本发明中螺栓紧固件安装完成时的结构正视图；

图9为本发明中螺栓紧固件安装完成时的结构俯视图；

图10为本发明中螺栓紧固件安装完成时的结构局部剖面图。

其中，1、螺栓，2、分体垫片，2a、垫片单体，2aa、凹槽，2ab、凸台，3、安装工具，3a、引导部，3b、直导杆，3c、把手，3d、螺纹头，4、套筒，5、平垫片，6、螺母，7、连接件，8、安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-图3所示，本发明公开了一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，用于通过安装孔8固定连接件7，包括螺栓1、展开式分体垫片2、弹性圈、套筒4、平垫片5和螺母6，展开式分体垫片2包括多个结构尺寸相同的垫片单体2a，多个垫片单体2a沿周向依次排列围成圆整的展开式分体垫片2，弹性圈套设于展开式分体垫片2的外周面上；

展开式分体垫片2能够在圆整形态和展开形态之间转换，当分体垫片2处于圆整形态时，各相邻垫片单体2a相互接触，弹性圈固定各垫片单体2a，分体垫片2的外径等于螺栓1头部的直径，当分体垫片2处于展开形态时，各垫片单体2a沿径向相互远离，弹性圈扩张提供张紧力，分体垫片2的外径大于安装孔8的直径；

分体垫片2在安装前处于圆整形态，与螺栓1共同穿过安装孔8，分体式垫片2在安装完成后处于展开形态，套设于螺栓1的杆部上，且设置于连接件7和螺栓1的头部之间。

为了进一步提高安装稳定性和安装效率，在垫片单体2a的外周面上开设凹槽2aa，围成展开式分体垫片2外周面的环形凹槽，并一侧设置凸起2ab，围成展开式分体垫片2靠近连接件7一侧的环形凸台，弹性圈设置于环形凹槽内，各垫片单体2a安装前通过套在其外周面上的弹性圈固定成相互接触的圆整形态，安装过程中各垫片单体2a既能在安装工具轴向拉力作用下沿径向展开，又能在弹性圈所提供的张紧力作用下保持整体而不散开，展开式分体垫片2处于展开状态时，环形凸台的外径与安装孔8直径相同，且在安装完成后，环形凸台设置于安装孔8内，与安装孔8内侧相切，用于定位。

同时，螺栓1采用扭剪型螺栓，包括依次连接的螺栓头、螺杆和梅花头，在安装时，当展开式分体垫片2和螺栓定位完成，并将平垫片5套设于螺栓后，首先初拧螺母6，然后使用扭剪扳手拧断梅花头达到预紧力要求，最后拧紧螺母6，完成安装。

如图4所示，本发明还提供一种用于变形展开式分体单边螺栓紧固件的安装工具，包括螺纹头3d、引导部3a和直导杆3b，引导部3a为圆台状，固定设置于直导杆3b的端部，形成喇叭状，螺纹头3d设置于引导部3a的端面，与螺栓1尾部螺纹相互适配。引导部3a外表面包括第一端面、第二端面和以及分别第一端面和第二端面连接侧引导面，第一端面与直导杆3b的端部连接，其直径等于展开式分体垫片2处于圆整形态时的内径，第二端面的直径等于螺栓1尾部螺纹的公称直径，螺纹头3d设置于第二端面的中心。

为了使用方便，还可以设置把手3c，把手3c设置于直导杆3b远离引导部3a的一端。

如图5-图10所示，利用安装工具安装变形展开式分体单边螺栓紧固件的过程如下：

安装前，螺栓1固定设置于螺纹头3d上，与直导杆3b成一条直线，展开式分体垫片2处于圆整形态，与套筒4、平垫片5和螺母6一起，依次套设于直导杆3b上；

安装时，首先将螺栓1和展开式分体垫片2穿过安装孔8，然后将套筒4设置于安装孔8内，回拉直导杆3b，展开式分体垫片2在套筒4提供的推力作用下，滑过引导部3a的侧面，并利用引导部3a侧引导面提供的扩张力从圆整形态展开至展开形态后套设于螺栓1的杆部，并保证各垫片单体2a沿螺栓1杆部外周均匀分布，继续回拉直导杆3b，使展开式分体垫片2的两侧分别与螺栓1的头部和连接件7接触，最后依次安装平垫片5和螺母6，完成安装。

继续回拉直导杆3b的过程中，通过展开式分体垫片2的环形凸台来实现定位，当环形凸台与安装孔8相切时，表示定位完成，开式分体垫片2的两侧分别与螺栓1的头部和连接件7接触后，再将平垫片5套设于螺栓1上，初拧螺母6，然后用扭剪扳手拧断螺栓1的梅花头达到预紧力，拧紧螺母6，完成安装。

