CN102141073B - 一种高温自紧固连接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温自紧固连接装置，包括弹性扣件、螺栓和螺母；弹性扣件由直径不变的耐高温棒材通过三维缠绕技术塑性成型，安装时将弹性扣件套在螺栓上，螺母配合对被连接件进行连接，其螺栓和螺母没有开槽，连接的可靠性得到了完全保证；连接使用的弹性扣件的结构形式使连接装置具有减振功能；使用时弹性扣件承受一定的预紧力，在高温、强烈振动的工作环境中，弹性扣件的材料线膨胀系数大于螺栓的材料线膨胀系数，弹性扣件的预紧力不会下降太快甚至能有所上升，防止了连接松脱。不仅能满足高可靠性、振动防松脱和减振的要求，而且在温度升高时能达到自紧固的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧固连接装置，特别是一种高温自紧固连接装置。属于航空航天及兵器工业领域中的热防护技术，适用于发动机喷管和高速飞行器热防护结构部件的连接。
背景技术
在高速飞行器外表面和一些热结构部件，都不同程度的承受着严酷的热载荷，有的部位温度极值会达到400℃至2200℃。飞行器的连接结构成为一个重要问题。一方面要保证连接装置能承受强烈的热载荷，在极端温度环境下能够满足结构强度和刚度要求；另一方面连接装置不会因飞行过程中的强烈振动而松脱，并尽量降低振动对飞行器各个系统的影响。在高温环境下普通螺纹连接面临一种困难，温度升高时，螺纹连接的各个部件材料发生热膨胀，同时材料刚度下降，这会导致螺纹连接的预紧力下降，致使螺纹连接松脱，会导致事故的发生。
中国发明专利200720171357.1中公开描述了一种抗震防松自锁螺纹紧固件，它在同一螺杆或其相配合的螺母上至少设置有两段或以上独立且相互错位的螺纹段，其螺杆螺纹段之间的光杆柱面或螺母螺纹段之间的内孔光面上至少分布有两个或两个以上以轴线对称且相互错位的径向切槽。但是切槽的存在使得螺纹的连接强度降低，不具备高可靠性，飞行器的强烈振动会导致具有切槽的螺栓或螺母断裂，而且，在温度升高时也不能达到自紧固的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种高温自紧固连接装置。该连接装置在高温、强烈振动的工作环境中，不仅能满足高可靠性、振动防松脱和减振的要求，而且在温度升高时能达到自紧固的效果。克服了现有技术中的缺陷和不足。
为解决上述技术问题，本发明采用的方案是：将工作在高温环境下的两个或者多个构件固定在一起构成连接装置，其包括弹性扣件、螺栓和螺母；弹性扣件由直径不变的耐高温棒材通过三维缠绕技术塑性成型，安装时将弹性扣件套在螺栓上，螺母配合对被连接件进行连接，并使弹性扣件承受一定的预紧力。
所述的弹性扣件呈中空状，上下两层为花瓣形，每层花瓣数为3至4瓣，上层花瓣与下层花瓣的数量相同，均匀分布在上下平行的两个平面上，两层花瓣交错分布，上层花瓣围绕的圆心与下层花瓣围绕的圆心在同一轴线上；上下两层花瓣中每个花瓣的外缘均为半圆弧形，上层花瓣沿半圆弧形的两端分别向下过渡至下层花瓣，与下层花瓣的两端过渡相连，上层花瓣、下层花瓣的两端过渡相连处构成了弹性扣件中心通孔的外缘，中心通孔为变径孔，中心通孔的最小直径大于螺栓的直径；下层花瓣的外缘棒材是一个圆环的一部分，下层花瓣的其它部分由圆环过渡并沿圆环的径向向圆心方向延伸；下层花瓣中有一个花瓣在其外缘中间有一个切口，切口由缠绕成型棒材的起止端相对形成。弹性扣件的上下两层花瓣的外缘边均分别在同一平面圆的外缘上，并且包络上层花瓣的圆的半径大于包络下层花瓣的圆的半径；弹性扣件整体曲率连续。
所述的弹性扣件的材料在高温下线膨胀系数大于所用螺栓材料的线膨胀系数。
