CN207583789U - 一种形状记忆合金螺栓 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于形状记忆合金螺栓技术领域，特别涉及一种锥形螺杆的形状记忆合金螺栓。螺栓的螺杆部分呈锥形，锥角α为2～5°；使用时形状记忆合金螺栓需要预先低温拉伸变形，拉伸变形后锥形螺杆最大外径为被连接工件的内孔直径的98.5～99.5％。拉伸变形的形状记忆合金螺栓与连接工件的内孔采用间隙装配，装配后将记忆合金螺栓加热至马氏体逆相变温度，由于合金的记忆回复特性，螺杆的外径膨胀，长度缩短，使锥面受力产生沿螺栓头部的轴向力，实现了螺栓与工件的紧固连接。该形状记忆合金螺栓连接可靠，可实现360°的均匀干涉装配，大大提高了结构件的疲劳寿命，在航天航空、机械自动化等领域的干涉装配中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于形状记忆合金螺栓技术领域，特别涉及一种锥形螺杆的形状记忆合金螺栓。
背景技术
形状记忆合金具有优异的记忆回复特性、超弹性、良好的耐蚀性以及机械性能和加工性能，在医学、航天、航空、机械、电子等领域得到了广泛的应用。形状记忆效应是指材料在马氏体状态受外力发生形变后，再加热至材料处于母相状态时，材料的形状恢复到形变前的现象。目前，利用形状记忆合金的记忆效应制成的形状记忆合金管接头、驱动器、紧固环等得到了广泛应用。
紧固件是将两个或两个以上的零件(或构件)紧固连接成为一个整体所采用的一类机械零件的总称，紧固件俗称螺丝螺母，属机械基础零件。螺栓是紧固件中最常见的形式之一。干涉配合连接是提高紧固连接件寿命的主要工艺方法之一，例如，国外各型号先进飞机的制造中均采用了大量干涉配合紧固件，目前，干涉配合紧固件一般采用液压压入或锤击打入的方法，这种方法只能实现小干涉量紧固件的安装，容易产生安装损伤，使实际配合干涉量降低且极不均匀，而孔壁和螺栓的严重损伤可能成为疲劳源，导致接头疲劳寿命低于原预期的寿命。
本实用新型提出的形状记忆合金螺栓，可实现干涉装配，具有装配工艺简单，紧固可靠的优点。
实用新型内容
为了解决目前干涉配合安装对紧固件的损伤，本实用新型提供了一种用于将连接工件紧固连接的形状记忆合金螺栓，具体技术方案如下：
一种形状记忆合金螺栓，螺杆部分呈锥形，锥角α为2～5°；使用时形状记忆合金螺栓预先需要低温拉伸变形，拉伸变形后锥形螺杆最大外径为被连接工件的内孔直径的98.5～99.5％。
所述的形状记忆合金螺栓由TiNi、TiNiNb或TiNiFe合金加工制备而成。
与现有螺栓相比，本实用新型的优点在于：
1.形状记忆合金螺栓与传统的机械挤压、应力波安装的干涉装配相比，可利用自身的形状变化，实现360°均匀的干涉作用，对干涉孔损伤小，安装操作简单，同时增加了径向变形的强化连接效果，可满足高强紧固连接的要求，弥补了高频冲击、振动等恶劣环境下紧固连接容易松动的缺点。
2.装配孔挤压强化使得孔周围产生塑性变形区，并形成有利的残余压应力分布，这种残余压应力能有效地降低结构件在外载荷作用下所引起的孔周围的拉应力峰值，改善受载环境，起到提高结构件的疲劳裂纹起始寿命和扩展寿命的作用，可应用在狭小空间的紧固装配，使该螺栓在航天航空、机械自动化等领域的干涉装配中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1：本实用新型形状记忆合金螺栓结构示意图，
其中，1-头部、2-螺杆、3-螺纹、α-锥角。
图2：本实用新型形状记忆合金螺栓拉伸变形后与工件的配合示意图，
其中，1-头部、2-螺杆、3-螺纹、4-连接工件A、5-连接工件B。
图3：本实用新型形状记忆合金螺栓加热回复后与工件紧固连接示意图，
其中，1-头部、2-螺杆、3-螺纹、4-连接工件A、5-连接工件B、F1-回复应力、F2-轴向应力。
具体实施方式
一种形状记忆合金螺栓，采用TiNi、TiNiNb或TiNiFe形状记忆合金棒材加工成图1所示的螺栓，其中，1为螺栓头部，2为锥形螺杆部分，3为螺纹部分。在记忆合金马氏体相变温度以下的环境中将形状记忆合金螺栓拉伸变形，即轴向方向长度变长。将拉伸变形后的形状记忆合金螺栓与连接工件4和连接工件5采用间隙装配，装配图如图2所示，加热形状记忆合金螺栓至马氏体逆相变温度，形状记忆合金由于记忆特性，螺栓锥形螺杆部分2直径变大，产生径向回复应变，长度缩短，径向方向产生回复应力F1，F1的大小通常为300～500MPa。同时，由于锥形螺杆部分2具有锥角α，螺杆部分2与连接工件4、连接工件5之间存在变形挤压作用，产生沿形螺栓头部1的轴向应力F2，在应力F1和F2的共同作用下，实现形状记忆合金螺栓与连接工件4和连接工件5的干涉装配，达到高强可靠紧固连接的目的。