下面给出具体实施例：

如图1-图5所示，单边螺栓紧固件包括螺栓1、变形展开式分体垫片2、套筒4、平垫片5、螺母6和弹性圈，本实施例中，弹性圈采用橡胶圈，其安装工具3包括引导部3a、直导杆3b、安装把手3c和螺纹头3d。展开式分体垫片2由六片相同的垫片单体2a沿径向面配合构成，橡胶圈套设于其外周面上。螺栓1为扭剪型螺栓，由螺栓头、螺杆、梅花头构成，梅花头尾部设有螺纹孔，用于与安装工具螺纹头3d连接，当螺栓梅花头拧断时，达到预紧力要求。

展开式分体垫片2未展开前的配合为沿径向面配合，所有垫片单体2a配合为一个完整的圆周，此时展开式分体垫片2的外径与螺栓头外径相同，螺栓头外径略小于安装孔8的直径，变形展开式分体垫片2受到来自引导部3a的扩张力时可沿引导面均匀展开，展开状态时的展开式分体垫片2会在橡胶圈的作用力下始终约束在引导部3a和螺栓1上。

变形展开式分体垫片2贴合连接件7内侧面设有凸台，凸台直径保证垫片2在最终展开状态下与安装孔8内侧相切，在安装时实现定位工作。变形展开式分体垫片2所有组成的垫片单体2a外周面上均设有凹槽，橡胶圈通过凹槽将垫片单体固定为一个圆整的垫片2，各垫片单体2a安装前通过套在其外周面上的弹性圈固定成相互接触的圆整形态，安装过程中垫片单体2a既能在安装工具轴向拉力作用下沿径向展开，又能在弹性圈所提供的张紧力作用下保持整体而不散开。引导部3a靠近把手3c一侧的端面圆直径与可变形展开式分体垫片2内径相同，另一侧端面圆直径与螺栓1螺纹公称直径相同。套筒4的外径略小于连接件安装孔8的内径，内径略大于螺栓1螺纹的公称直径，其长度与垫片2凸台的高度相加略小于连接件7的厚度。

安装时，变形展开式分体垫片2可同螺栓1一同进入安装孔8，待展开式分体垫片2进入安装孔8后，将套筒4沿直导杆3b推动至螺栓1与安装孔8之间，并抵住展开式分体垫片2，展开式分体垫片2在套筒4的推动下沿引导部3a展开至螺杆，并卡在连接件7内侧，再通过套筒4保持变形展开式分体垫片2展开状态，外拉安装把手3c直至垫片2卡在螺栓头与连接件7内侧之间，垫片2呈最终展开状态，再将平垫片5套设于螺栓1上，初拧螺母6，然后用扭剪扳手拧断梅花头达到预紧力，拧紧螺母6，完成安装。

本实施例利用上述单边螺栓紧固件及其安装工具对连接件7进行紧固安装的具体安装过程如下：

1、将变形展开式分体垫片2、套筒4、平垫片5、螺母6依次套设于直导杆3b上，螺栓与螺栓安装工具之间螺纹连接；

2、将螺栓、变形展开式分体垫片2通过安装工具穿过连接件安装孔，如图5所示；

3、将套筒4沿直导杆3b套设至螺栓1与安装孔8之间，并抵住变形展开式分体垫片2，垫片2在套筒4的作用下沿引导部3a展开至螺杆，引导部3a的扩张力时可沿引导面均匀展开，同时在橡胶圈的作用力下展开状态时的分体式垫片始终约束在引导部3a和螺栓1上，如图6所示；

4、变形展开式分体垫片2在套筒4的作用下沿引导部3a展开至螺杆，并卡在连接件7内侧，再通过套筒4保持变形展开式分体垫片2展开状态，外拉安装把手3c直至垫片2卡在螺栓头与连接件7内侧之间，垫片2呈最终展开状态，如图7所示；

5、将平垫片、螺母依次套设螺栓1上，撤下安装工具，初拧螺母6，然后用扭剪扳手拧断梅花头达到预紧力，拧紧螺母6，完成安装，如图8、9、10所示；

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，用于通过安装孔(8)固定连接件(7)，其特征在于，包括螺栓(1)、展开式分体垫片(2)、弹性圈、套筒(4)、平垫片(5)和螺母(6)，所述的展开式分体垫片(2)包括多个结构尺寸相同的垫片单体(2a)，多个垫片单体(2a)沿周向依次排列围成圆整的展开式分体垫片(2)，所述的弹性圈套设于展开式分体垫片(2)的外周面上；

