CN219413175U - 抗疲劳螺母、风力发电机叶根连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种抗疲劳螺母、风力发电机叶根连接结构，该螺母包括呈柱状的螺母本体，螺母本体的中心处设有便于与螺栓连接的内螺纹孔，内螺纹孔底部内螺纹的牙为做切牙高处理的牙。与现有技术相比，本实用新型通过对螺母的内螺纹进行切牙高处理，降低螺栓与螺母啮合的前几扣的内螺纹的刚度，从而减小螺栓前几颗螺牙承受的载荷，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和疲劳强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及紧固件技术领域，具体涉及一种抗疲劳螺母、风力发电机叶根连接结构。
背景技术
轮毂是风力发电机(简称“风机”)的核心部件，其作用是以可旋转的方式承载叶片(及叶片的变桨轴承等风机组件)以产生电能。变桨轴承为风力发电机中关键的零部件之一，其用于改变风力发电机叶片的桨角以促进发电。变桨轴承通常安装于几十米或上百米的高空中，装拆及运维工作较为困难，导致运维费用高昂。但是变桨轴承在运行过程中通常需承受较大的径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩。这使得风力发电机的螺母容易出现应力疲劳，尤其是风机叶片叶根处，该处的载荷较大且多变，造成载荷设计十分复杂，若维护不及时会造成严重事故。
这是因为螺纹底部应力集中系数大，容易导致螺栓与螺母螺纹连接极限拉断或疲劳断裂。此外，也严重影响了螺栓向更高强度发展。因此，亟需寻找到一种降低螺纹底部应力集中的结构。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种抗疲劳螺母、风力发电机叶根连接结构。该螺母通过对螺母的内螺纹进行切牙高处理，降低螺栓与螺母啮合的前几扣的内螺纹的刚度，从而减小螺栓前几颗螺牙承受的载荷，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和疲劳强度。
本实用新型的构思为：螺栓连接承受轴向载荷时，螺栓受到拉力作用，螺栓外螺纹与螺母或螺纹孔的内螺纹啮合处，由于螺纹形状的变化，螺牙底部存在应力集中，此处的应力集中是影响螺栓连接极限强度和疲劳寿面的关键影响因素，应力集中明显，则螺栓连接极限强度越小疲劳寿命越低。设计人通过切除牙高减小螺母承载端内螺纹刚度，从而减小螺栓前几颗螺牙承受的载荷，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和疲劳强度。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种抗疲劳螺母，包括呈柱状的螺母本体，所述螺母本体的中心处设有便于与螺栓连接的内螺纹孔，所述的内螺纹孔底部的内螺纹的牙为做切牙高处理的牙。
进一步地，所述做切牙高处理的牙切除的小径的范围大于螺母内螺纹未被切牙前的小径，小于等于螺母内螺纹大径。具体来说，大径是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径；小径是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径。
进一步地，所述做切牙高处理的牙沿螺母轴向长度大于等于螺纹螺距，小于等于螺母高度。
进一步地，所述做切牙高处理的牙所在的内螺纹为被旋转特征切除的内螺纹。
进一步地，所述的旋转特征包括直线、曲线或折线中的一种。具体来说，螺牙被切的曲面是一个回转特征，如圆柱，圆锥，多级旋转圆柱/锥台，或任意一条曲线绕轴线旋转后的旋转特征。
进一步地，所述内螺纹的牙型包括三角形、梯形、锯齿形或圆弧形中的一种。
进一步地，所述螺母做切牙高处理的牙至少包括首扣的牙。具体来说，被切除的牙与螺母扣数有关，但首扣的牙一定会被切除。
本发明目的之二在于一种风力发电机叶根连接结构，包括叶片、叶根法兰、轮毂、变桨轴承和2个如上所述的抗疲劳螺母。
进一步地，所述的叶片、叶根法兰和变桨轴承之间通过叶根螺栓与第一抗疲劳螺母相配合连接。
进一步地，所述的叶根螺栓上设有螺栓套，轮毂和变桨轴承之间通过变桨轴承外圈螺栓与第二抗疲劳螺母相配合连接。更具体地，通过将安装在风力发电机叶根螺栓上的螺母设计为抗疲劳螺母提高其使用寿命，在螺栓在服役过程中，叶片得交变载荷通过结构传递至叶根螺栓上，由于该抗疲劳螺母的螺牙载荷分布更均匀，螺栓与螺母配合的前几扣处交变应力极大降低，使得螺栓疲劳寿命提高。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)与传统螺母相比，本实用新型通过对螺母的内螺纹进行切牙高处理，降低螺栓与螺母啮合的前几扣的内螺纹的刚度，从而减小螺栓前几颗螺牙承受的载荷，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和疲劳强度。
(2)本实用新型设计的螺母在切牙前后都可以与相同的螺栓配合，适配性高。
附图说明
图1为本实用新型设计的一种抗疲劳螺母的剖面示意图；
图2为本实用新型设计的一种抗疲劳螺母另一种形式的剖面示意图；
图3为实施例3中一种风力发电机叶根连接结构；
图4为实施例1和对比例1的螺牙载荷分布图
图中标号所示：1-螺母本体；2-内螺纹孔；3-内螺纹；100-叶片；102-叶根螺栓；103-叶根法兰；104-第一抗疲劳螺母；105-变桨轴承外圈螺栓；106-轮毂；107-第二抗疲劳螺母；108-变桨轴承。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
图1展示了一种抗疲劳螺母的剖面示意图，该螺母包括呈柱状的螺母本体1，螺母本体1的中心处设有便于与螺栓连接的内螺纹孔2，内螺纹孔2底部内螺纹3的牙为做切牙高处理的牙。
