CN109236831B - 一种带过渡区的螺栓及其过渡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带过渡区的螺栓及过渡结构，螺栓的杆部包括光杆部、过渡区和螺纹部，所述过渡区连接在光杆部和螺纹部之间，所述过渡区具有四段依次相切的圆弧C1、C2、C3、C4，圆弧C1与光杆部相切连接，圆弧C4与螺纹部的收尾处连接。本发明能够在干涉配合安装使用中保护基体及螺栓，避免形成安装损伤，提高安装结构的疲劳寿命。

Description

一种带过渡区的螺栓及其过渡结构
技术领域
本发明属于航空航天紧固件领域，具体涉及一种带过渡区的螺栓及其过渡结构。
背景技术
高锁螺栓与高锁螺母配合使用，可实现高效的单面拧紧操作，具有强度高、重量轻、装配简单、体积小、防松能力强、抗疲劳性能好、装配效率高等特点，广泛应用于航空、航天等领域的紧固连接。干涉配合连接是结构连接的一种常用的安装方法，采用干涉配合连接可以成倍的提高接头疲劳强度。先进飞机的制造中大量采用干涉配合紧固件，尤其是钛合金高锁螺栓，用作干涉配合紧固件，可带来飞机结构减重和提高疲劳寿命的双重效果。另外，在飞机修补时，高锁螺栓干涉配合也经常作为重要的解决方案而被采用。在干涉配合安装过程中，螺栓压入(或打入)孔中时易产生安装损伤(例如螺栓刮出安装板材料)，影响接头疲劳寿命，压入力值及压入方法不当极易对基体和螺栓产生损伤，造成安装质量下降，影响整体结构疲劳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带过渡区的螺栓及其过渡结构，能够在干涉配合安装使用中保护基体及螺栓，避免形成安装损伤，提高安装结构的疲劳寿命。
本发明的带过渡区的螺栓，螺栓的杆部包括光杆部、过渡区和螺纹部，所述过渡区连接在光杆部和螺纹部之间，所述过渡区具有四段依次相切的圆弧C1、C2、C3、C4，圆弧C1与光杆部相切连接，圆弧C4与螺纹部的收尾处连接。
所述过渡区中，圆弧C1的半径R1与光杆部的直径D1的比值R1/D1介于0.3-0.5之间，圆弧C1的圆弧长度L1与光杆部的直径D1的比值L1/D1介于0.12-0.24之间，圆弧C1与圆弧C2相切处C12所在的直径D2与光杆部的直径D1的比值D2/D1介于0.92-0.99之间，圆弧C2的半径R2与圆弧C1的半径R1的比值R2/R1介于0.1-0.2之间。
圆弧C2、C3、C4的圆弧长度总长L与圆弧C1的圆弧长度L1的比值L/L1介于0.45-0.55之间，圆弧C3的半径R3与圆弧C4的半径R4的比值R3/R4为1±0.1(R3与R4基本相等)，且圆弧C3与圆弧C4不同心。
所述杆部连接有头部，所述头部可以是沉头或平头。
所述杆部的自由端面上开设有底孔，所述底孔可以是六方结构或者五花结构。
所述螺栓与能够与螺母配合构成总长降低的组件。
本发明还提供了一种螺栓上的过渡结构，所述过渡结构具有四段依次相切的圆弧C1、C2、C3、C4，圆弧C1相切连接于一段杆体(如光杆部)。
所述过渡结构中，圆弧C1的半径R1与杆体相切连接部位的直径D1的比值R1/D1介于0.3-0.5之间，圆弧C1的圆弧长度L1与杆体相切连接部位的直径D1的比值L1/D1介于0.12-0.24之间，圆弧C1与圆弧C2相切处C12所在的直径D2与杆体相切连接部位的直径D1的比值D2/D1介于0.92-0.99之间，圆弧C2的半径R2与圆弧C1的半径R1的比值R2/R1介于0.1-0.2之间。
圆弧C2、C3、C4的圆弧长度总长L与圆弧C1的圆弧长度L1的比值L/L1介于0.45-0.55之间，圆弧C3的半径R3与圆弧C4的半径R4的比值R3/R4为1±0.1(R3与R4基本相等)，且圆弧C3与圆弧C4不同心。
本发明所提供的带过渡区的螺栓及其过渡结构，能够在干涉配合安装使用中保护基体及螺栓，避免形成安装损伤，可提高安装结构的疲劳寿命，同时，设计的过渡区结构可明显减短螺纹收尾处距离，使首先承受载荷的螺纹更加接近高锁螺栓轴肩，降低了螺纹收尾长度。为与螺栓过渡区域的几何外形相配合，降低了螺母沉孔深度，使螺母总长度降低，从而进一步降低了螺栓螺纹长度，降低了螺栓和螺母组件的总体重量。
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是本发明螺栓的整体结构示意图。
图2是图1中I部分(过渡区部分)的局部放大图。
图3是螺栓与螺母的装配图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。
本发明提供的带过渡区的螺栓，如图1-2，杆部2包括光杆部21、过渡区22和螺纹部23，所述过渡区22连接在光杆部21和螺纹部23之间，所述过渡区22具有四段依次相切的圆弧C1、C2、C3、C4，圆弧C1与光杆部21相切连接，圆弧C4与螺纹部23的收尾处231连接。
所述杆部2连接有头部1，所述头部1可以是沉头或平头。
所述杆部2的自由端面上开设有底孔3，所述底孔3可以是六方结构或者五花结构，具有一定的扳拧性能，使螺栓能够与螺母装配使用。
所述过渡区22中，圆弧C1的半径R1与光杆部21的直径D1的比值R1/D1介于0.3-0.5之间，圆弧C1的圆弧长度L1与光杆部21的直径D1的比值L1/D1介于0.12-0.24之间，圆弧C1与圆弧C2相切处C12所在的直径D2与光杆部21的直径D1的比值D2/D1介于0.92-0.99之间，圆弧C2的半径R2与圆弧C1的半径R1的比值R2/R1介于0.1-0.2之间。以上四组比值及加工参数使得螺纹收尾处231与光杆部21平滑的过渡融合，降低干涉配合螺栓压入力值，保证干涉配合安装可靠性，提高安装结构整体疲劳寿命。过渡区22表面强度由局部模压冷加工工艺保证，之后可不进行任何热处理。局部硬化的加工工艺使得过渡区22可承受更高的剪切力与疲劳载荷。
圆弧C2、C3、C4的圆弧长度总长L与圆弧C1的圆弧长度L1的比值L/L1介于0.45-0.55之间，圆弧C3的半径R3与圆弧C4的半径R4的比值R3/R4为1±0.1(R3与R4基本相等)，且圆弧C3与圆弧C4不同心。以上两组比值及加工参数可明显减短收尾处231的延伸长度X，使首先承受载荷的螺纹4更加接近高锁螺栓轴肩5。
如图3所示，本发明的螺栓100与螺母200配合安装在夹层板300上，螺母200的沉孔2001深度为Y，沉孔2001与螺栓100的过渡区22具有相互配合的外形，螺栓100的过渡区22尺寸减短降低了螺母200的沉孔2001深度Y，使螺母200总长降低，从而进一步降低了螺栓100的螺纹部23长度。这一优化设计降低了螺栓100与螺母200组件的总体重量，在航空航天领域尤为重要。
将同等规格、材料、表面处理状态的本发明高锁螺栓与现有技术高锁螺栓(采用现有的三段及以下的过渡形式)分别安装在复合材料夹层板上，采用同样的参数对结构整体进行搭接剪切疲劳试验，安装本发明螺栓的结构疲劳寿命比安装现有技术螺栓结构疲劳寿命提高3％～10％。
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 (5)

