密封螺母的制作方法

本发明涉及通常意义上的密封螺母，尤其涉及包括一个密封环的螺母。
背景技术：
：由于航空领域的结构工件需要一种相对液体和蒸汽的密封装配，因而在航空工业中，使用密封螺母并通过在密封螺母中插入具有外螺纹的螺栓或类似的部件来装配这些工件。当需要装配的工件主要受到剪切应力、牵引应力或这两者的组合时，使用具有平滑的圆柱形或圆锥形杆部的螺栓，该杆部的长度允许杆部完全穿过待装配工件的厚度范围。杆的长度允许装配后工件的厚度在最小厚度（“gripmin”，“最小螺握值”）和最大厚度（“gripmax”，“最大螺握值”）之间变化，差值通常为1.6毫米（英制为1/16英寸）。厚度的范围在英语术语中被称为“gripcapacity”（螺握能力）。当螺栓穿过的工件具有螺栓可以装配的最小厚度时，所使用的螺栓的杆的圆柱形或圆锥形部分超出此长度范围并因此伸出。相反，当螺栓穿过的工件具有螺栓可以装配的最大厚度时，圆柱形或圆锥形部分则不伸出。此外，抗剪螺栓通常包括杆，其具有的外径大于螺纹的最大外径。为了装配工件，因此有必要与抗剪螺栓或抗拉螺栓一起使用如图1所示的螺母10。螺母10包括形成于抵靠表面14的空间12，此空间12旨在与一个待夹固的工件的表面s接触。这个抵靠表面14和螺母的第一螺纹之间产生的空间，通常称为台阶孔，并可具有不同的形状和尺寸。在上面给出的示例中，台阶孔可以接收的螺栓的杆至多为1.6毫米，螺栓的杆可从具有最小厚度的工件中伸出。在某些情况下，这些螺母也要必须为密封螺母，图2示出了这种螺母。可变形的密封环16一般由特氟隆（teflon）制成并被置于台阶孔12中的孔18中。为了不与螺栓干涉，密封环16的内径大于内螺纹的直径和光滑杆的直径。该密封环干涉安装于孔18中，以确保密封环在运输过程中被保持在螺母中。密封环为通常从螺母的抵靠表面突出的圆锥形。因此，当螺母被压紧在工件上时，密封环向台阶孔内部且靠着螺栓的杆和/或螺纹轴向压缩并径向变形，从而形成一个密封的接合。在图3所示的包括螺栓20和密封螺母10的某些工件装配中，申请人已经注意到密封环16不完全变形到台阶孔12中而部分变形22到螺母的抵靠表面14和待夹固工件的表面s之间的空间中。当螺栓被安装的工件具有最小厚度，且杆从工件中伸出的长度部分全部位于台阶孔中时，可能会出现这种情况。由于这种变形大大降低了螺栓/螺母组合的机械强度，因而必须完全避免。事实上，螺母的抵靠表面和被夹固工件的表面之间是否存在润滑材料影响二者表面之间的摩擦系数。当摩擦系数降低时，螺栓中的张力增加超过螺栓可承受的阈值，这可能导致螺栓断裂。技术实现要素：本发明涉及一种密封螺母，无论采用何种构造装配，其防止密封环变形到螺母和工件之间的空间中，而不降低装配或装配的部件的强度、结构性能力或结构一体性。更具体地，该密封螺母包括一个螺母和一个可变形的密封环。螺母包括一个沿旋转轴线的方向延伸的环形主体、一个包括一个台阶孔的底座、和一个在底座中的圆柱孔。圆柱孔包括环形的底壁，底壁的宽度在第一内半径和第二内半径之间展开。密封环包括环形主体和适于抵靠于底壁的端面，此端面的宽度在一个内半径和一个外半径之间展开。该密封螺母使得圆柱孔底壁的宽度和密封环的端面的长度之间的比值介于20%和45%之间。无论采用何种构造装配，密封环的这样的构造使得密封环始终被导向在台阶孔内部，而不会超出台阶孔或在圆柱孔外变形。