CN101338776A - 压配夹紧连接件及其产品制备方法 - Google Patents

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Abstract

压配夹紧连接件包括一个第一金属表面(3)、一个第二夹紧表面(4)和一个使夹紧表面(3，4)彼此相互夹紧的夹紧元件(5)。第一夹紧表面(3)形成具有微凸凹(microreliefs and microdepressions)的硬化的微细表面结构。第二夹紧表面(4)具有比第一夹紧表面低的硬度。优选的，第一夹紧表面(3)在硬化处理前用喷砂、喷丸或压花进行表面处理。这赋予了夹紧表面(3，4)间永久的高摩擦系数。还记载了一种包含这种夹紧连接件的法兰连接，用来传递高扭矩，并且还记载了一种产品的制备方法。

Description

压配夹紧连接件及其产品制备方法
技术领域
本发明涉及一种压配夹紧连接件，包括第一金属夹紧表面、第二金属夹紧表面和一个使夹紧表面彼此相互夹紧的夹紧元件。本发明还涉及到相应产品的制备方法。
背景技术
这种夹紧连接件的夹紧元件被设计为螺丝已为现有技术所公知。为了防止螺丝上的剪应力，这种夹紧连接件通常设计为这样一种方式，即用将被连接的元件的夹紧表面通过静摩擦彼此间相互固定。
当用预先确定的拧紧力矩拧紧螺丝连接时，在螺丝头下产生了预应力，接着将被连接的元件间产生摩擦力。只要元件间的传递力小于摩擦力，上述元件就能保持彼此间紧密连接。另一方面，如果超过了摩擦力，元件彼此间会相对滑动。
螺丝连接设计时通常考虑以下参数：
As：螺丝的横截面应力
σS：所用螺丝材料的强度
η：螺丝强度的利用率
μ：单个元件间的摩擦系数
利用这些参数，单个元件间传递的最大负荷可以近似用下式计算：
Fmax＝μ·η·AS·σS
当设计一个金属螺丝连接时，这里的摩擦系数为0.10-0.18之间，这取决于表面的条件和润滑状态。该摩擦系数可通过多种外加措施来增加。例如，可以对相互连接的元件的夹紧表面喷砂，或给它们涂上增加摩擦力的涂层。在这种情况下，摩擦系数可以高达0.5。
但是，这些措施有以下缺点，如果发生夹紧连接件松开和再夹紧、如果发生动态应力或如果发生夹紧表面滑动，摩擦系数会由于表面粗糙度降低或是涂层被除去而减少。如果无法保持最初提供的摩擦系数，在某些情况下，有必要在再夹紧之前将相应的元件进行后加工(post-machine)，或者甚至要替换这些元件，以有充分的确定性确保要求的静摩擦水平。这对在要经受高负荷的夹紧连接件的情况下尤其重要。
发明内容
针对于背景技术，本发明的目的在于提供一种夹紧连接件，其赋予了用于连接的夹紧表面间永久的高摩擦系数。
本目的是通过根据权利要求1所述的夹紧连接件达到的。本发明所述的夹紧连接件包括一个第一金属夹紧表面、一个第二金属夹紧表面和一个使夹紧表面彼此相互夹紧的夹紧元件。其特征在于所述的第一夹紧表面形成具有微凸凹(microreliefsand microdepressions)的硬化的微细表面结构，并且第二夹紧表面具有比第一夹紧表面低的硬度。
当夹紧表面依靠夹紧元件彼此相互夹紧时，第一夹紧表面的微凸部分(microreliefs)嵌入到第二夹紧表面，由此产生所谓的微锯齿(microtoothing)。即使夹紧元件经多次松开和夹紧后，在第一夹紧表面形成的硬化的微细表面结构仍可保持。因此，与现有技术不同的是，在摩擦系数方面没有减少。这样，在可拆卸的夹紧连接件上可永久的保持着在0.20-0.5范围内的高摩擦系数。
本发明更优选的实施方式在权利要求中详细说明。
对第二夹紧表面而言，关于表面粗糙度没有特别要求。但是，第二夹紧表面优选具有比第一夹紧表面低的表面粗糙度，以保持任何尽可能低的粘附效果。第二夹紧表面可用如切削加工操作制备，并且原则上，可和经后加工(post-machine)操作以增加表面粗糙度之前的第一夹紧表面有相同的表面粗糙度。
当制造第一夹紧表面时，用切削加工操作在第一夹紧表面上制造非常明显的微凸凹(microreliefs and microdepressions)，从而获得较大的表面粗糙度是可行的。但是，这些微凸凹(microreliefs and microdepressions)优选通过单独的增加粗糙度的表面处理而获得。
根据本发明的一个优选实施方式，通过喷砂、喷丸或压花处理，如滚花来制造微凸凹(microreliefs and microdepressions)。
