CN104265747A - 一种额定预紧力轻型螺栓连接件及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种额定预紧力轻型螺栓连接件。六角扳拧面、外螺纹、拧断槽、减轻孔,承载面。本发明既能使额定预紧力轻型螺栓的结构设计重量最小化,又可控制预紧力,获得理想的预紧力十分方便,安全可靠性高,机械性能稳定,维护方便。特别适用于对预紧力要求严格的空腔箱体、抗压能力差的易碎产品的装配连接。
Description
技术领域
本发明涉及额定预紧力轻型螺栓连接件,该轻型螺栓连接件
还可控预紧力和减轻重量的效果。
背景技术
在飞行器、潜水器零件设计中,多功能性,体积小、重量轻、强度高、可控预紧力性能可靠的高端紧固件技术要求高、结构复杂、工艺难度大、价格昂贵。随着现代科技的发展,特别是冶金技术的飞速发展。原材料的性能在大大提高,尤其是原材料合金元素含量的精细化、多元化,有害物质的有效控制,原材料强度、塑性增以及特殊性能等得到有效控制,可以获得理想的特殊性能的材料。某些特殊材料的晶粒成细长线性,晶粒不间断,其抗疲劳性大大提高。目前机械产品的设计都趋于智能化设计,功能化设计及质量最小化设计。在飞行器上的重量最小化一直是最大困扰。重量是最关键的一个参数,采用密度小的轻型材料,减小产品的有效体积几乎是现在解决这一困扰的唯一途径。“在航空航天器、潜水器上,产品超重都是绝对不允许的。采用本发明的结构形式使额定预紧力轻型螺栓的设计重量最小化,即可将重量减少为原来的15%左右,则对航空航天器、潜水器的载重能力将是重大的贡献。为此本发明提供一种多功能性结构形式能解决上述难题的一种额定预紧力轻型螺栓连接件,其预紧力可靠性、可控性能大大增加的同时,重量将减少为原来的15%左右,前景极佳具有推广价值。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种额定预紧力轻型螺栓连接件。利用现代高科技材料、先进的加工工艺,全新的设计理念,解决困扰飞行器设计的最大难题之一是减轻重量。同时提高产品强度,增加预紧力可靠性、可控性能。解决机械紧可控预紧力轻型连接领域的可靠机械连接问题,克服现有技术存在的上述不足。本发明既能使额定预紧力轻型螺栓的结构设计重量最小化,又能获得理想的预紧力可靠性、可控性能,使用维护十分方便。
本发明的技术方案
提供一种额定预紧力轻型螺栓连接件及其制造方法,其制造方法在于:应用棒材直接模压或锻压成型外形坯件,经机械精加工成型。
所述的理论依据为: 采用先进的高科技材料,材料的强度和塑性极好,其晶粒在模压或锻压成型后不断裂形呈流线状,即晶粒流线均匀完整高度取向,材料经过模压或锻压成型产生冷作硬化后大大增强其抗拉强度和疲劳强度,也可以应用形态记忆合金,在高温下模压成型急速冷却,获得本额定预紧力轻型螺栓连接件坯件或获得任意形状坯件。
所用的材料有高强度锻件,高温合金,钛合金,形态记忆合金,高强度钢,超高强度钢及某些特殊钢种等强度大于1100MPa和塑性极好的材料均可。
可控预紧力:通过改变拧断槽深度尺寸的尺寸数据,可控制预紧力值,可十分便捷的获得理想的预紧力。断槽深度尺寸的尺寸数据,可通过设计要求的预紧力、所选的产品材质的抗扭强度等参数进行换算获得精确数据。
可控重量:根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面、减轻孔侧锥面,减轻孔锥角的尺寸,可以控制产品的重量,以达到重量最轻的效果。
提供的额定预紧力轻型螺栓连接件的结构组成包括:六角扳拧面,外螺纹,拧断槽,减轻孔,承载面。
前述六角扳拧面的尺寸满足扳拧特性要求即可,即产品装配时达到预定的预紧力值六角面不破坏,头部倒角光滑美观即可。