此外，根据本发明的螺母可以包括以下特征中的一个或多个：-密封螺母包括在圆柱孔底壁和螺母的台阶孔的壁之间的斜面，-斜面相对于旋转轴线具有呈45°和60°之间的角度，-底壁和端面具有互补的形状，-底壁和端面各包括基本上垂直于旋转轴线部分，-圆柱孔的壁包括在底座内径向延伸的槽，且密封环的外壁包括形状与槽的形状互补的突出部分，-该密封环的外半径大于圆柱孔的内半径，-该密封环的外半径和圆柱孔的内半径之间的比值介于1.010和1.016之间，-密封环的体积与螺母的可用容积之比介于70%和85%之间。若一个螺栓置于所述螺母中且当该螺栓占用最大体积时，螺母的抵靠表面和第一螺纹之间的螺母内最小的中空体积为该可用容积，其中第一螺纹在内螺纹毗邻底座的一端。附图说明结合以下说明，并参照示例性示出本发明具体实施方式的附图，将能够更好地理解本发明。图1（上文已说明）示出了现有技术中具有台阶孔的螺母的剖面图。图2（上文已说明）示出了现有技术中密封螺母的剖面图。图3（上文已说明）示出了包括螺栓和现有技术中的密封螺母的装配的部分剖面图。图4示出了根据本发明一种具体实施方式的密封螺母的侧视图。图5示出了图4中的密封螺母的分解剖视图。图6示出了根据另一种具体实施方式的密封螺母的剖面图。图7示出了包括螺栓和根据本发明的一种具体实施方式的密封螺母的装配的部分剖面图。图8示出了根据再一种具体实施方式的密封螺母的剖面图。具体实施方式图4和图5所示的密封螺母100包括一个螺母101和一个密封环130。螺母101沿该螺母的旋转轴a的方向延伸，并包括与扳手开口对应的螺母头102和底座104。此处与扳手开口对应的螺母头102是六边形，底座的扩大的外径比六边形的最大尺寸更宽，且具有圆锥台形的上部表面106，上部表面106包括六个面，这六个面凹陷于圆锥台形的表面，其这六个面的形状如本申请人在法国专利申请fr2937386中的描述。各凹陷的面与扳手开口对应的六边形螺母头的平坦表面对齐。更具体地，图5示出的底座104包括一个抵靠表面108和一个台阶孔110，抵靠表面108与圆锥台形的表面相对，台阶孔110具有圆柱形壁112和端壁114，端壁114将圆柱形壁112和内螺纹116的第一螺纹相连接。在该实施例中，端壁114是圆锥台形的表面。内螺纹116沿螺母的内表面，并在端壁114的端部和与抵靠表面108相对的螺母的上端118之间延伸。底座104还包括台阶孔110中的圆柱孔120，圆柱孔120的开口位于抵靠表面108，并具有大于台阶孔110的半径的第一内半径r1。圆柱孔120包括圆柱形壁122和平的底壁124。在该实施例中，底壁基本上垂直于轴线a。这里的“基本上”是指垂直角度可以在几度的范围内变化。在圆柱孔120的底壁124到台阶孔110的圆柱形壁112之间由一个斜面126相连接。底壁124是在圆柱形壁122的第一内半径r1和第二内半径r1之间延伸的环形表面a1，第二内半径r1由轴线a和斜面126与底壁124相交的位置之间的距离限定。环形表面a1的面积为：a1=(r12-r12)·π在二维中，底壁124的宽度l1由两个半径之差（r1-r1）确定。圆柱孔120用于接收密封环130。在圆柱孔的开口的周围加工出一个斜面128，以便引导密封环插入圆柱孔中。密封环130为一个具有旋转轴线a的圆形环，并具有上端面132，该上端面能够抵靠于圆柱孔120的底壁124。优选地，该上端面包括至少一个表面，所述表面的形状与螺母的底壁124的形状互补。在图3所示的实施例中，上端面132基本是平的，且基本垂直于旋转轴线a。密封环130具有一个孔134，其直径（即图3中所示的内半径r2的两倍）大于螺栓杆的直径，以免在将螺母拧在螺栓上时，密封环与螺栓的螺纹及杆体产生干涉。如果在维修期间，使用的是直径较大的螺栓（称为特大号螺栓），而不是具有标称直径的螺栓，则密封环可以与螺栓杆接触，但密封环的作用并不是为了锁定螺栓和/或限制螺母的固定性。