CN112303092A - 一种新型高强度单面连接螺栓 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型高强度单面连接螺栓，包括芯杆、沉头钉套、变形螺套，所述芯杆中设有断颈槽，尾部外周加工有外螺纹，所述变形螺套的内壁设有能够与所述芯杆的外螺纹相匹配的内螺纹，所述变形螺套套装于所述芯杆上并与芯杆螺纹连接，所述沉头钉套为中空结构，所述沉头钉套套装于所述芯杆上并与所述芯杆间隙配合，所述沉头钉套位于所述断颈槽与变形螺套之间，所述沉头钉套尾部呈外径递减的圆台状，且尾部末端延伸至所述管体与芯杆的间隙之间，所述沉头钉套的头部自端面向内设有卡槽。本发明结构少，加工难度大幅降低，可实现单面安装,断面平滑,无需打磨,易于使用,强度高,总体安装成本低。
Description
技术领域
本发明属于航空航天紧固件领域，尤其是涉及一种新型高强度单面连接螺栓。
背景技术
当前，在航空产业中，为了满足飞机结构减重、长寿命、高可靠性设计要求，需要长寿命、耐腐蚀、高强度、高效率的结构连接技术，并要求与大面积使用的复合材料相适应，而以往国内机型因单面安装紧固件(铝合金和钛合金拉铆型抽芯铆钉)强度低，仅能在整流包、副翼等非主承力结构采用单面安装，其余承力较大部位采用螺栓螺母组合，必须预留双面实施工艺通路和工艺空间，降低了整体结构优势的发挥，部分结构部位采用预装托板螺母等措施，增加了结构上的制孔数量，降低了结构整体强度，增加了结构重量。考虑到飞机的重量、重心和过载，为节省空间，就必须提高飞机结构的完整性，减少工艺开孔，大面积的高效率的采用复合材料，采用整体化、模块化的复合材料结构及装配技术，这就要求必须使用新一代复合材料用先进单面紧固件——一种新型高强度单面连接螺栓。
发明内容
为解决当前航空航天紧固件单面连接技术缺陷，本发明设计了一种新型高强度单面连接螺栓，提升了单面连接紧固件各项力学性能及安装效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型高强度单面连接螺栓，包括芯杆、沉头钉套、变形螺套，所述芯杆中设有断颈槽，尾部外周加工有外螺纹，所述变形螺套的内壁设有能够与所述芯杆的外螺纹相匹配的内螺纹，所述变形螺套套装于所述芯杆上并与芯杆螺纹连接，所述沉头钉套为中空结构，所述沉头钉套套装于所述芯杆上并与所述芯杆间隙配合，所述沉头钉套位于所述断颈槽与变形螺套之间，所述沉头钉套尾部呈外径递减的圆台状，且尾部末端延伸至所述管体与芯杆的间隙之间，所述沉头钉套的头部自端面向内设有卡槽。
进一步的，所述芯杆头部还设有扳拧结构，所述扳拧结构位于所述断颈槽的一侧。
进一步的，所述芯杆中还设有支撑结构，所述支撑结构位于断颈槽与所述扳拧结构相对的一侧。
进一步的，所述支撑结构与所述断颈槽相近或邻接。
进一步的，所述沉头钉套的外周设有收口结构，所述收口结构为通过收口工序在沉头钉套的外周加工获得的若干周向间隔分布的凹坑。
进一步的，所述变形螺套的长度大于所述外螺纹的长度。
进一步的，所述变形螺套内与所述沉头钉套相邻接的一端设有台阶孔，所述台阶孔内装有圆筒状的插入件，所述插入件与所述变形螺套和芯杆均间隙配合，所述沉头钉套尾部末端延伸至所述插入件与所述芯杆的空隙之间。
进一步的，所述沉头钉套的尾部的圆台上还设有滚花纹。
进一步的，所述沉头钉套的头部呈圆台状环形凸起，所述圆台状环形凸起内设有与所述芯杆的支撑结构相匹配的支撑槽，所述卡槽分布于所述支撑槽的外周。
进一步的，所述芯杆、沉头钉套的材质为钛合金，所述变形螺套的材质为304不锈钢，所述插入件的材质为聚甲醛。
相对于现有技术，本发明所述的新型高强度单面连接螺栓具有以下优势：
(1)本发明组件结构少：由芯杆、沉头钉体、插入件、变形螺套4个分零件组成，增加组件拉铆成型可靠性。
(2)本发明加工难度大幅降低：本发明用变形螺套代替现有的变形螺套+驱动螺母组合功能省去啮合传动齿加工，大幅降低产品加工、组装成本。
(3)本发明可实现单面安装,断面平滑,需打磨,易于使用,强度高,总体安装成本低，可用于飞机主承力结构的连接。
(4)本发明可直接替代螺栓、高锁螺栓、环槽钉、实心铆钉等传统紧固件。
(5)本发明产品教传统紧固件具有安装介质范围内力的膨胀分布均匀特点，剪切、拉伸、预紧力等主要机械性能指标都达到或超过其所替代的产品的指标要求。
