CN102454677B - 螺栓联接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺栓联接装置，该螺栓联接装置包括柔性螺栓和弹性设备，柔性螺栓包括一体成型的螺帽、柔性螺杆和螺纹段，螺帽与所述螺纹段分别设置于所述柔性螺杆两端，柔性螺杆与螺纹段为圆柱形结构，弹性设备为圆环形结构，柔性螺杆与所述螺帽的连接部分通过连接圆弧过渡，弹性设备内圆的直径大于所述柔性螺杆与所述螺帽之间的连接圆弧的最大截面圆的直径，弹性设备套设在所述柔性螺杆上，并位于螺帽一侧。因此，本发明提供的螺栓联接装置能够有效解决现有技术中的螺栓联接件抗疲劳性能差的缺陷，提高螺栓联接机构的抗疲劳性能，延长设备使用寿命。

Description

螺栓联接装置

技术领域

本发明涉及一种柔性联接技术，尤其涉及一种螺栓联接装置，属于机械制造领域。

背景技术

随着现代工业技术的快速发展，对于工业设备的要求也越来越高。越来越多的工业设备，被要求在比较苛刻的条件下使用，比如高温、高速、及高压等环境，在上述的工作环境下，一些比较关键性动力设备，例如发动机的涡轮转子、叶片以及机车车辆的悬挂零部件等，经常会遭受疲劳失效问题。

工业设备的联接形式有多种，考虑联接件和被联接件的强度、安装与拆卸、运用与维护等因素影响，大多数关键动力设备采用高强度螺栓联接方式，其中一些被联接件在工作时要承受较大的动载荷，或交变无常的冲击载荷，尤其是作为联接件的螺栓，在变化的动载荷的作用下，极易发生疲劳断裂，导致联接失效。

现有技术中，提高螺栓连接抗疲劳性能的方法有多种，根据连接部件及设备使用工况，各种提高抗疲劳方案各有所长。例如单独采用高强度材料制造的柔性螺栓方案，这种连接方案相对简单，通过采用公知的高强度材料，设计柔性螺栓结构，控制螺栓的制造工艺，保证螺栓质量，来提高螺栓的柔性和抗疲劳性能。但该方案在连接设备承受频繁波动载荷下，其抗疲劳性能相对较差。另外，还有采用柔性螺栓与弹性套管或蝶形弹簧组合配套使用的技术方案，该技术方案相对单独采用柔性螺栓方案的抗疲劳性能好些，能够较好地解决螺栓连接设备的疲劳断裂问题，但在机车悬挂系统的应用中，因机车悬挂系统的质量比较大，在运行中轮轨冲击载荷及牵引电机输出扭矩的波动较大，因此还是不能有效避免发生螺栓断裂问题。

因此，现有技术中的螺栓联接件存在抗疲劳性能差、影响设备使用寿命的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种螺栓联接装置，用以提高螺栓联接件的抗疲劳性能，延长设备使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种螺栓联接装置，包括柔性螺栓和弹性设备，所述柔性螺栓包括一体成型的螺帽、柔性螺杆和螺纹段，所述螺帽与所述螺纹段分别设置于所述柔性螺杆两端，所述柔性螺杆与所述螺纹段为圆柱形结构，所述弹性设备为圆环形结构，所述柔性螺杆与所述螺帽的连接部分通过连接圆弧过渡，所述弹性设备内圆的直径大于所述柔性螺杆与所述螺帽之间的连接圆弧的最大截面圆的直径，所述弹性设备套设在所述柔性螺杆上，并位于螺帽内侧。

本发明提供的螺栓联接装置，采用柔性螺栓及弹性设备的组合结构。由于螺栓具有较好的柔性，且弹性设备可以起到减缓波动载荷的作用，因此，本发明提供的螺栓联接装置能够有效解决现有技术中的螺栓联接件抗疲劳性能差的缺陷，提高螺栓联接件抗疲劳性能差，延长设备使用寿命。

附图说明

图1为本发明螺栓联接装置实施例的结构示意图一；

图2为本发明螺栓联接装置实施例的结构示意图二；

图3为本发明实施例中弹性设备的结构示意图一；

图4为本发明实施例中弹性设备的结构示意图二；

图5为本发明实施例中柔性螺栓的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案。

图1为本发明螺栓联接装置实施例的结构示意图一，图2为本发明螺栓联接装置实施例的结构示意图二，如图1、图2所示，本发明实施例提供的螺栓联接装置包括柔性螺栓11和弹性设备12，所述柔性螺栓11包括一体成型的螺帽111、柔性螺杆112和螺纹段113，所述螺帽111与所述螺纹段113分别设置于所述柔性螺杆112两端，所述柔性螺杆112与所述螺纹段113为圆柱形结构，所述弹性设备12为圆环形结构，柔性螺杆112与所述螺帽111的连接部分通过连接圆弧过渡，所述弹性设备12内圆的直径大于所述柔性螺杆112与所述螺帽111之间的连接圆弧的最大截面圆的直径，所述弹性设备12套设在所述柔性螺杆112上，并位于螺帽111内侧，且弹性设备可以紧靠在螺帽上。

本发明上述实施例提供的螺栓联接装置，采用柔性螺栓及弹性设备的组合结构。由于柔性螺杆具有良好的韧性，且弹性设备可以起到减缓压力的作用，因此，本发明提供的螺栓联接装置能够有效解决现有技术中的螺栓联接装置抗疲劳性能差的缺陷，提高螺栓联接装置抗疲劳性能，延长使用寿命。