做切牙高处理的牙切除的小径的范围大于螺母内螺纹3未被切牙前的小径D2，小于等于螺母内螺纹3大径D1。做切牙高处理的牙沿螺母轴向长度大于等于内螺纹3螺距P，小于等于螺母本体1的高度H。做切牙高处理的牙所在的内螺纹3为被旋转特征切除的内螺纹3。旋转特征为曲线。内螺纹3的牙型可以为三角形、梯形、锯齿形或圆弧形中的一种。螺母做切牙高处理的牙至少包括首扣的牙。
实施例2
图2为一种抗疲劳螺母另一种形式的剖面示意图，实施例2的螺母与实施例1的螺母基本一样，不同之处在于实施例2的旋转特征为直线。
实施例3
图3为螺母的应用场合示意图，实施例3通过提供一种风力发电机叶根连接结构，该结构包括叶片100、叶根法兰103、轮毂106和变桨轴承108，其中叶片100、叶根法兰103和变桨轴承108之间通过叶根螺栓102与本实用新型提供的第一抗疲劳螺母104相配合连接，叶根螺栓102上具有螺栓套101，轮毂106和变桨轴承108之间通过变桨轴承外圈螺栓105与本实用新型提供的第一抗疲劳螺母107相配合连接。
实施例3的螺母通过安装在风力发电机叶根螺栓上，螺栓在服役过程中，叶片得交变载荷通过结构传递至叶根螺栓上，由于该抗疲劳螺母降低螺牙载荷的作用，螺栓与螺母配合的第一牙处交变应力极大降低，螺栓螺纹连接的极限强度和疲劳强度得到提高。
上述螺母安装在风力发电机叶片叶根螺栓上，以及螺栓和螺母连接叶片叶根与变桨轴承和/或变桨轴承与轮毂，因此本实施例的螺母可以由常用的M36螺母进行加工后，形成本实施例的螺母，M36螺母的尺寸规格已知，仅在螺母内螺纹孔底部的首扣处进行切牙处理即可。做切牙高处理的牙切除的小径的范围大于螺母内螺纹3未被切牙前的小径D2，小于等于螺母内螺纹3大径D1。做切牙高处理的牙沿螺母轴向长度大于等于内螺纹3螺距P，小于等于螺母本体1的高度H。
对比例1
对比例1的操作条件与实施例1的操作条件基本一样，不同之处在于对比例1采用没有做切牙处理的螺母。
图4为实施例1和对比例1的螺牙载荷分布图，与对比例1相比，实施例1的螺母螺牙刚度从未切牙高的区域向承载端依次递减，螺栓受到轴向拉力载荷时，由于螺母螺牙承载端螺纹起始端的螺牙刚度减小，则螺栓螺纹与螺母螺纹近承载端啮合处的螺牙抵抗轴向载荷的能力被削减，致使更多的轴向载荷向远离承载端的螺牙传递，即螺栓前几颗螺牙承受的载荷占比减小。由于螺栓与螺母啮合前几扣的承载占比减小，则该处的牙底应力减小，可以提高螺栓螺纹连接的极限强度和抗疲劳强度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种抗疲劳螺母，其特征在于，包括呈柱状的螺母本体(1)，所述螺母本体(1)的中心处设有便于与螺栓连接的内螺纹孔(2)，所述的内螺纹孔(2)底部内螺纹(3)的牙为做切牙高处理的牙；
所述做切牙高处理的牙沿螺母轴向长度大于等于内螺纹(3)螺距，小于等于螺母本体(1)的高度。
2.根据权利要求1所述的一种抗疲劳螺母，其特征在于，所述做切牙高处理的牙切除的小径的范围大于螺母内螺纹(3)未被切牙前的小径，小于等于螺母内螺纹(3)大径。
3.根据权利要求1所述的一种抗疲劳螺母，其特征在于，所述做切牙高处理的牙所在的内螺纹(3)为被旋转特征切除的内螺纹(3)。
4.根据权利要求3所述的一种抗疲劳螺母，其特征在于，所述的旋转特征包括直线、曲线或折线中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种抗疲劳螺母，其特征在于，所述内螺纹(3)的牙型包括三角形、梯形、锯齿形或圆弧形中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种抗疲劳螺母，其特征在于，所述螺母做切牙高处理的牙至少包括首扣的牙。
7.一种风力发电机叶根连接结构，其特征在于，包括叶片(100)、叶根法兰(103)、轮毂(106)、变桨轴承(108)和2个如权利要求1-6任一项所述的抗疲劳螺母。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电机叶根连接结构，其特征在于，所述的叶片(100)、叶根法兰(103)和变桨轴承(108)之间通过叶根螺栓(102)与第一抗疲劳螺母(104)相配合连接。
9.根据权利要求7所述的一种风力发电机叶根连接结构，其特征在于，所述的轮毂(106)和变桨轴承(108)之间通过变桨轴承外圈螺栓(105)与第二抗疲劳螺母(107)相配合连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117889137A (zh) * | 2024-03-18 | 2024-04-16 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种可提高盘间螺栓抗疲劳能力的螺栓结构及其设计方法 |
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2022
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| CN117889137A (zh) * | 2024-03-18 | 2024-04-16 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种可提高盘间螺栓抗疲劳能力的螺栓结构及其设计方法 |
| CN117889137B (zh) * | 2024-03-18 | 2024-06-04 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种可提高盘间螺栓抗疲劳能力的螺栓结构及其设计方法 |
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