JP2001065586A - Fastening device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンプラ
ント等の構造物の締結装置に関し、とりわけ、ボルトと
ナットを用いる締結装置であって、締結方向と垂直な方
向に荷重が作用する構造物の締結装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fastening device for a structure such as a steam turbine plant, and more particularly to a fastening device using bolts and nuts, the structure having a load acting in a direction perpendicular to the fastening direction. It relates to a fastening device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ボルト、ナット及び被締結体からなる締
結装置では、ボルトの伸びによって発生する軸方向荷重
を、ナットを介して被締結体の座面（締結平面）に与え
ることによって締結力を得ている。2. Description of the Related Art In a fastening device including a bolt, a nut, and an object to be fastened, an axial load generated by elongation of the bolt is applied to a seating surface (fastening plane) of the object to be fastened via a nut. It has gained.
【０００３】ボルト、ナット及び被締結体からなる従来
の締結装置について、図５を用いて説明する。図５に示
すように、締結装置５０は、ボルト孔５７を有する被締
結体５６と、被締結体５６のボルト孔５７に挿入され、
ボルト孔５７から突出する突出部５１ａを有するボルト
５１とを備える。ボルト５１の突出部５１ａには、ナッ
ト５２が螺合している。A conventional fastening device including a bolt, a nut and a member to be fastened will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the fastening device 50 includes a body 56 having a bolt hole 57 and a bolt hole 57 of the body 56,
And a bolt 51 having a protruding portion 51a protruding from the bolt hole 57. A nut 52 is screwed into the protrusion 51 a of the bolt 51.
【０００４】ボルト５１は、突出部５１ａの他に、突出
部５１ａに連続してくびれ状部分を有する首部５１ｂ
と、首部５１ｂに連続するボルト孔接触部５１ｃとを有
している。[0004] In addition to the protruding portion 51a, the bolt 51 has a neck portion 51b having a constricted portion continuous with the protruding portion 51a.
And a bolt hole contact portion 51c continuous with the neck portion 51b.
【０００５】ボルト孔５７の内径は、ボルト５１の首部
５１ｂに対応する部分においては、ボルト５１挿入の便
宜のためにボルト５１の径より大径（但し、ナット５２
の外形よりも小径）となっており、ボルト５１のボルト
孔接触部５１ｃに対応するボルト接触部５７ａにおいて
は、ボルト５１の径と略一致している。In the portion corresponding to the neck portion 51b of the bolt 51, the inner diameter of the bolt hole 57 is larger than the diameter of the bolt 51 (however, the nut 52
The diameter of the bolt 51 at the bolt contact portion 57a corresponding to the bolt hole contact portion 51c of the bolt 51 is substantially the same as the diameter of the bolt 51.
【０００６】従って、締結方向と垂直な方向の荷重（横
荷重）がボルト５１に作用する場合、その横荷重は、主
としてボルト接触部５７ａで支持される。Therefore, when a load (lateral load) in a direction perpendicular to the fastening direction acts on the bolt 51, the lateral load is mainly supported by the bolt contact portion 57a.
【０００７】また、従来の締結装置５０は、被締結体５
６とナット５２とが平滑な座面で接触している。従っ
て、ナット５２に締結方向と垂直な方向の荷重（横荷
重）が作用する場合、ナット５２と被締結体５６との締
結平面における摩擦力が横荷重を支持する。Further, the conventional fastening device 50 includes
6 and the nut 52 are in contact with a smooth seating surface. Therefore, when a load (lateral load) in a direction perpendicular to the fastening direction acts on the nut 52, the frictional force in the fastening plane between the nut 52 and the workpiece 56 supports the lateral load.
【０００８】また、ボルト５１の突出部５１ａ及び首部
５１ｂにかかる横荷重の一部についても、ナット５２と
被締結体５６との締結平面における摩擦力で支持するこ
ととなる。Further, a part of the lateral load applied to the protruding portion 51a and the neck portion 51b of the bolt 51 is supported by the frictional force in the fastening plane between the nut 52 and the body 56 to be fastened.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
タービンロータの締結装置のように、遠心力による過大
な横荷重が作用する場合には、ナット５２にかかる横荷
重及びボルト５１の突出部５１ａ及び首部５１ｂにかか
る横荷重の一部を、ナット５２と被締結体５６との締結
平面における摩擦力で支えることは困難である。However, when an excessive lateral load due to centrifugal force acts, for example, in a fastening device for a turbine rotor, the lateral load applied to the nut 52 and the protrusion 51a of the bolt 51 and the neck portion. It is difficult to support a part of the lateral load applied to 51b by the frictional force in the fastening plane between the nut 52 and the object 56.
【００１０】ナット５２と被締結体５６との間の最大静
止摩擦力を超えるような横荷重が作用すると、ナット５
２が滑り始めて、締結力のアンバランス、締結装置５０
の重心のアンバランス、ボルト５１の曲がり、などの不
具合が発生する。When a lateral load exceeding the maximum static friction force between the nut 52 and the object 56 is applied, the nut 5
2 starts to slip, imbalance in fastening force, fastening device 50
Of the center of gravity, bending of the bolt 51, and the like.
