一种机械接头及预制混凝土桩论文和设计-袁雪峰

全文摘要

本实用新型公开了一种机械接头，包括连接卡杆，容纳限位套、楔片、弹簧和堵头，容纳限位套内部设有容纳空间，容纳限位套的内壁上设有滑槽，滑槽的方向与容纳限位套的轴线方向平行，滑槽中靠近连接卡杆插入侧具有导向滑动面，楔片和弹簧置于滑槽中，楔片上设有与导向滑动面接触的第一滑动面、与连接卡杆接触的第一卡接面和与弹簧接触的第一端面，连接卡杆与楔片接触处为第二卡接面，堵头置于容纳限位套上与连接卡杆插入侧相对的一端，弹簧一端与楔片抵接，另一端与堵头抵接，连接卡杆能插入容纳空间并通过弹簧回弹将楔片推入导向滑动面和第二卡接面之间进而实现连接卡杆与容纳限位套连接，该机械接头具有插接方便，连接性能可靠的优点。

主设计要求

1.一种机械接头，其特征在于：包括连接卡杆(1)、容纳限位套(2)、楔片(3)、弹簧(4)和堵头(5)；所述容纳限位套(2)一端为连接卡杆插入端(26)，另一端为堵头固定端(27)，所述容纳限位套(2)内部设有用于插入连接卡杆的容纳空间(20)，所述容纳限位套(2)的内壁上设有一个以上的滑槽(21)，所述滑槽(21)中靠近连接卡杆插入端(26)具有锥形的导向滑动面(22)；所述楔片(3)和弹簧(4)置于所述滑槽(21)中，所述楔片(3)上设有与导向滑动面(22)接触的第一滑动面(30)、与连接卡杆(1)接触的第一卡接面(31)以及与弹簧(4)接触的第一端面(32)，所述连接卡杆(1)与楔片(3)接触处为第二卡接面(10)，所述堵头(5)置于容纳限位套(2)的堵头固定端(27)，所述弹簧(4)一端与楔片(3)抵接，另一端与堵头(5)抵接，所述连接卡杆(1)能插入容纳空间(20)并通过弹簧(4)回弹将楔片(3)推入导向滑动面(22)和第二卡接面(10)之间进而实现连接卡杆(1)与容纳限位套(2)连接。

设计方案

1.一种机械接头，其特征在于：包括连接卡杆(1)、容纳限位套(2)、楔片(3)、弹簧(4)和堵头(5)；

所述容纳限位套(2)一端为连接卡杆插入端(26)，另一端为堵头固定端(27)，所述容纳限位套(2)内部设有用于插入连接卡杆的容纳空间(20)，所述容纳限位套(2)的内壁上设有一个以上的滑槽(21)，所述滑槽(21)中靠近连接卡杆插入端(26)具有锥形的导向滑动面(22)；

所述楔片(3)和弹簧(4)置于所述滑槽(21)中，所述楔片(3)上设有与导向滑动面(22)接触的第一滑动面(30)、与连接卡杆(1)接触的第一卡接面(31)以及与弹簧(4)接触的第一端面(32)，所述连接卡杆(1)与楔片(3)接触处为第二卡接面(10)，所述堵头(5)置于容纳限位套(2)的堵头固定端(27)，所述弹簧(4)一端与楔片(3)抵接，另一端与堵头(5)抵接，所述连接卡杆(1)能插入容纳空间(20)并通过弹簧(4)回弹将楔片(3)推入导向滑动面(22)和第二卡接面(10)之间进而实现连接卡杆(1)与容纳限位套(2)连接。

2.根据权利要求1所述的机械接头，其特征在于：所述连接卡杆(1)包括底座(12)、插头(13)和连接所述底座与插头的导向部(14)，所述插头与导向部之间设有锥形的第二过渡面(15)，所述容纳限位套(2)的连接卡杆插入端的内径上设有锥形的第一斜面(28)，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面(15)与第一斜面(28)抵接。

3.根据权利要求2所述的机械接头，其特征在于：所述容纳空间(20)的内壁上设有第一内螺纹(201)。

4.根据权利要求1所述的机械接头，其特征在于：所述容纳空间(20)包括导向腔(23)和插头校正腔(24)，所述导向腔(23)设于连接卡杆插入端(26)一侧，所述插头校正腔(24)的内径小于导向腔(23)的内径，所述导向腔(23)和插头校正腔(24)之间设有第一过渡面(25)，所述导向腔(23)的内壁上设有第二内螺纹(202)，所述连接卡杆(1)包括底座(12)、插头(13)和连接底座(12)与插头(13)的导向部(14)，所述插头(13)与导向部(14)之间设有锥形的第二过渡面(15)，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面(15)与第一过渡面(25)抵接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的机械接头，其特征在于：所述第一卡接面(31)、第二卡接面(10)、第一滑动面(30)和导向滑动面(22)中至少一个面上加工有防滑结构。

6.根据权利要求5所述的机械接头，其特征在于：所述防滑结构为锥螺纹或卡齿。

7.根据权利要求6所述的机械接头，其特征在于：所述第一卡接面(31)为圆锥形面或椭圆锥形面，在插接状态下，所述第一卡接面(31)与第二卡接面(10)为面接触、单根线接触或单点接触，所述第一滑动面(30)与导向滑动面(22)为两根线接触或面接触。

