CN105275951B - 一种高锁螺栓及与其相适配的扳拧工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高锁螺栓及相适配的扳拧工具，在高锁螺栓螺杆尾部沿螺杆轴心方向开设有内五角花型槽，所述花型槽由位于中心的中心部分以及如同花瓣似的围绕中心部分均匀分布、并向外延伸的五个瓣角组成；扳拧工具的锥头则具有与花型槽相适配的形状；两者之间的配合使得力矩性能方面为高锁螺栓提供了最好的机械性能，相比通常的内六方槽，提升了最小抗扭强度，具有更高的力矩性能、增加了极限力矩、降低径向应力，提供更高的力矩传递；不仅解决了内六方槽固定安装系统中遇到的六角槽磨损、损伤以及打滑等安装问题，而且不会影响紧固件的机械性能。可有效减短高锁螺栓的螺纹长度，故可降低高锁螺栓自重，节约大量运行成本。

Description

一种高锁螺栓及与其相适配的扳拧工具
技术领域
本发明属于航空、航天设备用紧固件及其扳拧工具领域，尤其是涉及一种高锁螺栓及其扳拧工具。
背景技术
高锁螺栓、螺母(或称“套环”)紧固件主要应用于飞机结构上，例如飞机夹板、飞机舱体、蒙皮等的连接，并带有自锁性能。高锁螺栓一般由螺栓头、带有螺纹段的螺杆构成，螺纹段起始于螺杆的尾部，在螺杆尾部的端面沿螺杆轴心延伸开设有内六方槽，而相应扳拧工具则具有与之相适配的六角形的锥头，安装时高锁螺栓的螺杆从孔的一侧插入，在另一侧旋套螺母，扳拧工具的六角形的锥头伸入螺杆尾部的内六方槽，其作用为在使用中通过对其扳拧施加扭力限位，控制高锁螺栓不能转动，扳拧工具转动螺母，直至螺母达到安装效果。高锁螺栓螺母连接副在装配时，高锁螺栓的螺纹段螺杆的强度应不受内六方槽结构的影响，扳拧工具的锥头应很容易地插入或退出内六方槽，在扳拧过程中，内六方驱动系统应能均匀传递扭力。
但在实际使用过程中，高锁螺栓与螺母装配时，因其设计的扭力值较大，特别是规格较小的产品相互装配时，会出现装配扭矩超出了螺栓内六方槽的极限扭矩，导致安装过程中内六方槽发生“打滑”，损坏内六方槽的现象，从而不能满足使用装配要求。高锁螺栓的内六方槽一般设计为直壁式的六个面的六方槽，扳拧工具的六角形的锥头和六方槽壁需紧密配合，以实现传动面和从动面的面碰面接触，只有扳拧工具的六角形锥头适当地对准插入槽内一定深度时，才能产生这样的面对面接触。但实际使用中，为了使六方扳拧工具能插入六方槽内，两者之间必须有留有一定的配合间隙，而配合间隙易导致扳拧工具与六方槽很难达到面碰面且大面积接触，因此，扳拧工具施加扭矩时，扭力往往集中在六方槽结构的局部接触区域，从而导致高的局部应力，高应力促使六方槽发生变形，形成斜坡，发生扳拧工具“打滑”，导致产品装配失效。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高锁螺栓及其扳拧工具，以解决上述问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高锁螺栓，包括螺栓头、具有螺纹段的螺杆，螺纹段起始于螺杆的尾部，在螺杆尾部沿螺杆轴心方向还开设有花型槽，所述花型槽由位于中心的中心部分以及如同花瓣似的围绕中心部分均匀分布、并向外延伸的多个瓣角组成。
进一步，所述瓣角为五个为最佳，也可以为三个、四个或六个。
进一步，各所述瓣角均为横截面为平滑过渡的椭圆状，部分与中心部分相交。
进一步，各所述瓣角的顶部圆弧的曲率半径小于两侧弧边的曲率半径。
进一步，相邻两个瓣角的弧边及根部之间存有间隙，中心部分位于两瓣角根部之间的侧壁的横截面呈向内弯曲的圆弧。