【００１１】より具体的に、締結装置５０を蒸気タービ
ンプラントのロータカップリング装置として使用する場
合について、図６及び図７を用いて説明する。More specifically, a case where the fastening device 50 is used as a rotor coupling device of a steam turbine plant will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
【００１２】ロータカップリング装置の場合、被締結体
５６が回転するため、締結装置５０も回転運動を行う。
蒸気タービンプラントの場合、その回転数は、定格回転
時で１５００，１８００，３０００または３６００ｒｐ
ｍという高速回転であり、その回転半径も数百ｍｍであ
る。このため、多大な遠心力が、締結装置５０に横荷重
として作用する。In the case of the rotor coupling device, since the member 56 to be rotated is rotated, the fastening device 50 also performs a rotational motion.
In the case of a steam turbine plant, the number of revolutions is 1500, 1800, 3000 or 3600 rpm at the rated revolution.
m and a radius of rotation of several hundred mm. For this reason, a large centrifugal force acts on the fastening device 50 as a lateral load.
【００１３】回転数が比較的小さく、ナット５２の滑り
に至らない場合には、図６に示すように、ボルト５１の
ボルト孔接触部５１ｃの遠心力は、ボルト孔５７のボル
ト接触部５７ａによって支持される。一方、ボルト５１
の突出部５１ａとナット５２の遠心力は、ナット５２と
被締結体５６との間の締結平面（座面）の摩擦力により
支持される。また、ボルト首部５１ｂの遠心力は、ボル
ト孔５７のボルト接触部５７ａによる反力と、締結平面
の摩擦力とで荷重分担される。When the rotational speed is relatively low and the nut 52 does not slip, the centrifugal force of the bolt hole contact portion 51c of the bolt 51 is increased by the bolt contact portion 57a of the bolt hole 57, as shown in FIG. Supported. On the other hand, bolt 51
The centrifugal force of the protrusion 51a of the nut 52 and the nut 52 is supported by the frictional force of the fastening plane (seat surface) between the nut 52 and the body 56 to be fastened. The centrifugal force of the bolt neck 51b is shared by the reaction force of the bolt contact portion 57a of the bolt hole 57 and the frictional force of the fastening plane.
【００１４】この場合、締結平面における摩擦力Ｆは、
負担する遠心力Ｆｒに一致し、締結装置５０の回転半径
をｒ、回転数をω、ナット５２の重量をｍN 、ボルト５
１の突出部５１ａの重量をｍBs、ボルトの首部５１ｂの
重量をｍBn、首部５１ｂの遠心力の荷重分担率をαとす
ると、 Ｆ ＝ Ｆｒ ＝（ｍN ＋ｍBs＋αｍBn）ｒω2 …（１） なる式で表される。In this case, the frictional force F in the fastening plane is
The rotational radius of the fastening device 50 is r, the rotational speed is ω, the weight of the nut 52 is m N ,
Assuming that the weight of the protrusion 51a is m Bs , the weight of the neck 51b of the bolt is m Bn , and the load sharing ratio of the centrifugal force of the neck 51b is α, F = Fr = (m N + m Bs + αm Bn ) rω 2 . (1) It is represented by the following formula.
【００１５】また、締結平面の摩擦力Ｆは、ナット５２
と被締結体５６との間の静止摩擦係数μS と締結荷重Ｐ
の積を超えない。すなわち、 Ｆ ≦ μS ・Ｐ …（２） である。The frictional force F on the fastening plane is
Static friction coefficient mu S and fastening load P between the fastener 56 and
Does not exceed the product of That is, F ≦ μ S · P ... ( 2).
【００１６】以上の２式から、回転数ωが ω2 ＝μS ・Ｐ／（ｍN ＋ｍBs＋αｍBn）ｒ …（３） となる時点で、ナット５２は遠心力方向に滑り始めるこ
ととなる。From the above two equations, when the rotational speed ω becomes ω 2 = μ SP · (m N + m Bs + αm Bn ) r (3), the nut 52 starts to slide in the direction of centrifugal force. Become.
【００１７】一旦ナット５２が滑り始めると、ボルト５
１の首部５１ｂが曲げられ、この曲げによる反力によっ
て遠心力の一部が負担される。ナット５２の移動量とボ
ルト５１の首部５１ｂの曲げ反力とはほぼ比例し、ボル
ト首部５１ｂの曲げ剛性をｋとし、ナット５２の移動量
をｘとすると、ボルト曲げ反力はｋｘと表せる。Once the nut 52 starts sliding, the bolt 5
The first neck 51b is bent, and a part of the centrifugal force is borne by the reaction force due to the bending. The amount of movement of the nut 52 and the bending reaction force of the neck 51b of the bolt 51 are substantially proportional. If the bending rigidity of the bolt neck 51b is k and the amount of movement of the nut 52 is x, the bolt bending reaction force can be expressed as kx.
【００１８】また、一旦ナット５２の滑りが発生する
と、締結平面の摩擦状態が静止摩擦状態から動摩擦状態
に移行するため、図７に示すような力の釣り合い状態と
なる。力の釣り合いの式は以下のようになる。ここで、
μD は動摩擦係数である。Further, once the nut 52 slips, the frictional state of the fastening plane shifts from the static frictional state to the dynamic frictional state, so that the forces are balanced as shown in FIG. The formula for force balance is as follows. here,
mu D is a coefficient of dynamic friction.