8.根据权利要求1所述的机械接头，其特征在于：所述容纳限位套(2)的外壁上设置有第一外螺纹。

9.一种预制混凝土桩，其特征在于：包括定位螺母和权利要求1至7中任意一项所述的机械接头，所述定位螺母(71)和容纳限位套(2)分别固定于预制混凝土桩的两端，所述定位螺母的一端与预值混凝土桩的主筋连接，另一端与所述连接卡杆连接，不同预制混凝土桩可通过所述机械接头相互连接。

10.一种预制混凝土桩，其特征在于：包括第一端板、第二端板和权利要求8中所述的机械接头，所述第一端板和第二端板分别固定在预制混凝土桩的两端，所述第一端板和第二端板上均设有容纳限位套固定孔、主筋固定孔和连接卡杆固定孔，所述连接卡杆安装在第一端板的连接卡杆固定孔中，所述容纳限位套螺纹连接在第二端板的容纳限位套固定孔中，所述预制混凝土桩的主筋安装在所述主筋固定孔中，不同预制混凝土桩可通过所述机械接头相互连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种混凝土构件连接结构，具体涉及一种机械接头及预制混凝土桩。

背景技术

在建筑施工中，预制混凝土构件主筋对接是必不可少的工序，传统混凝土桩对接方式为钢板的焊接，钢件外露，造成了抗腐蚀性能差的问题，且不能解决拼接桩头之间密封的问题，同时现有建筑行业要求预制混凝土构件主筋对接要求快速、牢固，而采用焊接方式不能实现该要求。

现有技术中，为了便于能够实现预制混凝土桩的快速连接，通常在预制混凝土桩两端设有机械接头，如图27所示为现有技术现有技术中公开的一种机械接头，包括连接卡杆1、容纳限位套2、中间螺母9、楔片3以及弹簧4，中间螺母安装在容纳限位套的连接卡杆插入端，中间螺母上远离连接卡杆插入端的一侧设有滑动面，连接卡杆上设有卡接面，楔片为由多个分体的卡齿组成的环形结构，楔片和弹簧置于容纳限位套中，在连接卡杆穿过中间螺母插入容纳限位套中时，弹簧可以推动楔片进入滑动面和卡接面之间，从而实现连接卡杆与容纳限位套的连接。

现有的机械接头存在以下问题，如图27所示，为了防止连接卡杆和容纳限位套插接出现歪斜的现象，连接卡杆上设有第一圆锥面92，中间螺母上设有第二圆锥面90，连接卡杆与容纳限位套插接后，第一圆锥面和第二圆锥面相配合以对插接进行校正，避免连接卡杆和容纳限位套两者出现歪斜现象。然而，如图27和图28a所示，由于第一圆锥面和第二圆锥面的长度较长，使得在连接卡杆在插入过程中，第一圆锥面和第二圆锥面之间会存在较大的间隙，会导致连接卡杆的中心轴线x-x与容纳限位套的中心轴线y-y不同轴，当施加外力使连接卡杆向容纳限位套插接过程中，靠近连接卡杆轴线一侧的楔片先与插头接触，而远离插接件轴线一侧的楔片后与插头接触，在图27中，下侧的楔片先与插头接触并且在插头的作用下压缩弹簧，上侧的楔片后与插头接触，因此，可能出现一下两种情况，第一种情况，如图28a所示，在连接卡杆插入的过程中，下侧的楔片在连接卡杆的推动下具有两个运动，一个是沿容纳限位套的径向方向上远离中心轴方向运动(图中向下侧方向运动)，另一个沿容纳导向套轴向方向压缩弹簧(图中向右侧方向运动)，而上侧的楔片在插接的开始阶段不会与连接卡杆接触，造成两侧的楔片偏斜，从而使得弹簧两侧受力不均而出现倾斜状态，在插头进一步的插入时，如图28a所示，由于插头下侧与容纳限位套的内壁间距较小，因此下侧的楔片在插头的推动下进一步的压缩弹簧并且会一直被插头端部限制无法进入连接卡杆和中间螺母之间，而插头上侧与容纳限位套的内壁间距较大，因此上侧的楔片在弹簧的推动下先进入连接卡杆和中间螺母之间，当除去外力时，楔片和连接卡杆在弹簧的作用下回弹，由于上侧的楔片已进入连接卡杆和中间螺母之间，而下侧的楔片未进入连接卡杆和中间螺母之间，因此会造成连接不牢靠甚至连接失败。第二种情况，如图27所示，由于连接卡杆和容纳限位套的轴线存在偏差，在连接卡杆插入时，下侧的楔片先与插头接触并且在插头的作用下压缩弹簧，上侧的楔片后与插头接触，在开始插入阶段，下端的楔片挤压弹簧，造成弹簧倾斜(图28a中弹簧的状态)，倾斜的弹簧会推动上侧的楔片先进入连接卡杆和中间螺母之间并插入较大的深度，如图28b所示，当连接卡杆继续插入过程中，弹簧会推动其余的楔片进入连接卡杆和中间螺母之间，但是，后进入的楔片与连接卡杆的卡接位置与先进入的楔片与连接卡杆卡接的位置处于插头的不同位置处，上侧的楔卡插入的深度较大，下侧的楔卡插入的深度较小，此时，下侧的楔片受力，而上侧的楔片不受力，因此，会造成该机械接头的抗拔性能降低。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研究设计一种机械接头，本实用新型采用的技术手段如下：