前述外螺纹包括:公制螺纹、英制螺纹、美制螺纹、惠氏螺纹MJ螺纹等任意与安装基体螺纹匹配连接。
前述拧断槽包括:拧断槽侧面,拧断槽底部圆弧,拧断槽深度尺寸,拧断槽角度,拧断槽位置尺寸。拧断槽侧面形状不做强制性规定,装配后额定预紧力轻型螺栓端面应保留一定的倒角,一般取15°±5°,拧断槽底部圆弧圆弧半径R小于或等于0.3mm,保证此处应力相对集中,以保证装配后端口光洁平整。拧断槽深度尺寸根据装配预紧力确定。拧断槽位置尺寸按装配预紧力及组件装配空间尺寸确定。
前述减轻孔包括减轻孔底面、减轻孔侧锥面,减轻孔锥角。减轻孔底面、减轻孔侧锥面,减轻孔锥角尺寸不做强制性规规定,根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面、减轻孔侧锥面,减轻孔锥角的尺寸,以达到重量最轻的效果。
前述承载面平面度小于0.05mm,与外螺纹的垂直度不大于0.1mm,承载面与装配基面相接触面不小于80%,以免产生楔负载进而影响产品强度、产品重量(需改变减轻孔尺寸确保产品强度)。
与现有技术相比,本发明的制造方法在于:应用棒材直接模压或锻压成型,提高材料利用率,符合现代少切削或无切削的发展趋势。这是本发明的关键之一。
所述的理论依据为: 采用先进的高科技材料,材料的强度和塑性极好,其晶粒在模压或锻压成型后不断裂形呈流线状,即晶粒流线均匀完整高度取向,材料经过模压或锻压成型产生冷作硬化后大大增强其抗拉强度和疲劳强度,也可以应用形态记忆合金,在高温下模压成型急速冷却,获得该额定预紧力轻型螺栓连接件或任意形状坯件,高性能材料的推广应用。这是本发明的关键之二。
所用的高性能材料有高温合金,钛合金,形态记忆合金,高强度钢,超高强度钢及某些特殊钢种,强度大于1100MPa和塑性极好的材料均可。材料多元化,所用材料均为强度高、密度小重量轻的新型,这是本发明的关键之三。
可控预紧力:通过改变拧断槽深度尺寸的数据,可控制预紧力值,可十分便捷的获得理想的预紧力。断槽深度尺寸的数据,可通过设计要求的预紧力、所选的产品材质的抗扭强度等参数进行换算获得精确数据。这是本发明的关键之四。
可控重量:利用现代高性能材料,现代化紧固件设计图纸,解决困扰飞行器设计的最大难题之一的减轻重量,根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面、减轻孔侧锥面,减轻孔锥角的尺寸,可以控制产品的重量,以达到重量最轻的效果。这是本发明的关键之五。
因此本发明为额定预紧力轻型螺栓连接件领域的又一重要成员。本发明由于采取了以上技术方案,既能使额定预紧力轻型螺栓的结构设计重量最小化,又可控制预紧力,获得理想的预紧力十分方便,安全可靠性高,机械性能稳定,维护方便。特别适用于对预紧力要求严格的空腔箱体、抗压能力差的易碎产品的装配连接。
附图说明
图1-1、1-2分别为本发明的侧视、俯视结构示意图。
图2为拧断槽及拧断槽结构示意图。
图3为减轻孔及减轻孔结构示意图。
图4为本发明的应用实例图。
图中:1-六角板拧面,2-外螺纹,3-拧断槽,4-减轻孔,5-承载面,6-减轻孔底面,7-拧断槽侧面,8-减轻孔侧锥面,9-拧断槽底部圆弧,10-拧断槽深度尺寸,11-头部端面,12-连接基体,13-被连接件,14-装配螺栓,15-装配余料,16-头部倒角,17-拧断槽角度,18-拧断槽位置尺寸,19-减轻孔锥度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。但不作为对本发明的任何限制依据。
一种额定预紧力轻型螺栓连接件及其制造方法,其制造方法在于:应用棒材直接模压或锻压成型外形坯件,经机械精加工成型。