本发明高温自紧固连接装置，是一种用于在高温环境下，将两个或者多个构件固定在一起的连接装置。连接装置具有减振功能；既能保证高温环境下连接的可靠性，防止连接发生松脱，亦能有效减少外界振动对结构的影响。
连接装置的螺栓、螺母没有类似的开槽，连接的可靠性得到了很好保证；高温时，弹性扣件的材料线膨胀系数大于螺栓的材料线膨胀系数，弹性扣件的预紧力不会下降太快甚至能有所上升，防止连接发生松脱。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种高温自紧固连接装置作进一步详细说明。
图1为本发明高温自紧固连接装置用于飞行器蒙皮与内部机体结构的连接示意图。
图2为四瓣结构的弹性扣件示意图。
图3为四瓣结构的弹性扣件俯视图。
图4为本发明高温自紧固连接装置的连接结构示意图。
图5为三瓣结构的弹性扣件示意图。
图6为三瓣结构的弹性扣件俯视图。
图中：
1.飞行器蒙皮 2.冒型支撑筋 3.隔热纤维 4.弹性扣件
5.内部机体结构 6.被连接板 7.被连接板
具体实施方式
实施例一
图1展示了本发明高温自紧固连接装置用于飞行器蒙皮与内部机体结构的连接结构实施例。其包括飞行器蒙皮1、冒型支撑筋2、隔热纤维3、弹性扣件4和内部机体结构5。飞行器蒙皮1在图中所示的连接结构处为耐高温合金平板。冒型支撑筋2由高温合金钢平板通过钣金成型工艺加工而成，截面形状为梯形，冒型支撑筋2的底座通过真空钎焊工艺焊接在飞行器蒙皮1上。内部机体结构5是飞行器内部机体的一块平板部件，为钛合金材料。冒型支撑筋2和内部机体结构5上分别设置有通孔，用于螺栓、螺母连接。螺栓、螺母和弹性扣件的材料也为高温合金钢，高温情况下，弹性扣件4的材料线膨胀系数大于所用螺栓材料的线膨胀系数。在飞行器蒙皮1和内部机体结构5之间的空隙处与冒型支撑筋2内部填充隔热纤维3。
弹性扣件4采用直径不变的耐高温棒材制作，通过三维缠绕方式塑性成型。弹性扣件4为中空，空间呈花瓣状。安装时，弹性扣件套在螺栓上。
如图2、图3所示为四瓣结构的弹性扣件。弹性扣件采用一根等径耐高温棒材绕成上下两层花瓣形状；上层花瓣与下层花瓣的数量相同，均匀分布在上下平行的两层平面上；弹性扣件结构的上层花瓣围绕的圆心与下层花瓣围绕的圆心在同一轴线上，上下两层花瓣交错分布；弹性扣件4上层花瓣中每个花瓣的外缘均为半圆弧形，半圆弧形的两端分别向下过渡至下层花瓣，并与下层花瓣的两端过渡相连；上层花瓣中每个花瓣的两端分别向下与下层花瓣的两端过渡相连处构成了弹性扣件4中心通孔的外缘，并且中心通孔为变径孔；中心通孔的最小直径大于螺栓杆的直径；下层花瓣的外缘棒材是一个圆环的一部分，下层花瓣的其他部分由圆环过渡并沿圆环的径向向圆心方向延伸；下层花瓣中有一个花瓣在其外缘中间有一个切口，切口由弹性扣件4棒材的起始端和终止端相对而形成；弹性扣件4的上下两层花瓣的外缘边各分别在同一平面圆的外缘上，并且包络上层花瓣的圆的半径大于包络下层花瓣的圆的半径；弹性扣件4整体曲率连续。
冒型支撑筋2和内部机体结构5上分别设置有通孔，通孔直径大于螺栓的直径，用于穿入螺栓进行连接。
装配过程中，将螺栓穿入内部机体结构5上的通孔，再将弹性扣件4套在螺栓上，弹性扣件4可以依实际情况进行颠倒放置；在本实施例中弹性扣件较大的花瓣与内部机体结构5接触，然后螺栓穿入冒型支撑筋2上的通孔，最后将螺母安装在螺栓上。常温下装配时弹性扣件4承受一定的预紧力。
实施例二
飞行器在一定高度飞行时，其某些结构部件整体承受的温度较高，如高超飞行器翼型的蒙皮和翼型内部均承受很高的温度，这些结构部件的内部存在许多典型的螺栓螺母连接。本实施例是高温自紧固连接装置用于被连接板的实施例。其包括被连接板6、被连接板7、弹性扣件4和螺栓、螺母及垫片。上述零件均由高温合金钢加工而成，高温情况下，弹性扣件4的材料线膨胀系数大于所用螺栓材料的线膨胀系数。