一种机械接头，包括连接卡杆、容纳限位套、楔片、弹簧和堵头；所述容纳限位套一端为连接卡杆插入端，另一端为堵头固定端，所述容纳限位套内部设有用于插入连接卡杆的容纳空间，所述容纳限位套的内壁上设有一个以上的滑槽，所述滑槽中靠近连接卡杆插入端具有锥形的导向滑动面；所述楔片和弹簧置于所述滑槽中，所述楔片上设有与导向滑动面接触的第一滑动面、与连接卡杆接触的第一卡接面以及与弹簧接触的第一端面，所述连接卡杆与楔片接触处为第二卡接面，所述堵头置于容纳限位套的堵头固定端，所述弹簧一端与楔片抵接，另一端与堵头抵接，所述连接卡杆能插入容纳空间并通过弹簧回弹将楔片推入导向滑动面和第二卡接面之间进而实现连接卡杆与容纳限位套连接。

进一步地，所述连接卡杆包括底座、插头和连接所述底座与插头的导向部，所述插头与导向部之间设有锥形的第二过渡面，所述容纳限位套的连接卡杆插入端的内径上设有锥形的第一斜面，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面与第一斜面抵接。

进一步地，所述连接卡杆还包括连接底座和插头的导向部，所述插头与导向部之间设有锥形的第二过渡面，所述容纳限位套的连接卡杆插入端的内径上设有锥形的第一斜面，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面与第一斜面抵接。

进一步地，所述容纳空间的内壁上设有第一内螺纹。

进一步地，所述容纳空间包括导向腔和插头校正腔，所述导向腔设于连接卡杆插入端一侧，所述插头校正腔的内径小于导向腔的内径，所述导向腔和插头校正腔之间设有第一过渡面，所述导向腔的内壁上设有第二内螺纹，所述连接卡杆包括底座、插头和连接底座与插头的导向部，所述插头与导向部之间设有锥形的第二过渡面，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面与第一过渡面抵接。

进一步地，所述第一卡接面、第二卡接面、第一滑动面和导向滑动面中至少一个面上加工有防滑结构。

进一步地，所述防滑结构为锥螺纹或卡齿。

进一步地，所述第一卡接面为圆锥形面或椭圆锥形面，在插接状态下，所述第一卡接面与第二卡接面为面接触、单根线接触或单点接触，所述第一滑动面与导向滑动面为两根线接触或面接触。

进一步地，所述容纳限位套的外壁上设置有第一外螺纹。

一种预制混凝土桩，包括定位螺母和本实用新型公开的机械接头，所述定位螺母和容纳限位套分别固定于预制混凝土桩的两端，所述定位螺母的一端与预值混凝土桩的主筋连接，另一端与所述连接卡杆连接，不同预制混凝土桩可通过所述机械接头相互连接。

一种预制混凝土桩，包括第一端板、第二端板和本实用新型公开的机械接头，所述第一端板和第二端板分别固定在预制混凝土桩的两端，所述第一端板和第二端板上均设有容纳限位套固定孔、主筋固定孔和连接卡杆固定孔，所述连接卡杆安装在第一端板的连接卡杆固定孔中，所述容纳限位套螺纹连接在第二端板的容纳限位套固定孔中，所述预制混凝土桩的主筋安装在所述主筋固定孔中，不同预制混凝土桩可通过所述机械接头相互连接。

与现有技术比较，本实用新型所述的机械接头具有以下有益效果：1、该机械接头包括连接卡杆、容纳限位套、楔片、弹簧和堵头，容纳限位套内壁上设有滑槽，滑槽中置有楔片和弹簧，使得连接卡杆可以方便准确的插入容纳限位套中，实现预制混凝土桩的快速连接；2、第一卡接面为圆锥形面或椭圆锥形面，在插接状态下，所述第一卡接面与第二卡接面为面接触、单根线接触或单点接触，所述第一滑动面与导向滑动面为两根线接触或面接触，使得楔片的内外受力不会集中于一个点上，避免因受力过于集中导致的变形和损坏，提高整个机械接头的抗拔性能；3、连接卡杆的插头与导向部之间设有锥形的第二过渡面，容纳限位套的连接卡杆插入端的内径上设有锥形的第一斜面，当连接卡杆插入容纳限位套时，第二过渡面与第一斜面抵接，第一斜面对连接卡杆具有下行限位功能，避免连接卡杆过插入，造成混凝土桩产生间隙；4、导向滑动面、第一卡接面、第二卡接面和第一滑动面的至少一个面上设置有防滑结构，可以使得机械接头插接的更牢固，提高了混凝土桩的抗拔性能；5、容纳空间的插头校正腔的内径小于导向腔的内径，使得在连接卡杆插入过程中，插头校正腔对连接卡杆进行校正，保证插接的准确性。