本发明上述实施例中的柔性螺栓11可以采用高性能材料来提高螺栓的韧性，例如使用高强度合金渗碳钢18Cr2Ni4WA。另外如图3、图4所示，其中的弹性设备可以设置环形橡胶垫圈121，在环形橡胶垫圈121的两侧设置有环形刚性垫圈122，具体的环形橡胶垫圈与环形刚性垫圈可以通过成熟的硫化粘接技术粘接成为一个整体。

又如图3、图4所示，本发明上述实施例中提供的螺栓联接装置，可以在弹性设备的边缘设置至少一个开口123，例如在弹性设备由两个环形钢性垫圈和一个环形橡胶垫圈组成时，且此时环形刚性垫圈的外圆半径大于环形橡胶垫圈的外圆半径，可以在环形刚性线圈的对应位置设置开口，使得在弹性设备的安装过程中，在开口中放置专用工具，以限制在螺栓拧紧过程中，两个环形刚性垫圈的相对旋转，保证螺栓预紧的准确性。

图5为本发明实施例中柔性螺栓的结构示意图，如图5所示，可以在柔性螺栓11的螺帽111处设置贯穿的防松孔114，螺帽111为一六角螺帽，防松孔114在螺帽111六个侧面中的一对平行的侧面上设置，通过在该防松孔114中穿防松钢丝或其他防松装置，解决本实施例中柔性的螺栓联接装置容易松懈的问题。另外还可以在柔性螺杆112与所述螺帽114连接部分116和/或所述柔性螺杆112与所述螺纹段113连接部分115设计成圆弧过渡，通过设置上述的圆弧过渡部分，可以减小应力集中，并使螺栓受力更加合理；另外还可以改变螺栓加工工艺，最大限度消除制造过程中的缺陷隐患和变形，以及采用小直径螺杆等手段，增强螺栓的柔性，改善受力状况。

如图1所示，本发明提供的螺栓联接装置，其具体使用方法是，将弹性设备12套设于柔性螺栓11上，柔性螺栓11的柔性螺杆112部分穿过第一被联接件13，柔性螺栓11的螺纹段113拧入第二被联接件14中，实现第一被联接件13与第二被联接件14的联接。

本发明提供的柔性组合式的螺栓联接装置，能够有效提高机械动力设备零部件承受交变冲击载荷的能力，缓解现有技术中易造成螺栓联接装置早期疲劳失效问题，特别适用于高速重载机车车辆零部件的联接或其它关键动力机械设备零部件的联接。另外，可根据联接强度的需要，选用普通材料制造的柔性螺栓，相应匹配环形橡胶垫圈的参数，亦可以用于其它小型机械设备承受动载荷零部件的联接。

本发明提供的螺栓联接装置，其中采用柔性螺栓，在保证柔性螺栓高强度的前提下尽可能地降低螺栓刚度，提高其柔性，增强螺栓适应波动载荷的能力，结构设计时，采用小直径螺杆，且螺纹段与螺杆、螺帽与螺杆部位采用尽可能大的圆弧过渡，尤其螺帽与柔性螺杆过渡部位，可进一步采用“圆弧+斜线段+圆弧”的过渡结构，以减少应力集中。选择合适的螺栓综合性能指标，使螺栓的抗拉强度不小于940MPa，屈服强度不小于800Mpa，断面收缩率不小于55％，断后伸长率不小于16％，室温冲击不小于40J。并可采用整体锻造坯料，螺纹滚压成型技术，提高螺栓的制造质量。

本发明提供的螺栓联接装置，其中采用的弹性设备，可以合理匹配弹性设备性能指标，控制刚性垫圈与橡胶垫圈的粘着强度不小于4N/mm²，肖氏硬度不小于70HS，并设计橡胶垫圈具有合适的厚度，以匹配柔性螺栓与弹性设备组合后的柔性，提高螺栓的抗疲劳性能。

本发明提供的螺栓联接装置，采用柔性螺栓及弹性设备的组合结构，其中的弹性设备具有一定柔度，在预紧力过大时会导致弹性设备刚性化而起不到吸震作用，因此组装时可选择合适的预紧力，如直径为20cm(M20)的螺栓拧紧力矩设置在270N.m，以保证连接部件工作时，弹性设备起到吸震作用。

虽然本发明以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意改动或等同替换，故本发明的保护范围应当以本申请权利要求书所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种螺栓联接装置，其特征在于，包括柔性螺栓和弹性设备，所述柔性螺栓包括一体成型的螺帽、柔性螺杆和螺纹段，所述螺帽与所述螺纹段分别设置于所述柔性螺杆两端，所述柔性螺杆与所述螺纹段为圆柱形结构，所述弹性设备为圆环形结构，所述柔性螺杆与所述螺帽的连接部分通过连接圆弧过渡，所述弹性设备内圆的直径大于所述柔性螺杆与所述螺帽之间的连接圆弧的最大截面圆的直径，所述弹性设备套设在所述柔性螺杆上，并位于螺帽内侧；

所述弹性设备的边缘设置至少一个开口；

所述弹性设备包括环形橡胶垫圈，所述环形橡胶垫圈的两侧设置有环形刚性垫圈；

所述环形刚性垫圈的外圆半径大于所述环形橡胶垫圈的外圆半径，位于两侧的两片环形刚性垫圈的对应位置设置有开口。

2.根据权利要求1所述的螺栓联接装置，其特征在于，所述柔性螺栓的所述螺帽设置有贯穿的防松孔。

3.根据权利要求1所述的螺栓联接装置，其特征在于，所述柔性螺杆与所述螺纹段的连接部分通过连接圆弧过渡。

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