进一步，中心部分呈圆柱形槽。
本发明还提供了与所述的高锁螺栓相匹配的扳拧工具，包括锥头，其具有与所述高锁螺栓的花型槽相适配的形状，即包括圆柱状的中心体以及如同花瓣似的围绕中心体均匀分布、并向外突出的多个肋条。
进一步，所述肋条为五个、三个、四个或六个。
进一步，各所述肋条均为横截面为平滑过渡的椭圆状，并也可优选为其顶部圆弧的曲率半径小于两侧弧边的曲率半径；相邻的两个肋条的弧边及根部之间存有间隙，且中心体位于两肋条根部之间的侧壁的横截面呈向内弯曲的圆弧；锥头的整体轴线长度也与花形槽的深度相匹配。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的高锁螺栓特殊槽结构及扳拧工具的锥头结构，两者之间的配合使得力矩性能方面为高锁螺栓提供了最好的机械性能，其最小抗扭强度比内六方槽提升5％-25％，设计的特殊几何结构由于具有更高的力矩性能、增加了极限力矩、降低径向应力，提供更高的力矩传递。不仅解决了内六方槽固定安装系统中遇到的六角槽磨损、损伤以及打滑等安装问题，而且不会影响紧固件的机械性能。且内五角梅花型槽工作槽深相比内六方槽浅，故可有效减短高锁螺栓的螺纹长度，最终降低高锁螺栓自重。当产品应用在航空器上时，从而也大大减轻了航空器自身重量，可节约大量运行成本。
一般情况下，多边形的棱边越多越容易打滑，由于内五角梅花型槽驱动系统为内五角槽，故内五角槽相比内六方槽不易打滑，且该系统设计与正五角形又有所不同，五个角设计为突出的椭圆角，扳拧工具在驱动时是面接触，而不是点接触。这使得驱动力矩传递更有效率。
内五角梅花型槽可用于任何扭矩要求，但它最适用于高，中扭矩场合。它的快速、方便与驱动工具结合使它极适合于自动装配。
由于它是用支撑面有效传递扭矩，扳拧工具基本上不会损坏，因此节约了驱动工具成本。
内五角梅花型槽不会变形，且设计易在严格公差内成型，所有制造也没有问题。这种槽结构是解决自动装配问题包括工具损坏及驱动系统变形的方法。
扳拧工具的肋条平行于五角槽各角的侧壁，两者相互紧密配合时，通过扳拧工具的扳拧，圆形肋条与槽侧壁形成相对宽阔的面对面接触方式，在该宽阔的面积上提供和分部应力。扳拧工具侧壁的构形能够传递高水平的扭矩，而不会有使扳拧工具轴向脱离五角槽的轴向的外推力，通过尽可能地减小外推的倾向，内五角梅花型槽深度可以设计较浅，因此与内六方槽相比，可有效减短高锁螺栓的螺纹长度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的高锁螺栓的结构示意图；
图2为重点展现扳拧工具的锥头的结构示意图。
图3a和图3b分别为内六方槽与内五角梅花型槽工作时应力对比示意图。
主要附图标记说明：
1-高锁螺栓；2-螺栓头；3-螺杆；4-螺纹段；5-花型槽；6-中心部分；7-瓣角部分；11-扳拧工具；12-肋条。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
高锁螺栓1的结构如图1所示，其包括螺栓头2、具有螺纹段4的螺杆3，螺纹段4起始于螺杆3的尾部，在螺杆3尾部沿螺杆轴心方向还开设有花型槽5，所述花型槽5由位于中心的中心部分6以及如同花瓣似的围绕中心部分均匀分布、并向外延伸的多个瓣角7组成，如图所示，优选为五个瓣角7，整个槽的横截面状似梅花，故也可称之为内五角梅花型槽。当然，也可以是三、四或六个。