附图说明

图1a是本实用新型公开的机械接头的第一种结构图；

图1b是图1a中A-A处剖视图；

图2a为第一种机械接头的容纳限位套的结构图；

图2b为图2a的右视图；

图2c为图2a的左视图；

图3是连接卡杆的结构图；

图4a为堵头的结构图；

图4b为图4a的右视图；

图5a为弹簧的结构图；

图5b为图5a的俯视图；

图6a为楔片的结构图；

图6b为图6a中B-B处截面图；

图7为连接卡杆与楔片刚开始接触时的示意图；

图8a为第一卡接面具有锥螺纹的示意图；

图8b为图8a中C处的放大图；

图9a为具有锥螺纹结构的连接卡杆的结构图；

图9b为图9a中D处放大图；

图10a为第一卡接面和第二卡接面上均具有锥螺纹时，楔片进入滑动导向面和第二卡接面时的示意图，此时，第一卡接面和第二卡接面的锥螺纹的齿顶相互抵接；

图10b为图10a中当楔片与连接卡杆卡接后的示意图，此时，楔片与导向滑动面之间产生间隙；

图10c为仅在第二卡接面上具有锥螺纹时，楔片与连接卡杆卡接的示意图；

图11a为导向滑动面上设有卡齿的结构图；

图11b为图11a中K处放大图；

图11c为导向滑动面上设有卡齿时，楔片与导向滑动面的作用关系；

图11d为第一滑动面上具有卡齿的示意图；

图11e为图11d中P处的放大图；

图11f为第一滑动面上设有卡齿时，第一滑动面与导向滑动面的作用关系；

图12a为楔卡的第一卡接面的锥度与连接导杆的第二卡接面锥度相同时，楔卡与连接卡杆的卡接示意图；

图12b为第一卡接面为锥形面或椭圆锥形面时连接卡杆、楔片以及容纳导向套的受力分析图；

图12c为图12b中虚线部分框中的放大图；

图13为本实用新型公开的第二种机械接头的结构图；

图14a为第二种结构的机械接头的容纳限位套的结构图；

图14b为图14a的右视图；

图14c为图14a的左视图；

图15为第二种机械接头中连接卡杆的结构图；

图16为具有第二种结构的机械接头用于连接预应力混凝土桩的示意图；

图17为具有第二种结构的机械接头用于连接预应力混凝土桩和非预应力混凝土桩的示意图；

图18为具有第二种结构的机械接头用于连接非预应力混凝土桩的示意图；

图19为本实用新型公开的第三种机械接头的结构图；

图20a为第三种结构的机械接头的容纳限位套的结构图；

图20b为图20a的右视图；

图20c为图20a的左视图；

图21为第三种机械接头中连接卡杆的结构图；

图22a为第四种结构的机械接头的容纳限位套的结构图；

图22b为第五种结构的机械接头，即在第四种机械接头的基础上，堵头上增加钢筋固定孔；

图23为具有第四种结构的机械接头的预制混凝土桩；

图24为图23中H出放大图；

图25为端板的结构图；

图26为具有第五中结构的机械接头的预制混凝土桩；

图27为现有技术的机械接头的结构图；

图28a为现有技术的机械接头的连接卡杆与中间螺母的中心轴线存在偏差时，连接卡杆造成部分楔片无法进入中间螺母和连接卡杆之间的示意图；

图28b为现有技术的机械接头的连接卡杆与中间螺母的中心轴线存在偏差时，楔片进入连接卡杆和中间螺母后，多个楔片的与连接卡杆的卡接位置不同的示意图；

图29为安装有现有技术的机械接头的预制混凝土桩端部出现倾斜时，混凝土桩插接的示意图；

图30为现有技术的机械接头在插接过程中出现过插入的示意图，也就是图 29中上侧的机械接头插接时的示意图；

图31为图30中机械接头卡紧后的示意图。

图中：1、连接卡杆，10、第二卡接面，11、锥螺纹，12、底座，13、插头， 14、导向部，15、第二过渡面，16、插头导向面，17、圆弧过渡面，2、容纳限位套，20、容纳空间，21、滑槽，22、导向滑动面，23、导向腔，24、插头校正腔，25、第一过渡面，26、连接卡杆插入端，27、堵头固定端，28、第一斜面，29、堵头安装腔，201第一内螺纹，202、第二内螺纹，203、第一外螺纹，3、楔片，30、第一滑动面，31、第一卡接面，32、第一端面，33、第一导向面，34、楔片的外侧面，4、弹簧，40、弹簧卡爪，5、堵头，50、钢筋固定孔，51、夹持部，70、主筋，71、定位螺母、80、第一端板，81、第二端板，82、容纳限位套固定孔，83、连接卡杆固定孔，84、主筋固定孔，9、中间螺母，90、第二圆锥面，92、第一圆锥面。