【００１９】 （ｍN ＋ｍBs＋αｍBn）ｒω2 ＝μD ・Ｐ＋ｋｘ …（４） 実際には、一旦ナット５２が滑ると、慣性の作用によっ
て（４）式の力の釣り合い状態を若干超えた状態でナッ
ト５２が静止する。しかし、少なくとも（μS−μD ）
・Ｐの荷重がボルト首部５１ｂに作用し、（μS −μ
D ）Ｐ／ｋの長さだけナット５２が遠心力方向に滑るこ
ととなる。( M N + m Bs + αm Bn ) rω 2 = μ D · P + kx (4) In practice, once the nut 52 slides, the force balance state of the equation (4) slightly exceeds due to the action of inertia. In this state, the nut 52 stops. However, at least (μ S -μ D)
・ The load of P acts on the bolt neck 51b, and (μ S −μ
D ) The nut 52 slides in the direction of centrifugal force by the length of P / k.
【００２０】結果として、ボルト首部５１ｂに多大の曲
げ荷重が作用し、曲げ応力がボルト５１の耐力を超えた
時に、ボルト５１の塑性変形による曲がりが生じる。さ
らに、ナット５２の移動によりナット５２近傍の回転半
径が増加するため、遠心力がさらに増加すると共に、ナ
ット５２の移動によりボルト５１に新たな引張方向の力
が作用することとなり、それを防止するためには締結荷
重を増加させる必要が生じる。As a result, a large bending load acts on the bolt neck 51b, and when the bending stress exceeds the proof stress of the bolt 51, the bolt 51 bends due to plastic deformation. Further, the rotation radius of the vicinity of the nut 52 increases due to the movement of the nut 52, so that the centrifugal force further increases, and the movement of the nut 52 causes a new force in the pulling direction to act on the bolt 51, which is prevented. Therefore, it is necessary to increase the fastening load.
【００２１】タービンロータカップリングのように、複
数の締結装置５０を用いる場合、締結荷重や摩擦係数に
若干のばらつきがあるため、ナット５２が滑り始める回
転数にもばらつきが生じ、最初のナット５２が滑り始め
てから全てのナット５２の滑りが終了するまでの間、締
結力のアンバランス及び締結装置５０の重心のアンバラ
ンスが発生し、ロータの振動などの不具合の要因とな
る。When a plurality of fastening devices 50 are used, as in the case of a turbine rotor coupling, there is a slight variation in the fastening load and the coefficient of friction. Until the sliding of all the nuts 52 is completed after the start of slipping, the imbalance of the fastening force and the imbalance of the center of gravity of the fastening device 50 occur, which causes troubles such as vibration of the rotor.
【００２２】一方、ボルト５１とボルト孔５７との接触
面積を大きくすると、締結平面の摩擦力が担う突出部５
１ａ及び首部５１ｂの横荷重負担の割合、すなわち荷重
分担率は低減する。しかしこの場合、ボルト５１とボル
ト孔５７との接触面間の摩擦が増大するため、ボルト５
１の軸力が十分にナット５２に伝達されず、締結力が不
足するおそれがある。On the other hand, when the contact area between the bolt 51 and the bolt hole 57 is increased, the projecting portion 5 which bears the frictional force of the fastening plane is provided.
The ratio of the lateral load burden of 1a and the neck portion 51b, that is, the load sharing ratio is reduced. However, in this case, the friction between the contact surface between the bolt 51 and the bolt hole 57 increases, so that the bolt 5
The first axial force may not be sufficiently transmitted to the nut 52, and the fastening force may be insufficient.
【００２３】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、締結装置の信頼性および締結力を損なう
ことなく、ナットの移動に起因する締結力のアンバラン
ス、締結装置の重心のアンバランス、ボルトの曲がり、
などの不具合が発生しないような締結装置を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and without impairing the reliability and the fastening force of the fastening device, the imbalance of the fastening force caused by the movement of the nut, and the center of gravity of the fastening device. Unbalance, bending of bolts,
It is an object of the present invention to provide a fastening device that does not cause such troubles.
【００２４】[0024]
【課題を解決するための手段】本発明は、ボルト孔を有
する被締結体と、被締結体のボルト孔に挿入され、ボル
ト孔から突出する突出部を有するボルトと、ボルトの突
出部に螺合されるナットとを備え、被締結体のボルト孔
のナット側端部に、ナットの外径面の少なくとも一部が
嵌合されるザグリ部が設けられた、ことを特徴とする締
結装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an object to be fastened having a bolt hole, a bolt having a projection inserted into the bolt hole of the object to project from the bolt hole, and a screw being screwed into the projection of the bolt. And a counterbore portion to which at least a part of the outer diameter surface of the nut is fitted is provided at the nut-side end of the bolt hole of the body to be fastened, is there.
【００２５】また本発明は、ボルト孔を有する被締結体
と、被締結体のボルト孔に挿入され、ボルト孔から突出
する突出部を有するボルトと、ボルトの突出部に嵌合さ
れる座金と、座金の上からボルトの突出部に螺合される
ナットとを備え、被締結体のボルト孔の座金側端部に、
座金の外径面の少なくとも一部が嵌合されるザグリ部が
設けられた、ことを特徴とする締結装置である。According to the present invention, there is provided an object to be fastened having a bolt hole, a bolt having a projection inserted into the bolt hole of the object to project from the bolt hole, and a washer fitted to the projection of the bolt. A nut screwed onto the bolt protrusion from above the washer, and at the washer-side end of the bolt hole of the object to be fastened,
A fastening device, wherein a counterbore portion to which at least a part of the outer diameter surface of the washer is fitted is provided.