所述各瓣角7均为横截面为平滑过渡的椭圆状，部分与中心部分6相交，并优选为其顶部8圆弧的曲率半径小于两侧弧边的曲率半径。
优选的，相邻两个瓣角7的弧边及根部之间存有间隙，中心部分6位于两瓣角7根部之间的侧壁10的横截面呈向内弯曲的圆弧9，即中心部分6优选的情况为：呈圆柱形槽，故内五角梅花型槽的中心部分的侧壁10均为弧面，从而形成梅花型槽。内五角梅花形槽的槽深适中即可。
与本发明的高锁螺栓1的相匹配的扳拧工具11如图2所示，所述扳拧工具11包括锥头，该锥头具有与上述的高锁螺栓1的内五角梅花型槽5相适配的形状，即包括圆柱状的中心体以及如同花瓣似的围绕中心体均匀分布、并向外突出的多个肋条12，如图所示，优选为五个肋条12，锥头的横截面也状似梅花，故也可称之为五角梅花型锥头。当然，也可以是三、四或六个。
突出于中心体的五个肋条12，均为横截面为平滑过渡的椭圆状，并也优选为其顶部圆弧的曲率半径小于两侧弧边的曲率半径。
优选的，相邻的两个肋条12的弧边及根部之间存有间隙，中心体位于两肋条12根部之间的侧壁的横截面呈向内弯曲的圆弧15，即中心体优选的情况为：呈圆柱形体，各肋条的一部分与中心体相交，从而形成梅花型槽。锥头的整体轴线长度也与花形槽的深度相匹配。
在装配过程中，用扳拧工具11的锥头伸入花形槽5内并扳拧施加扭力进行限位，使高锁螺栓不得转动，以方便操作，并且消除安全隐患。
用扳拧工具的锥头扳拧花形槽5，锥头与花形槽形成相对宽阔的面对面接触方式，在该宽阔的面积上提供和分部应力。图3a和图3b分别为内六方槽与内五角梅花型槽工作时应力对比示意图，图示用阴影条纹部分代表较高应力分部区域，阴影条纹越密集代表应力越高。内六方槽的扳拧过程中在中心16、边缘17以及扳拧接触部分18均形成高应力分部；而内五角梅花型槽在扳拧过程中，扳拧工具侧壁的构形能够传递高水平的扭矩，在其中心19没有形成高应力分部，仅在边缘接触部分20以及21形成比内六方槽低的应力分部。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高锁螺栓，包括螺栓头(2)、具有螺纹段(4)的螺杆(3)，螺纹段(4)起始于螺杆(3)的尾部，其特征在于：在螺杆(3)尾部沿螺杆轴心方向还开设有花型槽(5)，所述花型槽(5)由位于中心的中心部分(6)以及如同花瓣似的围绕中心部分均匀分布、并向外延伸的五个瓣角(7)组成；各所述瓣角(7)均为横截面为平滑过渡的椭圆状，部分与中心部分(6)相交；各所述瓣角(7)的顶部(8)圆弧的曲率半径小于两侧弧边的曲率半径；
相邻两个瓣角(7)的弧边及根部之间存有间隙，中心部分(6)位于两瓣角(7)根部之间的侧壁(10)的横截面呈向内弯曲的圆弧(9)。
2.根据权利要求1所述的高锁螺栓，其特征在于：中心部分(6)呈圆柱形槽。
3.一种与如权利要求1所述的高锁螺栓相匹配的扳拧工具，包括锥头，其特征在于：所述锥头具有与所述高锁螺栓的花型槽(5)相适配的形状，即包括圆柱状的中心体以及如同花瓣似的围绕中心体均匀分布、并向外突出的五个肋条(12)；各所述肋条(12)均为横截面为平滑过渡的椭圆状，其顶部圆弧的曲率半径小于两侧弧边的曲率半径；相邻的两个肋条(12)的弧边及根部之间存有间隙，且中心体位于两肋条(12)根部之间的侧壁的横截面呈向内弯曲的圆弧(15)；锥头的整体轴线长度也与花形槽的深度相匹配。
4.根据权利要求3所述的扳拧工具，其特征在于：所述肋条(12)为三个、四个或六个。
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