具体实施方式

如图1a和图1b所示为本实用新型公开的机械接头的第一种结构，包括连接卡杆1，容纳限位套2、楔片3、弹簧4和堵头5。如图2a、图2b和图2c所示，所述容纳限位套2一端为连接卡杆插入端26，另一端为堵头固定端27，所述容纳限位套2内部设有用于插入连接卡杆1的容纳空间20，所述容纳限位套 2的内壁上设有一个以上(包括一个)的滑槽21，本实施例中，滑槽的数量为3 个，且滑槽21在容纳限位套2的内壁上周向均布，滑槽的截面为扇形结构，优选地，所述滑槽21的方向与容纳限位套2的轴线方向平行，所述滑槽21中靠近连接卡杆插入侧具有锥形的导向滑动面22，导向滑动面与滑槽中容纳导向套的内壁的夹角a大于90°，优选地，导向滑动面与滑槽中容纳导向套的内壁的夹角a大于等于135°，容纳限位套2的堵头固定端27设有堵头安装腔29。所述楔片3和弹簧4置于滑槽21中，如图5a和图5b所示，在本实施例中，弹簧是由弹簧丝弯折形成的长条状的弹簧，沿弹簧的长度方向看，该弹簧具有两个向外张开的弹簧卡爪40，当弹簧置于滑槽中时，弹簧卡爪40可以与滑槽的的两侧内壁接触，避免弹簧从滑槽中滑出，弹簧4也可以是由弹簧丝和橡胶等材料组合形成的弹性结构。如图6a和图6b所示，所述楔片3上设有与导向滑动面 22接触的第一滑动面30、与连接卡杆1接触的第一卡接面31以及与弹簧4接触的第一端面32，在本实施例中，楔片3包括第一滑动面30、楔片的外侧面34、第一端面32、第一卡接面31和第一导向面33，所述第一滑动面30、楔片的外侧面34、第一端面32、第一卡接面31和第一导向面33依次连接围成横截面为五边形结构。如图3所示，连接卡杆1包括底座12和插头13，所述底座12上设有外螺纹，所述连接卡杆1与楔片3接触处为第二卡接面10，所述堵头5安装于堵头固定腔29中，在本实施例中，如图4a和图4b所示，堵头为圆柱形结构，堵头的外径上加工有外螺纹，堵头固定腔中加工有内螺纹，堵头螺纹连接在堵头固定腔中，为了便于安装，堵头上设有夹持结构，在本实施例中，夹持结构为两个夹持孔，夹持结构也可以是多边形的凸台结构。所述弹簧4一端与楔片3的第一端面32抵接，另一端与堵头5抵接，所述连接卡杆1能插入容纳空间20并通过弹簧4回弹将楔片3推入导向滑动面22和第二卡接面10之间进而实现连接卡杆与容纳限位套的连接。

本实用新型公开的机械接头工作过程如下，当连接卡杆从容纳定位套的连接卡杆插入端插入容纳定位套中时，连接卡杆的插头与楔片接触并推动楔片沿着滑槽中的导向滑动面滑动，在楔片沿导向滑动面运动时，其包括沿容纳导向套的径向和轴向的两种运动，楔片的径向运动，使得多个楔片之间的内径增大，以便于连接卡杆的插头进入楔片围成的空间中，楔片的轴向运动，使得楔片压缩弹簧，使得弹簧能够推动楔片进入容纳导向套的导向滑动面和连接卡杆的第二卡接面之间进而实现连接卡杆与容纳限位套的连接。本实用新型公开的机械接头，由于在容纳限位套上加工有滑槽，楔片和弹簧置于滑槽中，使得容纳限位套的最小内径与插头的最大外径之间的间隙Z2(一般情况下，容纳限位套的最小内径与插头的最大外径之间的间隙为0.1mm到0.3mm)远小于现有技术中容纳导向套的内径与插头的外径的间隙Z3，可以避免连接卡杆与容纳限位套的轴线偏离过大而使得现有技术中出现部分楔片先进入导向滑动面和第二卡接面之间，而部分楔片由于插头的阻挡作用而无法进入导向滑动面和第二卡接面之间，使得出现插接失败的问题，同时，由于多个滑槽相互独立，使得每个滑槽中的楔卡和弹簧的运动也相对独立，不会相互干扰，保证了插接的可靠性。

在本实用新型公开的连接卡杆的插头13的端部可以为圆台形、球台形的端头，优选地，插头包括第二卡接面10、插头导向面16以及圆弧过渡面17，所述第二卡接面10和插头导向面16均为锥度面，两个锥度面的大径端通过圆弧形的圆弧过渡面连接。如图7所示，当该种结构的插头在插入容纳限位套中时，插头导向面会先与楔片的第一导向面接触，插头导向面对第一导向面起到导向的作用以便于楔片能够在弹簧的作用下顺利的进入到导向滑动面和第二卡接面之间，优选地，插头导向面与第一导向面接触位置为两个面的中线位置，可以避免楔片或插头的尖角边沿对相互的接触面进行滑切，造成工作面的磨损。

进一步地，如图8a、图8b、图9a和图9b所示，可以在所述第一卡接面31 和第二卡接面10上均设置有锥螺纹11或卡齿等防滑结构，为了便于加工以降低成本优先选择锥螺纹，在预制混凝土桩通过机械接头连接后，混凝土桩之间会产生向外的拉拔力，楔片在导向滑动面的作用下，楔片与连接卡杆会产生相对的滑动，因此会减小机械接头的抗拔力，而在第一卡接面和第二卡接面上设置防滑结构，可以增加楔片与连接卡杆之间的滑动阻力，即提高了机械接头的抗拔力。

进一步地，仅在第二卡接面上加工锥螺纹11或卡齿。如图10a所示，当第一卡接面和第二卡接面上均具有锥螺纹(卡齿)时，在楔片进入导向滑动面和第二卡接面后，第一卡接面和第二卡接面上的锥螺纹的齿顶先相互接触，如图 10b所示，当连接卡杆受到向外的拉拔力时，第一卡接面和第二卡接面上的锥螺纹相互卡合，此时，楔片的第一滑动面和容纳限位套的导向滑动面之间会产生一个齿高的间隙Z1，因此，会造成连接卡杆与容纳限位套的连接不牢靠和以及轴向运动间隙。如图10c所示，为只在连接卡杆的第二卡接面上设有锥螺纹，因此，当在楔片进入导向滑动面和第二卡接面之间，第一滑动面与导向滑动面抵接，第一卡接面与第二卡接面上的锥螺纹的齿顶抵接，不会产生图10b中的间隙，保证了卡接的牢固性能。