密封环的下端面136与上端面132相对，下端面136为圆锥台形，孔134的壁在旋转轴向a的长度长于外壁138，外壁138用于进入圆柱孔的圆柱形壁122，并与之接触。密封环130的外半径r2大于圆柱孔的第一内半径r1，以使得需用力才能将密封环插入圆柱孔，密封环与圆柱孔的过盈配合便于其在圆柱孔中的固定，尤其是在密封环的运输、存储和螺母的安装期间。优选地，密封环的外半径r2和圆柱孔的半径r1之间的过盈比例在1.010和1.016之间。螺母的标称直径（即螺母的螺纹根部测量的直径）越大，此过盈比例越小。密封环的抵靠表面132也是一个圆环形表面，其在外半径r2和内半径r2之间展开，并且面积为a2=(r22-r22)·π在二维中，密封环的抵靠3表面132的长度l2由两个半径之差（r2-r2）确定。为了防止密封环产生任何不适当的变形，抵靠宽度l1和l2之间的比值必须大于等于20%，且小于等于45%，即：20%<l1/l2<45%这个不等式关系确定了在一个基本垂直于轴线a的平面上，密封环130的上端面132和圆柱孔120的底壁124之间的接触的宽度所占的比例。如果密封环和螺母之间的接触宽度比小于20%，则在安装过程中有风险，即：密封环可能变形到台阶孔110中，进而变形到内螺纹116的螺纹中，在密封环插入到螺母的过程中，其变形无法得到控制。如果密封环的材料进入螺纹中，那么螺栓的螺纹和螺母的螺纹之间的摩擦系数会降低，并且螺栓中的张力可能大大增加，超出其可承受的限度，这可能导致螺栓断裂。如果密封环和螺母之间的接触宽度比大于45%，则存在这样的风险：当在螺栓上安装螺母100时，密封环130可变形到螺母的抵靠表面108和工件表面之间的空间中。此时产生的风险还有由于接触表面之间的摩擦系数降低而在螺栓中引起无法控制的张力。下面的表1给出了按直径分类的一系列由申请人测量的不同直径的螺母的抵靠的宽度l1和l2之间的比值的示例。表1φ螺母的标称直径l1(mm)l2(mm)比值50.221.0621%60.241.0922%70.311.1028%80.350.9636%100.371.1133%120.61.4841%140.631.6638%160.411.9621%如前所述，斜面126连接圆柱孔120的底壁124到台阶孔110的圆柱形壁112。这里，斜面126允许将材料导向至台阶孔110。这种结构增加了台阶孔中可用的空间，而不需从底座移除过多材料，以保证底座受压时底座的完整性。斜面126可具有相对于旋转轴线a测得的不同角度α，其取决于螺母的标称直径。表2表示各螺母直径的斜面126的优选角度。表2φ螺母的标称直径角度α（°）5606457458451045124514451660在某些构造中，台阶孔110可以是完全锥形的，即如图6所示，台阶孔的端壁114和斜面126组合成具有单一角度的单个壁。在图6的示例中，相对于旋转轴线a的角α为60°。本专利申请人测试了多种装配，并在二维中用有限元方法模拟了这些装配，每个装配中包括一个具有公差允许的最大杆直径的螺栓、一个具有最小厚度的工件、一个具有公差允许的最小体积台阶孔的螺母和一个密封环，其中密封环的各边都具有公差允许的最大值。在图3所示的现有技术的第一个装配中，螺母是现有技术中的一个螺母，其具有78%至96%之间的接触宽度比。在如图7所示的第二个装配中，螺母具有20%至45%之间的接触宽度比。在上述两个装配中，螺栓20完全一样，且工件的厚度是相同。