【００２６】また本発明は、ボルト孔を有する被締結体
と、被締結体のボルト孔に挿入され、ボルト孔から突出
する突出部を有するボルトと、ボルトの突出部に螺合さ
れると共に、ボルト孔側の面が凸円錐面状に形成された
ナットとを備え、被締結体のボルト孔のナット側端部
に、ナットのボルト孔側の面と当接する凹円錐面部が設
けられた、ことを特徴とする締結装置である。Further, the present invention provides an object to be fastened having a bolt hole, a bolt having a projection inserted into the bolt hole of the object to project from the bolt hole, and being screwed to the projection of the bolt, A nut whose surface on the bolt hole side is formed in a convex conical surface shape, and a concave conical surface portion that is in contact with the bolt hole side surface of the nut is provided at the nut side end of the bolt hole of the object to be fastened. It is a fastening device characterized by the above-mentioned.
【００２７】本発明によれば、横荷重がナットと被締結
体との間の最大静止摩擦力を超えた場合においても、ナ
ットの移動が抑制されるため、締結力のアンバランス、
締結装置の重心のアンバランス、ボルトの曲がりなどの
不具合を未然に防止し、かつ、締結装置の信頼性および
締結力を損なうことがない。According to the present invention, even when the lateral load exceeds the maximum static frictional force between the nut and the object to be fastened, the movement of the nut is suppressed.
Problems such as unbalance of the center of gravity of the fastening device and bending of the bolt are prevented, and the reliability and fastening force of the fastening device are not impaired.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２９】図１は、蒸気タービンプラントのロータカ
ップリング装置として用いられる、本発明の第１の実施
の形態による締結装置を示す構成概略図である。図１に
示すように、本発明の第１の実施の形態の締結装置３０
は、ボルト孔７を有する被締結体６と、被締結体６のボ
ルト孔７に挿入され、ボルト孔７から突出する突出部１
ａを有するボルト１とを備える。ボルト１の突出部１ａ
には、ナット２が螺合している。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fastening device according to a first embodiment of the present invention, which is used as a rotor coupling device of a steam turbine plant. As shown in FIG. 1, a fastening device 30 according to a first embodiment of the present invention
Is an object to be fastened 6 having a bolt hole 7, and a projection 1 inserted into the bolt hole 7 of the object to be fastened 6 and projecting from the bolt hole 7.
a having a. Protruding part 1a of bolt 1
, A nut 2 is screwed.
【００３０】被締結体６のボルト孔７のナット２側端部
には、ナット２の外径面２ｓの少なくとも一部が嵌合さ
れるザグリ部４が設けられている。ボルト孔７のザグリ
部４以外の部分の内径は、ボルト１の径と略一致してい
る。A counterbore 4 into which at least a part of the outer diameter surface 2s of the nut 2 is fitted is provided at an end of the bolt hole 7 of the object 6 on the nut 2 side. The inner diameter of the portion of the bolt hole 7 other than the counterbore portion 4 substantially matches the diameter of the bolt 1.
【００３１】その他、ボルト１は、突出部１ａの他に、
突出部１ａに連続してくびれ状部分を有する首部１ｂ
と、首部１ｂに連続するボルト孔接触部１ｃとを有して
いる。In addition to the protrusion 1a, the bolt 1
A neck portion 1b having a constricted portion continuous with the protruding portion 1a
And a bolt hole contact portion 1c continuous with the neck portion 1b.
【００３２】本実施の形態の締結装置３０においては、
締結方向と垂直な方向の荷重（横荷重）がボルト１に作
用する場合、その横荷重は、主としてボルト孔７で支持
される。In the fastening device 30 of the present embodiment,
When a load (lateral load) in a direction perpendicular to the fastening direction acts on the bolt 1, the lateral load is mainly supported by the bolt holes 7.
【００３３】また、ナット２に締結方向と垂直な方向の
荷重（横荷重）が作用する場合、図２に示すように、ナ
ット２と被締結体６との締結平面における摩擦力に加え
て、ナット２の外形面の一部に対するザグリ部４の反力
によって支持される。When a load (lateral load) is applied to the nut 2 in a direction perpendicular to the fastening direction, as shown in FIG. 2, in addition to the frictional force in the fastening plane between the nut 2 and the body 6 to be fastened, The nut 2 is supported by a counterforce of the counterbore part 4 against a part of the outer surface.
【００３４】また、ボルト１の突出部１ａ及び首部１ｂ
にかかる横荷重の一部についても、ナット２と被締結体
６との締結平面における摩擦力と、ナット２の外径面２
ｓの一部に対するザグリ部４の反力とによって支持され
る。The protrusion 1a and the neck 1b of the bolt 1
Of the lateral load applied to the nut 2, the frictional force in the fastening plane between the nut 2 and the object 6 and the outer diameter surface 2 of the nut 2
s is supported by the counterforce of the counterbore part 4 against a part of the s.
【００３５】本実施の形態の場合、被締結体６が回転す
るため、締結装置３０も回転運動を行う。蒸気タービン
プラントの場合、その回転数は、定格回転時で１５０
０，１８００，３０００または３６００ｒｐｍという高
速回転であり、その回転半径も数百ｍｍである。このた
め、多大な遠心力が、締結装置３０に横荷重として作用
する。In the case of the present embodiment, since the body 6 to be fastened rotates, the fastening device 30 also makes a rotational movement. In the case of a steam turbine plant, the rotation speed is 150
It rotates at a high speed of 0, 1800, 3000 or 3600 rpm, and its radius of rotation is several hundred mm. For this reason, a large centrifugal force acts on the fastening device 30 as a lateral load.