根据DIN 4768，在第一夹紧表面制造的平均粗糙度深度值RZ优选在10-100μm的范围内。
理论上，整个第一表面结构可形成具有均匀一致的表层结构。但是，也有可能使第一夹紧表面的部分形成具有增加的表面粗糙度。根据本发明的一个优选实施方式，具有较大的表面粗糙度的包含微凸凹(microreliefs and microdepressions)的部分可以和具有较低的表面粗糙度的部分交替分布。
在这种情况下，仅仅对具有较大表面粗糙度的部分进行表面，而剩余部分不受任何额外的表面处理，是可行的。但是，优选将全部的第一夹紧表面进行硬化。
上述的压配夹紧连接件可以用于必须通过压配连接来传递高横向力或扭矩的任何地方。
根据本发明的一个优选实施方式，这可用于一个法兰连接上，该法兰连接包括一个第一法兰，一个第二法兰和一个或多个夹紧套筒(clamping sleeves)，另外还包括指定用于将第二法兰固定于第一法兰的夹紧元件。这样，夹紧套筒(clampingsleeves)可与第一法兰正对的端部(end side)以压配方式夹紧，以及与第二法兰通过支承压力接合。因此，从第一法兰到第二法兰的横向力或扭矩的传递不是直接发生，而是通过夹紧套筒(clamping sleeves)的介入发生。优选的，这样第一夹紧表面在每种情况下都优选形成于夹紧套筒(clamping sleeves)的端部(end side)，第二夹紧表面形成于第一法兰。
但是，也可能认为形成具有较硬的第一夹紧表面的第一法兰和具有较软的第二夹紧表面的夹紧套筒。
既然夹紧套筒(clamping sleeves)与第一法兰直接夹紧，第二法兰可安排在第一法兰和夹紧套筒(clamping sleeves)之间，夹紧套筒(clamping sleeves)可具有低的轴向力或无任何轴向力的。第二法兰优选粘附在夹紧套筒(clamping sleeves)上。
为了将夹紧套筒(clamping sleeves)固定在第二法兰上，上述夹紧套筒(clampingsleeves)可以在每种情况下都具有一个延伸至第二法兰的相应开孔(hole opening)中的锥形延伸。在这种情况下，延伸的轴长优选等于或稍微大于开孔(hole opening)的孔深，关于第一法兰的任何轴向补偿通过粘合材料发生。这种结构避免了在第二法兰上的高预应力，因此，后者可用非金属材料，特别是纤维复合材料制造。
也可以通过根据权利要求14所述的制备方法达到上述目的，其特征在于，首先形成第一夹紧表面，然后第一夹紧表面经过可增加表面粗糙度的机械表面处理，以在其上形成微凸凹(microreliefs and microdepressions)，其后制造出的微凸凹(microreliefs and microdepressions)通过硬化来固定，由此第一夹紧表面具有比第二夹紧表面更大的表面硬度。
优选的，第一夹紧表面在硬化处理前用喷砂、喷丸或压花进行表面处理。在本方法的一个优选实施方式中，第一夹紧表面在表面处理前通过成形或切削加工工艺制造。
下面将在如图所示的实施方式的实施例的基础上，更详细的说明本发明。
附图说明
图1展示了根据本发明所述压配夹紧连接件的实施方式中实施例1的截面图。
图2展示了根据本发明所述压配夹紧连接件的实施方式中实施例2的截面图。
图3展示了图2的夹紧套筒(clamping sleeve)的侧视图。
具体实施方式
实施方式实施例1展示了用于传递两个法兰1和2之间的横向力FQ的压配夹紧连接件。两个法兰1和2通过各自的金属夹紧表面3和4相互挤在一起，并且通过一个夹紧元件5相互夹紧，夹紧元件5这里设计为带螺母7的螺栓6。
夹紧元件5的预应力FV的选择方法是使夹紧表面3和4间的粘附效果见效后，产生的法向力FN和传递的横向力FQ满足以下条件：
FN·μ＞·FQ
摩擦系数μ越高，可传递的横向力FQ越大。因此，根据本发明，与常规的夹紧表面对相比，夹紧表面3或4中的一个具有增加的表面粗糙度，以便获得包含微凸凹(microreliefs and microdepressions)的微细表面结构。这种具有增加的粗糙度的结构通过表面硬化来固定，以便甚至如果发生夹紧连接件频繁松开和夹紧或如果发生动态应力时，它仍可以保持。
相对的夹紧表面4或3相比而言具有较低的硬度，因此，在夹紧状态时，第一夹紧表面3的微凸与第二夹紧表面4形成微锯齿(microtoothing)。