如前所示，在图3的装配中，密封环16的材料没有完全变形到台阶孔12中，而是有部分变形22进入到螺母的抵靠表面14和待夹固工件的表面s之间的空间中。在图7所示的装配中包括图5所示的螺母，密封环的材料没有变形进入到螺母和工件之间的空间中，而且台阶孔壁和螺杆之间也没有空间，因此密封性更好，并且螺栓也没有超过其极限抗拉强度（ultimatetensiblestrength）的风险。优选地，由密封环130的材料的体积构成的密封环130的体积与螺母101的可用容积之间的比值介于70%至85%之间。若一个螺栓置于所述螺母中且当该螺栓占用最大体积时，则此时在抵靠表面108和内螺纹116的第一螺纹之间的螺母101内的最小中空体积是上述可用容积。按照惯例，可用容积中螺栓的最大体积的计算方法为台阶孔110的一个高度乘以垂直于旋转轴线a的螺栓的平滑杆的横截面积，上述台阶孔110的这一高度为位于抵靠表面108和内螺纹116的位于台阶孔一端的第一螺纹之间的高度。如果此比值低于70%，密封环的体积相比于台阶孔的体积太小，那么螺母就无法密封了；但此比值如果高于85%，那么在安装过程中，密封环就有朝向螺纹变形或在底座下变形出台阶孔的风险，进而损坏螺母安装时的完整性。螺母优选由钛合金制成，且密封环例如由ptfe制成（ptfe也以商标名特氟隆（teflon）由杜邦（dupontdenemours）公司出售），以使螺母具有较轻的重量。当然，如果重量不是主要的标准，螺母和密封环可以由其他材料制成。与扳手开口对应的螺母头包括一个已知的锁定手段，例如在靠近上端118的螺母的外表面形成的内螺纹的椭圆形变形或三点变形。如果螺母由钛合金制成，优选采用本申请人的法国专利fr2947597中描述的方法进行锁定。本发明并不仅限于上述实施例。因此，螺母可以包括圆锥台形的底座，而没有相对于圆锥台形的上表面的中空部分。圆柱孔120的壁可以呈圆锥形，壁122和螺母101的旋转轴线a之间的夹角β介于2°至5°之间，且其开孔由抵靠表面108朝向底壁124，以改善密封环130在圆柱孔中的固定，特别是在低温条件下的固定（参见图8）。密封环130本身也具有外壁138和旋转轴线a之间为2°至5°的相同角度β。当β角超过5°时，密封环无法插入锥形圆柱孔120；而当β角小于2°时，太小的角度差无法改善密封环在圆柱形壁中的固定。密封环的外半径r2和圆柱孔的半径r1之间的过盈配合比例也介于1.010和1.016之间，这两个半径分别位于距离底壁124和上端面132具有相同的轴向距离之处。除可以用斜面126连接圆柱孔的端壁124和台阶孔的圆柱形壁112，还可以用如一个倒圆或多倒圆的表面将二者相连接。同样，台阶孔的底壁可以是圆锥形的，或可以包括一个从圆柱孔的圆柱形壁开始的锥形部分和一个垂直于旋转轴线a的部分。在这些情况下，与底壁接触的密封环的端面将分别为锥形或包括与底壁的一部分互补的锥形部分，和垂直于旋转轴线的一部分。可以在角方向上对宽度l1和l2进行测量，也可沿投射在基本垂直于旋转轴线的方向上对二者进行测量。由于两个表面相对于旋转轴线具有相同的角度，两个投射宽度的比将等于在角方向上测量的宽度的比。在另一个变形实施例中，圆柱孔可以包括一个槽，该槽在圆柱孔的壁122内沿径向延伸，且无论壁122是圆柱形或圆锥形，其中槽半径大于圆柱孔半径r1。密封环可以包括一个突出部，该突出部向壁138的外侧径向延伸且形状和尺寸与槽的形状和尺寸互补，即这允许该突出插入该槽。槽/突出的组合使得密封环在螺母中的固定得以改善。在这种情况下，测量长度l1和l2时，不考虑槽和突出的附加尺寸。槽和突出可为圆形或仅部分在圆柱孔和密封环的外围延伸。当前第1页12