所述的理论依据为: 采用先进的高科技材料,材料的强度和塑性极好,其晶粒在模压或锻压成型后不断裂形呈流线状,即晶粒流线均匀完整高度取向,材料经过模压或锻压成型产生冷作硬化后大大增强其抗拉强度和疲劳强度,也可以应用形态记忆合金,在高温下模压成型急速冷却,获得本额定预紧力轻型螺栓连接件坯件或获得任意形状坯件。
所用的材料有高强度锻件,高温合金,钛合金,形态记忆合金,高强度钢,超高强度钢及某些特殊钢种等强度大于1100MPa和塑性极好的材料均可。
可控预紧力:通过改变拧断槽深度尺寸10的尺寸数据,可控制预紧力值,可十分便捷的获得理想的预紧力。断槽深度尺寸10的尺寸数据,可通过设计要求的预紧力、所选的产品材质的抗扭强度等参数进行换算获得精确数据。
可控重量:根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面6、减轻孔侧锥面8,减轻孔锥角19的尺寸,可以控制产品的重量,以达到重量最轻的效果。
提供的额定预紧力轻型螺栓连接件的结构组成包括:六角扳拧面1,外螺纹2,拧断槽3,减轻孔4,承载面5。
前述六角扳拧面1的尺寸满足扳拧特性要求即可,即产品装配时达到预定的预紧力值六角面不破坏,头部倒角16光滑美观即可。
前述外螺纹2包括:公制螺纹、英制螺纹、美制螺纹、惠氏螺纹MJ螺纹等任意与安装基体螺纹匹配连接。
前述拧断槽3包括:拧断槽侧面7,拧断槽底部圆弧9,拧断槽深度尺寸10,拧断槽角度17,拧断槽位置尺寸 18。拧断槽侧面形状不做强制性规定,装配后额定预紧力轻型螺栓端面应保留一定的倒角,一般取15°±5°,拧断槽底部圆弧9圆弧半径R小于或等于0.3mm,保证此处应力相对集中,以保证装配后端口光洁平整。拧断槽深度尺寸10根据装配预紧力确定。拧断槽位置尺寸 18按装配预紧力及组件装配空间尺寸确定。
前述减轻孔4包括减轻孔底面6、减轻孔侧锥面8,减轻孔锥角19。减轻孔底面6、减轻孔侧锥面8,减轻孔锥角19尺寸不做强制性规规定,根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面6、减轻孔侧锥面8,减轻孔锥角19的尺寸,以达到重量最轻的效果。
前述承载面5平面度小于0.05mm,与外螺纹的垂直度不大于0.1mm,承载面与装配基面相接触面不小于80%,以免产生楔负载进而影响产品强度、产品重量(需改变减轻孔尺寸确保产品强度)。
与现有技术相比,本发明的制造方法在于:应用棒材直接模压或锻压成型,提高材料利用率,符合现代少切削或无切削的发展趋势。这是本发明的关键之一。
所述的理论依据为: 采用先进的高科技材料,材料的强度和塑性极好,其晶粒在模压或锻压成型后不断裂形呈流线状,即晶粒流线均匀完整高度取向,材料经过模压或锻压成型产生冷作硬化后大大增强其抗拉强度和疲劳强度,也可以应用形态记忆合金,在高温下模压成型急速冷却,获得该额定预紧力轻型螺栓连接件或任意形状坯件,高性能材料的推广应用。这是本发明的关键之二。
所用的高性能材料有高温合金,钛合金,形态记忆合金,高强度钢,超高强度钢及某些特殊钢种,强度大于1100MPa和塑性极好的材料均可。材料多元化,所用材料均为强度高、密度小重量轻的新型,这是本发明的关键之三。
可控预紧力:通过改变拧断槽深度尺寸10的尺寸数据,可控制预紧力值,可十分便捷的获得理想的预紧力。断槽深度尺寸10的尺寸数据,可通过设计要求的预紧力、所选的产品材质的抗扭强度等参数进行换算获得精确数据。这是本发明的关键之四。