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。
实施例1
如图1所示，为本实用新型的一种形状记忆合金螺栓结构示意图。其中，1为螺栓头部，2为锥形螺杆部分，3为螺纹部分。形状记忆合金螺栓由Ti49.8Ni50.2(原子百分含量)合金制成，形状记忆合金锥形螺杆部分2的锥角α为3°，最大处直径为10.30mm。连接工件4和连接工件5的内孔直径为10.00mm，采用不锈钢加工而成。
所述形状记忆合金螺栓与连接工件4、连接工件5的干涉装配过程如下：
(1)在马氏体相变温度(10～25℃)下对形状记忆合金螺栓拉伸变形6％，拉伸变形后形状记忆合金锥形螺杆部分2的最大处直径为9.90mm。
(2)将拉伸变形后的形状记忆合金螺栓与连接工件4、连接工件5间隙配合，装配间隙为0.10mm，装配图如图2所示。加热形状记忆合金螺栓至80～100℃，由于形状记忆合金螺栓的记忆效应发生回复作用，形状记忆合金锥形螺杆部分2的外径外涨并产生很大的回复应力F1，测试回复应力F1为380MPa。锥形螺杆部分2的外径与连接工件4、连接工件5的内孔产生挤压变形，由于锥形螺杆部分2的锥角设计，挤压变形过程中产生沿螺栓头部1的轴向应力F2，在回复应力F1和轴向应力F2的作用下，实现形状记忆合金螺栓与连接工件4和连接工件5的干涉装配，达到高强可靠紧固连接的目的。
(3)加热结束后，安装螺母6，螺母6与螺栓的螺纹3紧密配合，形状记忆合金螺栓加热回复后与连接工件紧固连接示意图如图3所示。
实施例2
如图1所示，为本实用新型的形状记忆合金螺栓结构示意图。其中，1为螺栓头部，2为锥形螺杆部分，3为螺纹部分。形状记忆合金螺栓由Ti44Ni47Nb9(原子百分含量)合金制成，形状记忆合金锥形螺杆部分2的锥角α为2°，最大处直径为16.45mm。连接工件4和连接工件5的内孔直径为16.00mm，采用钛合金加工而成。
所述形状记忆合金螺栓与连接工件4、连接工件5的干涉装配过程如下：
(1)在马氏体相变温度(-60～-50℃)下对形状记忆合金螺栓拉伸变形8％，拉伸变形后形状记忆合金锥形螺杆部分2的最大处直径为15.85mm。
(2)将拉伸变形后的形状记忆合金螺栓与连接工件4、连接工件5间隙配合，装配间隙为0.15mm，装配图如图2所示。加热形状记忆合金螺栓至140～180℃，由于形状记忆合金螺栓的记忆效应发生回复作用，形状记忆合金锥形螺杆部分2的外径外涨并产生很大的回复应力F1，测试回复应力F1为420MPa。锥形螺杆部分2的外径与连接工件4、连接工件5的内孔产生挤压变形，由于锥形螺杆部分2的锥角设计，挤压变形过程中产生沿螺栓头部1的轴向应力F2，在回复应力F1和轴向应力F2的作用下，实现形状记忆合金螺栓与连接工件4和连接工件5的干涉装配，达到高强可靠紧固连接的目的。
(3)加热结束后，安装螺母6，螺母6与螺栓的螺纹3紧密配合，形状记忆合金螺栓加热回复后与连接工件紧固连接示意图如图3所示。
Claims (2)
1.一种形状记忆合金螺栓，其特征在于，螺杆部分呈锥形，锥角α为2～5°；使用时形状记忆合金螺栓需要预先低温拉伸变形，拉伸变形后锥形螺杆最大外径为被连接工件的内孔直径的98.5～99.5％。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金螺栓，其特征在于，形状记忆合金螺栓由TiNi、TiNiNb或TiNiFe合金加工制备而成。
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Publications (1)
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| CN207583789U true CN207583789U (zh) | 2018-07-06 |
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