第一夹紧表面3以及第二夹紧表面4首先是用常规方法制造的，例如通过切削加工或成形工艺。只要第一夹紧表面3然后要经过增加表面粗糙度的表面处理，随后进行硬化处理，而第二夹紧表面4上不需要采取更进一步的处理。
如果用常规方法制造的夹紧表面获得在0.10-0.18范围内的摩擦系数，那么由于第一夹紧表面3的外加表面处理，可获得在0.20-0.5范围内的永久增加的摩擦系数。
原则上，机械地制造规定的表面粗糙度的所有方法都适合用来对第一夹紧表面3表面处理。适合的方法特别是指主要通过成形来制造微凸凹(microreliefs andmicrodepressions)的那些方法，例如喷砂、喷丸和压花方法，包括滚花。
优选的，在第一夹紧表面3上的平均粗糙度深度RZ在10-100μm的范围内，更优选在20-63μm的范围内。
在这里讨论的实施方式的实施例中，第二夹紧表面4具有比第一夹紧表面3更小的粗糙度深度RZ。适合值在2.5-100μm的范围内，优选在2.5-40μm的范围内。在第二夹紧表面上由重复的夹紧和松开引起的任何平滑作用不会引起任何问题，这是由于第二夹紧表面4的低硬度，每一次夹紧操作会重新形成微锯齿(microtoothing)。
在实施方式例举的实施例的一个变体中，在制造第一夹紧表面3的时候，可以在其上形成规定的增加的表面粗糙度，例如通过切削加工，然后通过硬化来将其固定。
为了这个目的，也可以仅仅向夹紧表面3的部分表面上(sub-sections)赋予更大的表面粗糙度并将其处理。
图2展示了一个法兰连接，其中用上述种类的压配夹紧连接件来传递高扭矩。
法兰连接包括一个用金属材料制造的第一法兰8，优选用钢制造，以及一个第二法兰9，这里举例而言，其用纤维复合材料制造。
法兰连接也包括由硬化钢制造的复杂夹紧套筒(clamping sleeves)10，另外还包括指定的螺栓形式的夹紧元件11。夹紧元件11穿过第一8和第二法兰9，并在每种情况下都被与第一法兰8相对的头12支撑。每个夹紧元件11也用螺丝固定在一个夹紧套筒(clamping sleeves)10上，为了达到这个目的其有一个内螺纹13。
为了允许用支承压力传递扭矩，夹紧套筒(clamping sleeves)10在每种情况下都具有一个延伸穿过第二法兰9的相应开孔(hole opening)15的锥形延伸14。安装状态时，每一个夹紧套筒(clamping sleeves)10与第一法兰8在延伸部分14的端部(end side)16处夹紧。
为了压配传递第一法兰8和夹紧套筒(clamping sleeves)10问的高扭矩，实施方式实施例1所述的第一夹紧表面3在夹紧套筒(clamping sleeves)10上，而第二夹紧表面4位于第一法兰8上。
特别是图3中可以看出，具有增加的表面粗糙度的硬化的微细表面结构位于各自的夹紧套筒(clamping sleeves)10的端部(end side)16处，以使其中的微凸凹(microreliefs and microdepressions)进入与第一法兰8接合。同样如图3所示，夹紧套筒(clamping sleeves)10的相应表面处理可以限定在端部(end side)16，其可导致根据本发明所述方法的显著经济利用。尤其优选仅仅在表面处理过的端部(endside)16的附近进行硬化。
夹紧套筒(clamping sleeves)10可以另外粘附在第二法兰9上。延伸14的轴长至少等于第二法兰9的厚度。第二法兰9相对于第一法兰8的任何轴隙通过固化粘合材料进行补偿。
通过使用上述方法，永久增加这种法兰连接的摩擦系数是可行的，在常规制造的夹紧表面上的摩擦系数大概为0.15，而由喷丸或喷砂处理、随后接着表面硬化来打磨(roughening)的摩擦系数可超过0.20，这样就可增加可传递的最大扭矩。特别的，这里数值可达到0.28-0.35的范围内。
本发明已经在以上实施方式的实施例基础上做了详细描述。但是，它并不受这些实施方式的实施例限制，而是包含根据权利要求所界定的所有实施方式。

Claims (16)

1、压配夹紧连接件包括：
一个第一金属夹紧表面(3)，
一个第二金属夹紧表面(4)，和
一个用来使夹紧表面(3，4)彼此相互夹紧的夹紧元件(5)；
其特征在于，
第一夹紧表面(3)形成具有微凸凹(microreliefs and microdepressions)的硬化的微细表面结构；并且
第二夹紧表面(4)具有比第一夹紧表面(3)低的硬度。
2、根据权利要求1所述的压配夹紧连接件，其特征在于所述的第二夹紧表面(4)具有比第一夹紧表面(3)低的粗糙度。