【００３６】横荷重が大きくて、ナット２が締結平面の
静止摩擦力を超えて移動する場合でも、被締結体６のザ
グリ部４に当接することでナット２の移動は停止する。
被締結体６のザグリ部４とナット２の外径とのクリアラ
ンス分だけナット２が移動する（滑る）と、被締結体６
のザグリ部４とナット２の外径面２ｓが接触し、図２に
示すような力の釣り合い状態となる。Even when the lateral load is large and the nut 2 moves beyond the static frictional force of the fastening plane, the movement of the nut 2 is stopped by contacting the counterbore portion 4 of the body 6 to be fastened.
When the nut 2 moves (slides) by the clearance between the counterbore portion 4 of the object 6 and the outer diameter of the nut 2, the object 6
The counterbore part 4 and the outer diameter surface 2s of the nut 2 come into contact with each other, and the force is balanced as shown in FIG.
【００３７】力の釣り合いの式は、ザグリ部４の座ぐり
径ｄｚとナット２の外径ｄｎの差の１／２をクリアラン
スδとし、ザグリ部４とナット２の外径の接触部で分担
する荷重をＦC とすると、締結装置３０の回転半径を
ｒ、回転数をω、ナット２の重量をｍN 、ボルト１の突
出部１ａの重量をｍBs、ボルトの首部１ｂの重量を
ｍBn、首部１ｂの遠心力の荷重分担率をα、ボルト首部
１ｂの曲げ剛性をｋとして、 （ｍN ＋ｍBs＋αｍBn）ｒω2 ＝ｋδ＋ＦC …（５） となる。δは、所謂半径クリアランスである。The formula for the force balance is as follows: 1/2 of the difference between the spot facing diameter dz of the counterbore portion 4 and the outer diameter dn of the nut 2 is defined as the clearance δ, and the contact portion between the counterbore portion 4 and the outer diameter of the nut 2 is shared. Assuming that the load to be applied is F C , the rotation radius of the fastening device 30 is r, the rotation speed is ω, the weight of the nut 2 is m N , the weight of the protrusion 1 a of the bolt 1 is m Bs , and the weight of the neck 1 b of the bolt is m. bn, a load share of the centrifugal force of the neck 1b alpha, the bending rigidity of the bolt neck portion 1b as k, the (m N + m Bs + αm Bn) rω 2 = kδ + F C ... (5). δ is a so-called radius clearance.
【００３８】本実施の形態によれば，ボルト首部１ｂに
作用する曲げ荷重がｋδにまで低減されるため、ボルト
１の塑性変形による曲がりを防止することができる。ま
た、ナット２の滑り量は高々δであるため、締結力のア
ンバランスや締結装置３０の重心のアンバランスを回避
することができる。また、締結装置３０の信頼性および
締結力を損なうこともない。According to the present embodiment, since the bending load acting on the bolt neck 1b is reduced to kδ, the bending of the bolt 1 due to plastic deformation can be prevented. Further, since the slip amount of the nut 2 is at most δ, it is possible to avoid imbalance in the fastening force and unbalance in the center of gravity of the fastening device 30. Further, the reliability and the fastening force of the fastening device 30 are not impaired.
【００３９】半径クリアランスδは、ボルト首部１ｂに
作用する曲げ荷重、締付装置３０の組立性及び製造性、
等を考慮して設定され得るが、０．００１ｍｍ＜δ≦１
ｍｍとすることが好ましい。この場合、ナット２の外径
部２ｓとザグリ部４の内周側面との間に強い干渉を生じ
ることなくナット２の装着および締結が可能であると共
に、タービン運転時の遠心力作用下において、ボルト首
部１ｂの外表面の応力が材料の耐力を大きく超えること
がない。従って、強度的に信頼性の高い締結装置を提供
できる。The radius clearance δ is determined by the bending load acting on the bolt neck 1b, the assemblability and manufacturability of the tightening device 30,
And so on, but 0.001 mm <δ ≦ 1
mm is preferable. In this case, the nut 2 can be mounted and fastened without causing strong interference between the outer diameter portion 2s of the nut 2 and the inner peripheral side surface of the counterbore portion 4, and under the action of centrifugal force during turbine operation, The stress on the outer surface of the bolt neck 1b does not greatly exceed the proof stress of the material. Therefore, a highly reliable fastening device can be provided.
【００４０】クリアランスδは、更に０．０５ｍｍ≦δ
≦０．４ｍｍであることが好ましい。この範囲のクリア
ランスに設定することにより、ナット２の外径部２ｓと
ザグリ部４の内周側面との干渉がほとんどなく、僅かな
トルクでナット２を容易に装着および締結することが可
能であると共に、タービン運転時の遠心力作用下におい
て、ナット２の移動量は最大でも０．４ｍｍ程度であ
り、タービン軸振動に顕著な軸振動を引き起こすことは
ない。大容量蒸気タービンでは、ナット２がこの値以上
に移動した場合に、軸振動が大きく増大する傾向にある
ことが知見された。The clearance δ is 0.05 mm ≦ δ.
It is preferred that ≦ 0.4 mm. By setting the clearance in this range, there is almost no interference between the outer diameter portion 2s of the nut 2 and the inner peripheral side surface of the counterbore portion 4, and the nut 2 can be easily mounted and fastened with a small torque. At the same time, under the action of centrifugal force during turbine operation, the amount of movement of the nut 2 is at most about 0.4 mm, and does not cause remarkable shaft vibration in turbine shaft vibration. It has been found that, in the large-capacity steam turbine, when the nut 2 moves beyond this value, the shaft vibration tends to greatly increase.