可控重量:利用现代高性能材料,现代化紧固件设计图纸,解决困扰飞行器设计的最大难题之一的减轻重量,根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面6、减轻孔侧锥面8,减轻孔锥角19的尺寸,可以控制产品的重量,以达到重量最轻的效果。这是本发明的关键之五。
实施例,额定预紧力轻型螺栓连接件,结构包括:六角板拧面1,外螺纹2,拧断槽3,减轻孔4,承载面5;减轻孔底面6,拧断槽侧面7,减轻孔侧锥面8,拧断槽底部圆弧9,拧断槽深度尺寸10,头部端面11,连接基体12,被连接件13,装配螺栓14,装配余料15,头部倒角16,拧断槽角度17,拧断槽位置尺寸18,减轻孔锥度19。
如图4所示;额定预紧力轻型螺栓14穿过被连接件13装配在连接基体12上,达到额定预紧力后装配余料15自行脱落,既保证了预紧力又进一步减轻重量。
Claims (7)
1.一种额定预紧力轻型螺栓连接件,结构组成有螺栓头、螺栓杆,其特征在于:该螺栓的构成主要还包括:六角扳拧面(1),外螺纹(2),拧断槽(3),减轻孔(4),承载面(5),减轻孔底面(6),拧断槽侧面(7),减轻孔侧锥面(8),拧断槽底部圆弧(9),拧断槽深度尺寸(10),头部端面(11),头部倒角(16),拧断槽角度(17),拧断槽位置尺寸(18),减轻孔锥度(19);该螺栓连接件头部包括:六角扳拧面(1)、承载面(5)、头部端面(11),头部倒角(16),六角扳拧面(1)装配时达到预定的预紧力值六角面不破坏,头部倒角(16)光滑;螺栓杆连接件上有外螺纹(2);螺栓连接件头部上有拧断槽(3)未装配拧断前与螺栓头部连为一体,螺栓头端面中有减轻孔(4),承载面(5)平面度小于0.05mm与外螺纹(2)的垂直度不大于0.1mm,承载面(5)与装配基面相接触面不小于80%。
2.根据权利要求1所述的额定预紧力轻型螺栓连接件,其特征在于:所述外螺纹(2)包括公制螺纹、英制螺纹、美制螺纹、惠氏螺纹MJ螺纹与安装基体螺纹匹配连接。
3.根据权利要求1所述的额定预紧力轻型螺栓连接件,其特征在于:所述拧断槽(3)包括:拧断槽侧面(7),拧断槽底部圆弧(9),拧断槽深度尺寸(10),拧断槽角度(17),拧断槽位置尺寸 (18);装配后额定预紧力轻型螺栓端面应保留一定的倒角取15°±5°,拧断槽底部圆弧(9)的圆弧半径R等于或小于0.3mm,保证此处应力相对集中,以保证装配后端口光洁平整,拧断槽深度尺寸(10)根据装配预紧力确定,拧断槽位置尺寸 (18)按装配预紧力及组件装配空间尺寸确定。
4.根据权利要求1所述的额定预紧力轻型螺栓连接件,其特征在于所述减轻孔(4)包括:减轻孔底面(6)、减轻孔侧锥面(8),减轻孔锥角(19),减轻孔底面(6)、减轻孔侧锥面(8),减轻孔锥角(19)尺寸,根据装配预紧力、所用材质决定的抗拉强度确定减轻孔底面(6)、减轻孔侧锥面(8),减轻孔锥角(19)的尺寸,以达到每种材质产品的重量最轻。
5.根据权利要求1所述的额定预紧力轻型螺栓连接件,其特征在于:所用的高性能材料有高温合金、钛合金、形态记忆合金,高强度钢、超高强度钢及特殊钢种,强度大于1100MPa和塑性好的材料。
6.一种额定预紧力轻型螺栓连接件的制造方法,其特征在于:应用前述材质的棒材直接模压或锻压成型外形坯件,经机械精加工成型。
7.根据权利要求5所述的额定预紧力轻型螺栓连接件,其特征在于:所述的采用高性能材料,材料的强度和塑性极好,其晶粒在模压或锻压成型后不断裂形呈流线状排列,即晶粒流线均匀完整高度取向,材料经过模压或锻压成型产生冷作硬化后增强其抗拉强度和抗疲劳强度,或应用形态记忆合金,在高温下模压成型急速冷却,获得该额定预紧力轻型螺栓连接件或不同形状坯件。
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