3、根据权利要求1或2所述的压配夹紧连接件，其特征在于，所述的第一夹紧表面(3)的平均粗糙度深度Rz在10-100μm范围内。
4、根据权利要求1-3任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，所述的微凸凹(microreliefs and microdepressions)是通过增加粗糙度的表面处理而获得的。
5、根据权利要求1-4任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，所述的微凸凹(microreliefs and microdepressions)是通过喷砂、喷丸或压花处理而得到的。
6、根据权利要求1-5任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，由第一和第二夹紧表面(3，4)组成的摩擦表面的摩擦系数在0.20-0.5范围内。
7、根据权利要求1-6任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，第一夹紧表面(3)包括具有微凸凹的较大表面粗糙度的(microreliefs and microdepressions)部分和还进一步具有较低表面粗糙度的部分。
8、根据权利要求1-7任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，第一夹紧表面(3)具有经表面处理过的部分和未经表面处理过的部分，其中经表面处理过的部分具有比未经表面处理过的部分更大的表面粗糙度。
9、根据权利要求1-7任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，第一夹紧表面(3)是完全经表面处理过的。
10、根据权利要求1-9任意一项所述的压配夹紧连接件，其特征在于，所述夹紧连接件为可拆卸的。
11、包括根据前面任意一项权利要求所述的压配夹紧连接件的法兰连接，包括：
一个第一法兰(8)，
一个第二法兰(9)，
一个或多个夹紧套筒(clamping sleeves)(10)，另外还包括指定用于将第二法兰(9)固定于第一法兰(8)的夹紧元件(11)，
其中夹紧套筒(clamping sleeves)(10)可以压配方式通过其端部(end side)(16)而与第一法兰(8)夹紧，以及与第二法兰(9)通过支承压力接合；和
其中第一夹紧表面(3)在每种情况下都形成在夹紧套筒(clamping sleeves)(10)的端部(end side)(16)上，第二夹紧表面(4)形成在第一法兰(8)上。
12、根据权利要求11所述的法兰连接，其特征在于，所述的第二法兰(9)粘接在夹紧套筒(clamping sleeves)(10)上。
13、根据权利要求11或12所述的法兰连接，其特征在于，所述的夹紧套筒(clampingsleeves)(10)在每种情况下都具有一个延伸至第二法兰(9)的相应开孔(holeopening)(15)的锥形延伸(14)，其中所述延伸(14)的轴长等于或稍微大于所述开孔(hole opening)(15)的孔深，关于第一法兰(8)的任何轴向补偿通过粘合材料发生。
14、压配夹紧连接件的制备方法，所述压配夹紧连接件包括一个第一金属夹紧表面(3)，一个第二金属夹紧表面(4)和一个使夹紧表面彼此相互夹紧的夹紧元件(5；11)；其中，所述第一夹紧表面(3)首先成形，
其特征在于
所述第一夹紧表面(3)然后经可增加表面粗糙度的机械表面处理，以在其上形成微凸凹(microreliefs and microdepressions)，其后通过硬化来固定制造出的微凸凹(microreliefs and microdepressions)，由此第一夹紧表面(3)被赋予了比第二夹紧表面(4)更大的表面硬度。
15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的第一夹紧表面(3)硬化处理前用喷砂、喷丸或压花方式进行表面处理。
16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的第一夹紧表面(3)是在表面处理前通过成形或切削加工工艺制造。
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