所述的展开式分体垫片(2)能够在圆整形态和展开形态之间转换，当分体垫片(2)处于圆整形态时，各相邻垫片单体(2a)相互接触，所述的弹性圈固定各垫片单体(2a)，所述的分体垫片(2)的外径等于螺栓(1)头部的直径，当分体垫片(2)处于展开形态时，各垫片单体(2a)沿径向相互远离，所述的弹性圈扩张提供张紧力，所述的分体垫片(2)的外径大于安装孔(8)的直径；

所述的分体垫片(2)在安装前处于圆整形态，与螺栓(1)共同穿过安装孔(8)，所述的分体式垫片(2)在安装完成后处于展开形态，套设于螺栓(1)的杆部上，且设置于连接件(7)和螺栓(1)的头部之间。

2.根据权利要求1所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，其特征在于，各垫片单体(2a)安装前通过套在其外周面上的弹性圈固定成相互接触的圆整形态，安装过程中各垫片单体(2a)既能在安装工具轴向拉力作用下沿径向展开，又能在弹性圈所提供的张紧力作用下保持整体而不散开。

3.根据权利要求2所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，其特征在于，所述的垫片单体(2a)的外周面上开设凹槽(2aa)，围成展开式分体垫片(2)外周面的环形凹槽，所述的弹性圈设置于环形凹槽内。

4.根据权利要求1所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，其特征在于，所述的垫片单体(2a)的一侧设置凸起(2ab)，围成展开式分体垫片(2)靠近连接件(7)一侧的环形凸台，所述的展开式分体垫片(2)处于展开状态时，所述的环形凸台的外径与安装孔(8)直径相同，所述的环形凸台设置于安装孔(8)内，与安装孔(8)内侧相切，用于定位。

5.根据权利要求1或4所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，其特征在于，所述的螺栓(1)为扭剪型螺栓，包括依次连接的螺栓头、螺杆和梅花头，该单边螺栓紧固件在安装时，当展开式分体垫片(2)和螺栓定位完成，并将平垫片(5)套设于螺栓后，首先初拧螺母(6)，然后使用扭剪扳手拧断梅花头达到预紧力要求，最后拧紧螺母(6)，完成安装。

6.根据权利要求5所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，其特征在于，安装完成后，所述的套筒(4)的外径小于安装孔(8)的内径，内径大于螺栓(1)杆部螺纹的公称直径，所述的套筒(4)的长度与展开式分体垫片(2)凸台的高度之和小于连接件(7)的厚度。

7.根据权利要求1所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件，其特征在于，所述的展开式分体垫片(2)处于展开状态套设于螺栓(1)杆部时，各相邻垫片单体(2a)之间的间隔相同，沿螺栓(1)杆部外周均匀分布。

8.一种用于如权利要求1-7任一项所述的变形展开式分体单边螺栓紧固件的安装工具，其特征在于，包括螺纹头(3d)、引导部(3a)和直导杆(3b)，所述的引导部(3a)为圆台状，固定设置于直导杆(3b)的端部，形成喇叭状，所述的螺纹头(3d)设置于引导部(3a)的端面，与螺栓(1)尾部螺纹相互适配；

安装前，所述的螺栓(1)固定设置于螺纹头(3d)上，与直导杆(3b)成一条直线，所述的展开式分体垫片(2)处于圆整形态，与套筒(4)、平垫片(5)和螺母(6)一起，依次套设于直导杆(3b)上；

安装时，首先将螺栓(1)和展开式分体垫片(2)穿过安装孔(8)，然后将套筒(4)设置于安装孔(8)内，回拉直导杆(3b)，所述的展开式分体垫片(2)在套筒(4)提供的推力作用下，滑过引导部(3a)的侧面，并利用引导部(3a)侧面提供的扩张力展开至展开形态后套设于螺栓(1)的杆部，继续回拉直导杆(3b)，使展开式分体垫片(2)的两侧分别与螺栓(1)的头部和连接件(7)接触，最后依次安装平垫片(5)和螺母(6)，完成安装。

9.根据权利要求8所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件的安装工具，其特征在于，所述的引导部(3a)外表面包括第一端面、第二端面和以及分别第一端面和第二端面连接侧引导面，所述的第一端面与直导杆(3b)的端部连接，其直径等于展开式分体垫片(2)处于圆整形态时的内径，所述的第二端面的直径等于螺栓(1)尾部螺纹的公称直径，所述的螺纹头(3d)设置于第二端面的中心，所述的展开式分体垫片(2)通过侧引导面提供的扩张力从圆整形态展开至展开形态。

10.根据权利要求8所述的一种变形展开式分体单边螺栓紧固件的安装工具，其特征在于，该安装工具还包括把手(3c)，所述的把手(3c)设置于直导杆(3b)远离引导部(3a)的一端。

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