图11a和图11b所示为在滑动导向面上加工有卡齿结构的防滑结构，优选的，沿容纳限位套的容纳空间向容纳限位套外径的方向上，卡齿的齿高逐渐增加，也就是如图11c所示的卡齿的齿高超出图中虚线的高度逐渐增加。在导向滑动面上加工逐渐增高的卡齿，如图11b和图11c所示，当楔片进入导向滑动面和插头之间后，楔片的外侧面与相邻的卡齿接触，进而可以防止楔片在导向滑动面和插头之间滑动，保证了机械接头的卡接牢固。

图11d和图11e所示为在楔卡的第一滑动面上加工有卡齿结构的防滑结构，如图11f所示，当楔卡进入导向滑动面和连接卡杆之间后，楔卡的前端会部分超出导向滑动面，当在第一滑动面上加工有卡齿时，导向滑动面与容纳限位套的连接导杆插入方向的内壁形成的边抵接在卡齿的一个齿面上，进而限制了楔卡与容纳限位套的相对运动，提高了连接卡杆与容纳限位套的连接强度，进而提高了抗拔性能，在该实施例中，优选地，导向滑动面与容纳限位套中心轴线的夹角r1大于楔卡的第一滑动面与容纳限位套中心轴线的夹角r2，这样，导向滑动面与容纳限位套的连接导杆插入方向的内壁形成的边可以方便的卡入到第一滑动面上的卡齿中。

以上描述了在第一卡接面和第二卡接面、第二卡接面、导向滑动面以及第一滑动面上加工卡齿或锥螺纹用于限制楔卡在容纳导向套和连接卡杆之间的运动的四种防滑结构，但是不限于上述四种形式，防滑结构可以在第一卡接面、第二卡接面、导向滑动面和第一滑动面中一个或多个面上加工，此处，不再对其它加工形式进行描述。

由于连接卡杆的第二卡接面为锥形面，当楔卡的第一卡接面为与第二卡接面锥度相同的锥形面时，由于楔卡与连接卡杆的卡接位置不确定，因此，在楔卡与连接卡杆卡接时，第一卡接面和第二卡接面不会完全配合。如图12a所示，图中Q1至Q5曲线表示第二卡接面不同位置处的截面半径曲线，图中J曲线表示楔卡的某一位置处的截面半径曲线，如图中所示，当J曲线处于Q1位置时， J曲线与Q1完全贴合，当J曲线处于Q2至Q5时，J曲线与Q曲线的间隙逐渐增加，也就是说楔卡处于连接卡杆的不同位置时，楔卡与连接卡杆的卡接状态不同，即不能保证第一卡接面与第二卡接面完全贴合。

优选地，本实用新型公开的机械接头的第一卡接面31为圆锥形面或椭圆锥形面，在插接状态下，所述第一卡接面31与第二卡接面10为面接触、单根线接触或单点接触，所述第一滑动面30与导向滑动面22为两根线接触或面接触。

也就是说，如图12b和图12c所示，当第一卡接面为圆锥形时，在插接状态下，第一卡接面的直径大于第二卡接面对应位置的直径，所述第一滑动面的直径大于导向滑动面对应位置的直径，形成线接触，此时如果第一卡接面的锥度略大于或小于第二卡接面的锥度，二者则为点接触；当第一卡接面为椭圆锥形面时，其为关于短轴对称的椭圆弧形锥面，也需要满足椭圆弧形锥面的第一卡接面与第二卡接面为线接触或点接触，具体地，可以设置为第二卡接面的直径等于第一卡接面的短轴长度，当然也可以设置为其他值，只要满足线接触的要求即可，如果这时满足第一卡接面的锥度略大于或小于第二卡接面的锥度，二者则为点接触，对于导向滑动面和第一滑动面，有可能是第一滑动面的两端与导向滑动面接触，也有可能是两端稍微内侧一些，根据椭圆弧的规格决定。由于实际生产过程中，很难控制楔片与导向滑动面和第一滑动面均为面接触，这样以来，设置为线接触，在周向上，楔片的内侧为中间受力(图中力F1)，而楔片的外侧为两端受力(图中的力F2)，形成三角形受力结构，使得楔片的内外受力不会集中于一个点上，避免因受力过于集中导致的变形和损坏，提高整个机械接头的抗拔性能。