(6)本发明的沉头钉套为中空结构，无内螺纹，避免了钛合金攻丝难的问题，不仅降低了加工难度，也大大降低制造成本。
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为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中的芯杆的结构示意图；
图3为本发明中的芯杆的侧视示意图；
图4为本发明中的芯杆的侧视结构示意图；
图5为本发明中的沉头钉套的结构示意图；
图6为本发明中的沉头钉套的侧视示意图；
图7为本发明中的变形螺套的结构示意图；
图8为本发明安装后的结构示意图；
图9为铆枪的结构示意图；
图10为传统紧固件的夹层范围内力的膨胀分布图；
图11为本发明的夹层范围内力的膨胀分布图。
附图标记说明：
1、芯杆；11、断颈槽；12、外螺纹；13、扳拧结构；14、支撑结构；2、沉头钉套；21、卡槽；22、收口结构；23、滚花纹；24、圆台状环形凸起；3、变形螺套；31、台阶孔；4、插入件。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种新型高强度单面连接螺栓，如图1-8所示，包括芯杆1、沉头钉套2、变形螺套3、插入件31。所述芯杆1中设有断颈槽11，断颈槽11的作用是提供应力集中点，安装结束时，芯杆1于断颈槽11处断裂。所述芯杆1尾部外周加工有外螺纹12，芯杆1仅尾端有部分螺纹，大大降低了加工成本和难度。所述变形螺套3的内壁设有能够与所述芯杆1的外螺纹12相匹配的内螺纹，所述变形螺套3的长度大于所述外螺纹12的长度，所述变形螺套3套装于所述芯杆1上并与芯杆1螺纹连接。
所述沉头钉套2为中空结构，所述沉头钉套2套装于所述芯杆1上并与所述芯杆1间隙配合，所述沉头钉套2位于所述断颈槽11与变形螺套3之间，所述沉头钉套尾部呈外径递减的圆台状，且尾部末端延伸至所述变形螺套3与芯杆1的间隙之间，所述沉头钉套2的头部自端面向内设有卡槽21。其中，所述卡槽21用于通过工具卡合使所述沉头钉套2固定或不发生旋转，所述沉头钉套2通过末端延伸至所变形螺套3的圆台状尾部使所述变形螺套3相对于所述沉头钉套2不发生旋转。
所述芯杆1头部还设有扳拧结构13，所述扳拧结构13位于所述断颈槽11的一侧，例如外六方、键齿等，便于安装过程中安装工具对芯杆1的夹持固定。
所述芯杆1中还设有支撑结构14，所述支撑结构14位于断颈槽11与所述扳拧结构13相对的一侧，如梯形环状凸起，用于沉头钉套2的卡合定位并向沉头钉套2传递芯杆1的力。
所述支撑结构14与所述断颈槽11相近或邻接，从而使安装后断裂面与被连接介质平齐。
所述沉头钉套2的外周设有收口结构22，有利于安装后对沉头钉套2进行锁紧。所述收口结构22为通过收口工序在沉头钉套2的外周加工获得的三个周向间隔分布的凹坑。
所述变形螺套3内与所述沉头钉套2相邻接的一端设有台阶孔31，圆筒状的所述插入件31装于所述台阶孔31内，所述插入件31与所述变形螺套3和芯杆1均间隙配合，所述沉头钉套2尾部末端延伸至所述插入件31与所述芯杆1的空隙之间。插入件31的设计，一是避免刚性接触，二是起到润滑作用，可以更好的实现变形螺套成型。
所述沉头钉套2的尾部的圆台上还设有滚花纹23，滚花纹23在铆接过程中起安装力矩传导作用，而在铆接结束后又可起到自锁作用。
所述沉头钉套2的头部呈圆台状环形凸起24，所述圆台状环形凸起24内设有与所述芯杆1的支撑结构14相匹配的支撑槽，用于更好地传递芯杆1的力、并承载被连接介质的力，所述卡槽21分布于所述支撑槽的外周。所述卡槽21可以为十字槽等。
本发明中，所述芯杆1、沉头钉套2的材质为钛合金，所述变形螺套3的材质为304不锈钢，所述插入件31的材质为聚甲醛，聚甲醛应用广泛，通用性强，可以采用更高效的加工工艺，如注塑，且具有较好的润滑性能。
本发明中，只要能保证芯杆1齐平断裂，对断颈槽11形状没有特殊限定。
本发明中，只要能保证产品实现，对螺纹规格没有特殊限定。
本发明中，只要能保证产品安装后的自锁功能，对沉头钉套2滚花纹23形状没有特殊限定。
本发明中，只要能保证变形螺套3鼓包成型合格，对于收口形式没有特殊限定。