【００４１】なお、ナット２及びザグリ部４の接触面
は、本実施の形態のような平面状に限られない。例え
ば、ナット２のボルト孔側の面が凸円錐面状に形成され
て、ザグリ部４が、ナット２のボルト孔側の面と密着す
る凹円錐面部を有していてもよい。The contact surface between the nut 2 and the counterbore portion 4 is not limited to a flat surface as in this embodiment. For example, the surface of the nut 2 on the bolt hole side may be formed in a convex conical surface shape, and the counterbore portion 4 may have a concave conical surface portion that is in close contact with the surface of the nut 2 on the bolt hole side.
【００４２】また、ナット２のボルト孔側の面が凸円錐
面状に形成されて、ザグリ部４の全体がナット２のボル
ト孔側面と密着する凹円錐面として形成されていても、
ナット２の移動を抑制することができる。しかし、ナッ
ト２の移動を抑制する効果は、ザグリ部４がナット２の
外径面２ｓと嵌合する場合の方が大きい。Further, even if the surface of the nut 2 on the bolt hole side is formed in a convex conical shape, and the entire counterbore portion 4 is formed as a concave conical surface which is in close contact with the bolt hole side surface of the nut 2,
The movement of the nut 2 can be suppressed. However, the effect of suppressing the movement of the nut 2 is greater when the counterbore portion 4 is fitted with the outer diameter surface 2s of the nut 2.
【００４３】さらに、ナット２のザグリ部４に対する接
触面及びザグリ部４のナット２に対する接触面のうち、
少なくとも一方の一部を表面加工して、両者の間の摩擦
係数を増大させることが好ましい。静止摩擦係数を大き
くすると、ナット２の滑り始めの横荷重値を上昇させる
ことができる。また、動摩擦係数を大きくすると、ナッ
ト２の移動量を抑制することができる。The contact surface of the nut 2 with the counterbore 4 and the contact surface of the counterbore 4 with the nut 2
It is preferable to surface-treat at least one part to increase the coefficient of friction between the two. When the static friction coefficient is increased, the lateral load value at which the nut 2 starts to slide can be increased. In addition, when the dynamic friction coefficient is increased, the moving amount of the nut 2 can be suppressed.
【００４４】次に、本発明の第２の実施の形態の締結装
置について図３及び図４を用いて説明する。図３は、第
２の実施の形態の締結装置の構成概略図である。Next, a fastening device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the fastening device according to the second embodiment.
【００４５】図３に示すように、本実施の形態の締結装
置は、座金２０がボルト１の突出部１ａに嵌合され、ナ
ット２が座金２０の上からボルト１の突出部１ａに螺合
されており、被締結体６のボルト孔７の座金側端部に、
座金２０の外径面２０ｓの少なくとも一部が嵌合される
ザグリ部２４が設けられている。As shown in FIG. 3, in the fastening device according to the present embodiment, the washer 20 is fitted to the protrusion 1a of the bolt 1, and the nut 2 is screwed onto the protrusion 1a of the bolt 1 from above the washer 20. And at the washer-side end of the bolt hole 7 of the body 6 to be fastened,
A counterbore portion 24 into which at least a part of the outer diameter surface 20s of the washer 20 is fitted is provided.
【００４６】座金２０は、ボルト孔側の面２０ｂが凸円
錐面状に形成されており、ザグリ部２４は、座金２０の
ボルト孔側の面と密着する凹円錐面部を有している。ま
た、ナット２は、座金側の面２ｚが凸円錐面状に形成さ
れており、座金２０は、ナット２の座金側の面２ｚと密
着する凹円錐面部２０ｎを有している。The washer 20 has a surface 20b on the bolt hole side formed in a convex conical shape, and the counterbore portion 24 has a concave conical surface portion that is in close contact with the surface on the bolt hole side of the washer 20. The nut 2 has a washer-side surface 2z formed in a convex conical shape, and the washer 20 has a concave conical surface portion 20n that is in close contact with the washer-side surface 2z of the nut 2.
【００４７】その他の構成は、図１及び図２に示す第１
の実施の形態の締結装置３０と略同様の構成である。第
２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。The other structure is the same as the first structure shown in FIGS.
The configuration is substantially the same as that of the fastening device 30 of the embodiment. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【００４８】本実施の形態においては、ナット２と座金
２０との間でも滑り移動が生じ得るが、両者の当接面を
円錐形状とすることによって滑りを抑制している。In the present embodiment, the sliding movement may occur between the nut 2 and the washer 20, but the sliding is suppressed by making the contact surfaces of the two conical.
【００４９】ここで、当接面（円錐面）の頂角をθとす
ると、図４に示すように、遠心力Ｆ r は円錐面を直角に
押す力Ｆr ｃｏｓ（θ／２）と滑り方向の力Ｆr ｓｉｎ
（θ／２）とに分解される。従って、滑り方向の力は、
ｓｉｎ（θ／２）倍に低減されることになる。また、横
荷重の負荷に伴い、回転中心から離れた面（図４では上
側）の当たりが強くなり、締結力反力がナット２の滑り
方向と反対方向に強く作用することも、滑りを抑制する
効果を奏する。Here, the vertex angle of the contact surface (conical surface) is θ.