同时，为了增加该容纳限位套与混凝土桩的抱裹力，容纳限位套的外壁优先选用多边形结构，在本实施例中容纳限位套外壁为十二边形结构。

如图13所示为本实用新型公开的机械接头第二种结构，包括连接卡杆1，容纳限位套2、楔片3、弹簧4和堵头5。如图14a、图14b和图14c所示，所述容纳限位套2一端为连接卡杆插入端26，另一端为堵头固定端27，所述容纳限位套2内部设有用于插入连接卡杆1的容纳空间20，所述容纳限位套2的内壁上设有一个以上(包括一个)的滑槽21，本实施例中，滑槽的数量为3个，且滑槽21在容纳限位套2的内壁上周向均布，滑槽的截面为扇形结构，优选地，所述滑槽21的方向与容纳限位套2的轴线方向平行，所述滑槽21中靠近连接卡杆插入侧具有锥形的导向滑动面22，容纳限位套2的堵头固定端27设有堵头安装腔29，所述楔片3和弹簧4置于滑槽21中，这部分结构与第一种结构相同。不同点在于，在该结构中，如图15所示，所述连接卡杆1包括底座12、插头 13和连接所述底座12与插头13的导向部14，所述插头13与导向部14之间设有锥形的第二过渡面15，如图14a所示，所述容纳限位套2的连接卡杆插入端 26的内径上设有锥形的第一斜面28，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面15与第一斜面28抵接。该结构可以进一步的减小插头的外径与容纳限位套内径的间隙Z2(容纳限位套的最小内径可以与插头的最大外径相配合)，也就是减小了连接卡杆的中心轴线x-x与容纳限位套的中心轴线y-y可能的偏差距离，减少在插接过程时连接卡杆与容纳限位套的轴线偏移距离(m-m方向的运动量)，即容纳空间对连接卡杆起到校正作用，保证插接的可靠性。

进一步地，如图14a所示，所述容纳空间20的内壁上设有第一内螺纹201，预制混凝土桩分为预应力混凝土桩和非预应力混凝土桩，预应力混凝土桩在进行浇筑时，需要对主筋施加预应力。在该结构的机械接头中，由于在容纳限位套本体的整个容纳空间的内壁上都加工有第一内螺纹201，因此可以在混凝土桩浇筑时，通过螺栓与第一内螺纹201连接并对其施加预应力，然后进行浇筑，即可获得预应力混凝土桩。同时，由于容纳限位套的内壁上加工有第一内螺纹，而在混凝土桩连接时，需要在两桩端面注入环氧树脂胶，注入的环氧树脂胶可以沿着第一内螺纹的缝隙进入到容纳限位套中，进一步的增加机械接头的连接性能，保证混凝土桩的可靠连接。

如图16、图17和图18所示为具有第二种结构的机械接头用于预制混凝土桩连接的结构图，如图所示，连接卡杆1的底座12通过外螺纹与定位螺母71 连接，定位螺母71另一端连接有主筋70，堵头5上设置有钢筋固定孔50，钢筋固定孔上连接有主筋70。定位螺母和容纳限位套分别固定在预制混凝土桩的两端，通过该机械接头可以快速的实现混凝土桩的插接。图16中所示的定位螺母上设置有与PC钢棒连接的墩头卡台，堵头5上的钢筋固定孔50也为与PC钢棒连接的墩头卡台，通过该结构可以实现预应力混凝土桩和预应力混凝土桩的快速连接。

图17中定位螺母上设置有设置有与螺纹钢连接的螺纹孔，堵头5上的钢筋固定孔50也为设置有与螺纹钢连接的螺纹孔，该结构可以实现具有非预应力混凝土桩与非预应力混凝土桩的快速插接。

图18中定位螺母上设置有与PC钢棒连接的墩头卡台，堵头5上的钢筋固定孔50为与螺纹钢连接的螺纹孔，该结构可以实现预应力混凝土桩与非预应力混凝土桩的快速插接。定位螺母和堵头上的与加强筋连接的结构，可以根据需要进行选取，不限于上面描述的三种情况。

在机械接头用于混凝土桩连接时，需要在混凝土桩的端部周向布置多个机械接头，在预制混凝土浇筑时，存在混凝土端面与混凝土桩轴线倾斜的情况，由于连接卡杆是在混凝土桩浇筑之后安装在混凝土桩端面上的，因此可以通过测量可以保证连接卡杆的插头端部处于同一平面，而容纳限位套是浇筑在混凝土桩中，混凝土桩浇筑后，容纳限位套的位置被限定。因此，如图29所示，当混凝土桩的端面出现倾斜时，在该图中，安装连接导杆的桩端面与桩轴线垂直 (表示通过精确测量，可以保证插头的端面与桩端面的距离一致)，安装有容纳限位套的桩端面倾斜，在两个桩通过图29中所示的形式进行连接时，图29中上侧的机械接头中的连接卡杆插入容纳限位套中时会出现过插入的状态，即如图30中所示，当连接卡杆插入容纳限位套中后，连接卡杆上的第二卡接面与容纳限位套上的导向滑动面之间的距离过大，使得楔片的第一滑动面和第一卡接面无法同时与导向滑动面和第二卡接面接触，使得第一卡接面和第二卡接面之间出现间隙(图中Z5)，也就是此时楔片无法将连接卡杆与容纳限位套卡接，如图31所示，当连接卡杆插入容纳限位套中后，需要对连接卡杆向外进行拉拔，以便于楔片将连接卡杆与容纳限位套卡接，当将连接卡杆向外拉拔时，两个对接的混凝土桩端面会产生相应大小的间隙Z4(连接卡杆向外拉拔的距离)，造成混凝土桩连接的不牢靠。