1.一种带过渡区的螺栓，其特征在于，螺栓的杆部(2)包括光杆部(21)、过渡区(22)和螺纹部(23)，所述过渡区(22)连接在光杆部(21)和螺纹部(23)之间，所述过渡区(22)具有四段依次相切的圆弧C1、C2、C3、C4，圆弧C1与光杆部(21)相切连接，圆弧C4与螺纹部(23)的收尾处(231)连接；圆弧C2、C3、C4的圆弧长度总长L与圆弧C1的圆弧长度L1的比值L/L1介于0.45-0.55之间，圆弧C3的半径R3与圆弧C4的半径R4的比值R3/R4为1±0.1，且圆弧C3与圆弧C4不同心。
2.根据权利要求1所述的带过渡区的螺栓，其特征在于，圆弧C1的半径R1与光杆部(21)的直径D1的比值R1/D1介于0.3-0.5之间，圆弧C1的圆弧长度L1与光杆部(21)的直径D1的比值L1/D1介于0.12-0.24之间，圆弧C1与圆弧C2相切处C12所在的直径D2与光杆部(21)的直径D1的比值D2/D1介于0.92-0.99之间，圆弧C2的半径R2与圆弧C1的半径R1的比值R2/R1介于0.1-0.2之间。
3.根据权利要求1所述的带过渡区的螺栓，其特征在于，所述杆部(2)连接有头部(1)，所述头部(1)是沉头或平头。
4.根据权利要求1所述的带过渡区的螺栓，其特征在于，所述杆部(2)的自由端面上开设有底孔(3)，所述底孔(3)是六方结构或者五花结构。
5.一种螺栓螺母组件，包括权利要求1-4任一项所述的螺栓，以及与所述螺栓配合的螺母。
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