Then, as shown in FIG. r Makes the conical surface a right angle
Pushing force Fr cos (θ / 2) and force F in sliding directionr sin
(Θ / 2). Therefore, the force in the sliding direction is
It will be reduced to sin (θ / 2) times. Also, beside
Due to the application of the load, the surface away from the center of rotation
Side), and the reaction force of the fastening force causes the nut 2 to slip.
Strongly acting in the opposite direction also reduces slippage
It works.
【００５０】一方、座金２０と被締結体６との間の滑り
に関しては、第１の実施の形態と同様に、座金２０に締
結方向と垂直な方向の荷重（横荷重）が発生する場合、
図４に示すように、座金２０と被締結体６との締結面に
おける摩擦力に加えて、座金２０の外径面２０ｓの一部
に対するザグリ部２４の反力によって横荷重が支持され
る。また、ボルト１の突出部１ａ及び首部１ｂにかかる
横荷重の一部についても、座金２０と被締結体６との締
結面における摩擦力及び座金２０の外径面２０ｓの一部
に対するザグリ部２４の反力とによって支持される。On the other hand, regarding the slip between the washer 20 and the body 6 to be fastened, as in the first embodiment, when a load (lateral load) in the direction perpendicular to the fastening direction is applied to the washer 20,
As shown in FIG. 4, the lateral load is supported by the reaction force of the counterbore portion 24 on a part of the outer diameter surface 20 s of the washer 20 in addition to the frictional force at the fastening surface between the washer 20 and the body 6 to be fastened. Also, a part of the lateral load applied to the protruding portion 1a and the neck portion 1b of the bolt 1, the frictional force on the fastening surface between the washer 20 and the workpiece 6 and the counterbore portion 24 with respect to a part of the outer diameter surface 20s of the washer 20. Supported by the reaction force.
【００５１】本実施の形態においては、座金２０と被締
結体６の当接面も円錐形状としているため、この当接面
（円錐面）の頂角をφとすると、滑り方向の力はｓｉｎ
（φ／２）倍に低減される。In the present embodiment, since the contact surface between the washer 20 and the object 6 is also conical, if the apex angle of the contact surface (cone surface) is φ, the force in the sliding direction is sin.
(Φ / 2) times.
【００５２】なお、座金２０のザグリ部２４に対する接
触面及びザグリ部４の座金２０に対する接触面のうち、
少なくとも一方の一部を表面加工して、両者の間の摩擦
係数を増大させることが好ましい。静止摩擦係数を大き
くすると、座金２０の滑り始めの横荷重値を上昇させる
ことができる。また、動摩擦係数を大きくすると、座金
２０の移動量を抑制することができる。The contact surface of the washer 20 with the counterbore 24 and the contact surface of the counterbore 4 with the washer 20 are described below.
It is preferable to surface-treat at least one part to increase the coefficient of friction between the two. Increasing the coefficient of static friction can increase the lateral load value at which the washer 20 starts to slide. In addition, when the dynamic friction coefficient is increased, the moving amount of the washer 20 can be suppressed.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
過大な横荷重が締結装置に負荷される場合においても、
ナットの移動が抑制され、締結力のアンバランス、締結
装置の重心のアンバランス、ボルトの曲がりなどの不具
合が未然に防止され、かつ、締結装置の信頼性および締
結力を損なうことがない締結装置が提供できる。As described above, according to the present invention,
Even when an excessive lateral load is applied to the fastening device,
A fastening device that suppresses movement of a nut, prevents imbalance in fastening force, unbalance in the center of gravity of the fastening device, bending of a bolt, and the like, and does not impair reliability and fastening force of the fastening device. Can be provided.
【図１】本発明の第１の実施の形態による締結装置を示
す構成概略図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a fastening device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の締結装置の遠心力作用下での力の釣り合
い状態を示す図。FIG. 2 is a view showing a balanced state of force under the action of a centrifugal force of the fastening device of FIG. 1;
【図３】本発明の第２の実施の形態による締結装置を示
す構成概略図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a fastening device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】図３の締結装置の遠心力作用下での力の釣り合
い状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a state in which forces are balanced by the fastening device of FIG. 3 under the action of centrifugal force.
【図５】従来の締結装置を示す構成概略図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a conventional fastening device.
【図６】従来の締結装置の遠心力作用下での力の釣り合
い状態を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a balanced state of force under the action of centrifugal force of a conventional fastening device.
【図７】図６のナット部分の拡大図。FIG. 7 is an enlarged view of a nut part in FIG. 6;
１ ボルト １ａ 突出部 １ｂ 首部 １ｃ ボルト孔接触部 ２ ナット ２ｓ 外径面 ２ｚ 座金側の面 ４ ザグリ部 ６ 被締結体 ７ ボルト孔 ２０ 座金 ２０ｂ ボルト側の面 ２０ｓ 外径面 ２０ｎ ナット側の面 ２４ ザグリ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bolt 1a Projecting part 1b Neck 1c Bolt hole contact part 2 Nut 2s Outer diameter surface 2z Washer side surface 4 Counterbore part 6 Fastened object 7 Bolt hole 20 Washer 20b Bolt side surface 20s Outer diameter surface 20n Nut side surface 24 Counterbore part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊 地 正 孝 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 3J034 DA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masataka Kikuchi 2-4-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term in Keihin Works, Toshiba Corporation (reference) 3J034 DA06
Claims (12)
突出部を有するボルトと、 ボルトの突出部に螺合されるナットとを備え、 被締結体のボルト孔のナット側端部に、ナットの外径面
の少なくとも一部が嵌合されるザグリ部が設けられた、
ことを特徴とする締結装置。An object to be fastened having a bolt hole, a bolt inserted into the bolt hole of the object to be fastened and having a projection projecting from the bolt hole, and a nut screwed into the projection of the bolt; A counterbore portion to which at least a part of the outer diameter surface of the nut is fitted is provided at the nut-side end of the bolt hole of the fastened body,
A fastening device, characterized in that:
形成されており、 ザグリ部は、ナットのボルト孔側の面と密着する凹円錐
面部を有していることを特徴とする請求項１に記載の締
結装置。2. The nut is characterized in that the surface on the bolt hole side is formed in a convex conical surface shape, and the counterbore portion has a concave conical surface portion in close contact with the surface on the bolt hole side of the nut. The fastening device according to claim 1, wherein
小間隙が形成されていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の締結装置。3. The fastening device according to claim 1, wherein a minute gap is formed between an outer diameter surface of the nut and a counterbore portion.