如图4所示，弹性扣件4采用直径不变的高温合金钢棒材制作，通过三维缠绕方式塑性成型。弹性扣件4为中空，空间呈花瓣状，安装时弹性扣件套在螺栓上。被连接板6和被连接板7设置有垂直于板平面的通孔，通孔直径大于螺栓杆部的直径，用于螺栓的穿入。
装配过程中，将垫片套在螺栓上，再把弹性扣件4套在螺栓上，弹性扣件4可以依实际情况进行上下颠倒放置，在本实施例中弹性扣件较大的花瓣与垫片接触，然后以上整体穿入被连接板6和被连接板7设置的通孔，将螺母旋紧在螺栓上。常温下装配时弹性扣件4承受一定的预紧力。
如图5和图6所示，弹性扣件为上下两层各三瓣的花瓣形状结构。采用一根等径耐高温棒材绕制成型；上层花瓣与下层花瓣的数量相同，均匀分布在上下平行的两层平面上；弹性扣件的上层花瓣围绕的圆心与下层花瓣围绕的圆心在同一轴线上，上下两层花瓣交错分布；弹性扣件4上层花瓣中每个花瓣的外缘均为半圆弧形，该半圆弧形的两端分别向下过渡至下层花瓣，并与下层花瓣的两端过渡相连；上层花瓣中每个花瓣的两端分别向下与下层花瓣的两端过渡相连构成弹性扣件4中心通孔的外缘，并且该中心通孔为变径孔；中心通孔的最小直径大于螺栓的直径；下层花瓣的外缘棒材是一个圆环的一部分，下层花瓣的其它部分由圆环过渡并沿圆环的径向向圆心方向延伸；下层花瓣中有一个花瓣在其外缘中间有一个切口，切口由弹性扣件4棒材的起始端和终止端相对而形成；弹性扣件4的上下两层花瓣的外缘边各分别在同一平面圆的外缘上，并且包络上层花瓣的圆的半径大于包络下层花瓣的圆的半径；弹性扣件4整体曲率连续。
如图4所示，被连接板6和被连接板7设置有垂直于板平面的通孔，通孔直径大于螺栓杆部的直径，用于螺栓的穿入。
装配过程中，将垫片套在螺栓上，再把弹性扣件4套在螺栓上，弹性扣件4可以依实际情况进行上下颠倒放置，在本实施例中弹性扣件较大的花瓣与垫片接触，然后将其整体穿入被连接板6和被连接板7设置的通孔，将螺母旋紧在螺栓上。常温下装配时弹性扣件4承受一定的预紧力。
本发明高温自紧固连接装置的螺栓和螺母没有开槽，连接的可靠性得到了完全保证；连接使用的弹性扣件的结构形式使连接装置具有减振功能；高温时，弹性扣件的材料线膨胀系数大于螺栓的材料线膨胀系数，弹性扣件的预紧力不会下降太快甚至能有所上升，防止了连接松脱。。
Claims (3)
1.一种高温自紧固连接装置，包括弹性扣件、螺栓和螺母；弹性扣件由直径不变的耐高温棒材通过三维缠绕技术塑性成型，安装时将弹性扣件套在螺栓上，螺母配合对被连接件进行连接，其特征在于：所述的弹性扣件呈中空状，上下两层为花瓣形，每层花瓣为3至4瓣，上层花瓣与下层花瓣的数量相同，均匀分布在上下平行的两个平面上，两层花瓣交错分布，上层花瓣围绕的圆心与下层花瓣围绕的圆心在同一轴线上；上下两层花瓣中每个花瓣的外缘均为半圆弧形，上层花瓣沿半圆弧形的两端分别向下过渡至下层花瓣，与下层花瓣的两端过渡相连，上层花瓣、下层花瓣的两端过渡相连处构成了弹性扣件中心通孔的外缘，中心通孔为变径孔，中心通孔的最小直径大于螺栓的直径；下层花瓣的外缘棒材是一个圆环的一部分，下层花瓣的其它部分由圆环过渡并沿圆环的径向向圆心方向延伸；下层花瓣中有一个花瓣在其外缘中间有一个切口，切口由缠绕成型棒材的起止端相对形成。
2.根据权利要求1所述的一种高温自紧固连接装置，其特征在于：所述的弹性扣件的上下两层花瓣的外缘边均分别在两个半径不同的平面圆的外缘上，并且包络上层花瓣的圆的半径大于包络下层花瓣的圆的半径；弹性扣件整体曲率连续。
3.根据权利要求1所述的一种高温自紧固连接装置，其特征在于：所述的弹性扣件的材料在高温下线膨胀系数大于所用螺栓材料的线膨胀系数。
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