在第二种结构中，所述连接卡杆1包括底座12、插头13和连接所述底座 12与插头13的导向部14，所述插头13与导向部14之间设有锥形的第二过渡面15，所述容纳限位套2的连接卡杆插入端26的内径上设有锥形的第一斜面 28，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面15与第一斜面28抵接。也就是说，在连接卡杆插入容纳限位套中时，第一斜面对连接卡杆起到下行限位的作用，可以防止连接卡杆过插入到容纳限位套中而产生上述连接导杆过插入而引起桩端面出现间隙的问题。

进一步地，该结构的机械接头中的连接卡杆的插头的端部可以为圆台形、球台形的端头，优选地，插头包括第二卡接面、插头导向面以及圆弧过渡面，所述第二卡接面和插头导向面均为锥度面，两个锥度面的大径端通过圆弧形的圆弧过渡面连接，机械接头的第一卡接面为圆锥形面或椭圆锥形面，在插接状态下，所述第一卡接面与第二卡接面为面接触、单根线接触或单点接触，所述第一滑动面与导向滑动面为两根线接触或面接触。第一卡接面和第二卡接面上均设置有锥螺纹或卡齿，或者，仅在第二卡接面上加工锥螺纹或卡齿。这些结构均与第一种机械接头中相同，此处不再详细描述。

如图19为本实用新型公开的机械接头的第三种结构，包括连接卡杆1，容纳限位套2、楔片3、弹簧4和堵头5。如图20a、图20b和图20c所示，所述容纳限位套2内部设有用于插入连接卡杆1的容纳空间20，所述容纳空间20包括导向腔23和插头校正腔24，所述插头校正腔24的内径小于导向腔23的内径，所述插头校正腔24的内壁上设有滑槽21，所述导向腔23和插头校正腔24之间设有第一过渡面25，导向腔23的内壁上加工有第二内螺纹。本实施例中，滑槽的数量为3个，且滑槽21在插头校正腔24的内壁上周向均布，所述滑槽21的方向与容纳限位套2的轴线方向平行，所述滑槽21中靠近连接卡杆插入侧具有锥形的导向滑动面22，所述楔片3和弹簧4置于滑槽21中。本实施例中，弹簧和楔片的结构与第一种结构中相同，此处，不重复描述。如图21所示，连接卡杆1包括底座12、插头13和连接所述底座12与插头13的导向部14，所述插头13与导向部14之间设有锥形的第二过渡面15，当连接卡杆插入容纳限位套时，所述第二过渡面15与第一过渡面25抵接。该结构的机械接头由于在容纳限位套上加工有导向腔，导向腔的内径大于插头校正腔，因此，在插接开始过程中，导向腔对连接卡杆的插头起导向作用，在插头进入到插头校正腔时，插头校正腔对插头起到校正的作用(插头校正腔的内径与插头的外径之间的间隙较小)，同时，第二过渡面对连接卡杆起到下行限位的作用，可以避免连接卡杆的过插入而引起两混凝土桩端面之间的间隙。在导向腔的内壁上加工第二内螺纹，可以在浇筑混凝土桩时，用螺栓与第二内螺纹连接以便于将容纳导向套固定，通过该结构可以浇筑非预应力混凝土桩。

该结构的机械接头中的连接卡杆的插头的端部可以为圆台形、球台形的端头，优选地，插头包括第二卡接面、插头导向面以及圆弧过渡面，所述第二卡接面和插头导向面均为锥度面，两个锥度面的大径端通过圆弧形的圆弧过渡面连接，机械接头的第一卡接面为圆锥形面或椭圆锥形面，在插接状态下，所述第一卡接面与第二卡接面为面接触、单根线接触或单点接触，所述第一滑动面与导向滑动面为两根线接触或面接触。第一卡接面和第二卡接面上均设置有锥螺纹或卡齿，或者，仅在第二卡接面上加工锥螺纹或卡齿。这些结构均与第一种机械接头中相同，此处不再详细描述。

如图22a所示为本实用新型公开的机械接头的第四种结构，包括连接卡杆1，容纳限位套2、楔片3、弹簧4和堵头5。该结构的机械接头与第二种结构的不同点在于，该结构的容纳限位套的外壁上加工有第一外螺纹203，堵头为一圆柱体结构安装在堵头安装腔中。

如图23、图24和图25所示为具有该结构机械接头的预制混凝土桩，包括第一端板80、第二端板81，所述第一端板80和第二端板81分别固定在预制混凝土桩的两端，所述第一端板和第二端板上均设有容纳限位套固定孔82、主筋固定孔84和连接卡杆固定孔83，容纳限位套固定孔和主筋固定孔相互连通形成葫芦状结构，所述连接卡杆与第一端板的连接卡杆固定孔螺纹连接，所述容纳限位套螺纹连接在第二端板的容纳限位套固定孔中，所述预制混凝土桩的主筋安装在所述主筋固定孔中。通过该结构的机械接头可以实现具有端头板的预制混凝土桩的快速连接。同理，第一种结构和第三种结构中公开的机械接头也可以适用于本结构，即只需要在第一种结构和第三种结构中公开的容纳限位套的外壁上加工外螺纹，既可以实现用于具有端头板的预制混凝土桩的连接。

如图22b和图26所示，为第五中结构的机械接头，根据实际的工程需要，在第四种机械接头的基础上，堵头上增加钢筋固定孔，用于连接锚固筋以增加预制混凝土桩的强度。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

设计图

一种机械接头及预制混凝土桩论文和设计

一种机械接头及预制混凝土桩论文和设计-袁雪峰

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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