とする請求項３に記載の締結装置。4. The fastening device according to claim 3, wherein the minute gap is 1 mm or less.
リ部のナットに対する接触面のうち、少なくとも一方の
一部を表面加工して、両者の間の摩擦係数を増大させた
ことを特徴とする請求項１乃至４に記載の締結装置。5. The method according to claim 1, wherein at least one of the contact surface of the nut against the counterbore and the contact surface of the counterbore against the nut is surface-treated to increase the friction coefficient between the two. Item 5. The fastening device according to any one of Items 1 to 4.
突出部を有するボルトと、 ボルトの突出部に嵌合される座金と座金の上からボルト
の突出部に螺合されるナットとを備え、 被締結体のボルト孔の座金側端部に、座金の外径面の少
なくとも一部が嵌合されるザグリ部が設けられた、こと
を特徴とする締結装置。6. An object to be fastened having a bolt hole, a bolt having a projection inserted into the bolt hole of the object to project from the bolt hole, a washer fitted to the projection of the bolt and a washer And a nut that is screwed into the projecting portion of the bolt from above, and a counterbore portion to which at least a part of the outer diameter surface of the washer is fitted is provided at a washer-side end of the bolt hole of the object to be fastened. A fastening device.
成されており、 ザグリ部は、座金のボルト孔側の面と密着する凹円錐面
部を有していることを特徴とする請求項６に記載の締結
装置。7. The washer is formed with a convex conical surface on the bolt hole side, and the counterbore portion has a concave conical surface portion in close contact with the bolt hole side surface of the washer. The fastening device according to claim 6, wherein
されており、 座金は、ナットの座金側の面と密着する凹円錐面部を有
していることを特徴とする請求項６または７に記載の締
結装置。8. The nut according to claim 1, wherein the surface of the nut on the side of the washer is formed in a convex conical shape, and the washer has a concave conical surface portion in close contact with the surface of the nut on the side of the washer. The fastening device according to claim 6 or 7.
間隙が形成されていることを特徴とする請求項６乃至８
のいずれかに記載の締結装置。9. A small gap is formed between the outer diameter surface of the washer and the counterbore portion.
The fastening device according to any one of the above.
徴とする請求項８に記載の締結装置。10. The fastening device according to claim 8, wherein the minute gap is 1 mm or less.
リ部の座金に対する接触面のうち、少なくとも一方の一
部を表面加工して、両者の間の摩擦係数を増大させたこ
とを特徴とする請求項６乃至１０に記載の締結装置。11. The surface of at least one of the contact surface of the washer with the counterbore and the contact surface of the counterbore with the washer is subjected to a surface treatment to increase the friction coefficient between the two. Item 11. The fastening device according to any one of Items 6 to 10.
突出部を有するボルトと、 ボルトの突出部に螺合されると共に、ボルト孔側の面が
凸円錐面状に形成されたナットとを備え、 被締結体のボルト孔のナット側端部に、ナットのボルト
孔側の面と当接する凹円錐面部が設けられた、ことを特
徴とする締結装置。12. An object to be fastened having a bolt hole, a bolt inserted into the bolt hole of the object to be fastened, and having a projection projecting from the bolt hole; And a nut whose surface is formed in a convex conical surface shape, and a concave conical surface portion is provided at the nut side end of the bolt hole of the object to be fastened in contact with the bolt hole side surface of the nut. And fastening device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23745199A JP2001065586A (en) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | Fastening device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23745199A JP2001065586A (en) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | Fastening device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001065586A true JP2001065586A (en) | 2001-03-16 |
Family
ID=17015548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23745199A Pending JP2001065586A (en) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | Fastening device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001065586A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002349529A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-04 | Toshiba Corp | Jointing device |
| US8038377B2 (en) | 2006-11-17 | 2011-10-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Fastening device |
| US9708912B2 (en) | 2014-10-30 | 2017-07-18 | Siemens Energy, Inc. | Turbine rotor nut and bolt arrangement with improved fatigue resistance under centrifugal load |
-
1999
- 1999-08-24 JP JP23745199A patent/JP2001065586A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002349529A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-04 | Toshiba Corp | Jointing device |
| US8038377B2 (en) | 2006-11-17 | 2011-10-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Fastening device |
| US9708912B2 (en) | 2014-10-30 | 2017-07-18 | Siemens Energy, Inc. | Turbine rotor nut and bolt arrangement with improved fatigue resistance under centrifugal load |
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