本发明的使用过程如下：铆枪(如图9)夹持住芯杆1头部的扳拧结构，并卡住沉头钉套2的卡槽21，铆枪旋转使芯杆1旋转，铆枪卡住沉头钉套2使其不旋转，变形螺套3旋转运动，芯杆1和沉头钉套2在安装介质中位移保持不动，在铆枪(如图9)的驱动下，使芯杆1不断旋入变形螺套3内；随着变形螺套3不断向前运动，变形螺套3前端受到持续挤压而发生形变鼓包，变形螺套3鼓包同时迫使台阶孔31内的插入件31一同变形；当鼓包过程中，芯杆1断颈槽11所受的扭矩力大于断颈力时，芯杆1头部断裂，安装过程完成。安装成型后的螺栓如图8所示，变形成“大底脚”鼓包，该鼓包能保证产品的预紧力等性能远大于拉铆型抽芯铆钉。
因在安装过程中，芯杆1和沉头钉套2的相对位置不会发生变化，故断裂后的芯杆1与沉头钉套2的相对位置完全由尺寸设计决定，通过调节芯杆1和沉头钉套2的尺寸，能100％保证芯杆1断面与安装介质齐平。
采用力学传感器对本发明和同类型普通螺栓和螺母的安装介质范围内力的膨胀分布性能进行检测，检测结果如图10和图11所示(图10和图11是怎么得到的)，传统紧固件力的膨胀分布非常不均匀，而本发明的力的膨胀分布均匀，本发明产品较传统紧固件具有夹层范围内力的膨胀分布均匀特点。
对本发明和同类型高锁螺栓性能进行对比，性能对比结果见表1，由表1可知，本发明在预紧力(最小)、同一夹层长度的夹层适用范围、底面允许安装斜度、自密封性能等方面强于同类型高锁螺栓。
表1性能对比
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 (10)
1.一种新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：包括芯杆、沉头钉套、变形螺套，所述芯杆中设有断颈槽，尾部外周加工有外螺纹，所述变形螺套的内壁设有能够与所述芯杆的外螺纹相匹配的内螺纹，所述变形螺套套装于所述芯杆上并与芯杆螺纹连接，所述沉头钉套为中空结构，所述沉头钉套套装于所述芯杆上并与所述芯杆间隙配合，所述沉头钉套位于所述断颈槽与变形螺套之间，所述沉头钉套尾部呈外径递减的圆台状，且尾部末端延伸至所述管体与芯杆的间隙之间，所述沉头钉套的头部自端面向内设有卡槽。
2.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述芯杆头部还设有扳拧结构，所述扳拧结构位于所述断颈槽的一侧。
3.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述芯杆中还设有支撑结构，所述支撑结构位于断颈槽与所述扳拧结构相对的一侧。
4.根据权利要求3所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述支撑结构与所述断颈槽相近或邻接。
5.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述沉头钉套的外周设有收口结构，所述收口结构为若干周向间隔分布的凹坑。
6.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述变形螺套的长度大于所述外螺纹的长度。
7.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述变形螺套内与所述沉头钉套相邻接的一端设有台阶孔，所述台阶孔内装有圆筒状的插入件，所述插入件与所述变形螺套和芯杆均间隙配合，所述沉头钉套尾部末端延伸至所述插入件与所述芯杆的空隙之间。
8.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述沉头钉套的尾部的圆台上还设有滚花纹。
9.根据权利要求1所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述沉头钉套的头部呈圆台状环形凸起，所述圆台状环形凸起内设有与所述芯杆的支撑结构相匹配的支撑槽，所述卡槽分布于所述支撑槽的外周。
10.根据权利要求7所述的新型高强度单面连接螺栓，其特征在于：所述芯杆、沉头钉套的材质为钛合金，所述变形螺套的材质为304不锈钢，所述插入件的材质为聚甲醛。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210202 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |