凹槽防松螺栓的制作方法

本发明涉及一种防松紧固连接装置。

背景技术：

目前，在航空、航天等领域的机械结构中，若干层板结构(包括铝合金6061或7075、钛合金Ti6Al4V、碳纤维复合材料T700/M21等)使用收口自锁螺母和普通螺栓进行连接，连接结构见图1，包括自锁螺母3和普通螺栓4，采用一个自锁螺母3和一个普通螺栓4将结构板1和结构板2连接。对螺栓施加规定的力矩值，使螺栓拧入自锁螺母并通过锁紧区域，靠锁紧区域啮合螺纹处的摩擦力使被连接件达到规定的预紧力，使被连接件达到连接的目的。这种普通螺栓连接有以下几个缺点：

(1)在较少次数的循环装拆下虽然可靠，但经过几十次的循环装拆时，自锁螺母锁紧区域的螺牙表面润滑剂和表面涂层磨损较快，出现干摩擦的可能性增大；

(2)仅仅依靠自锁螺母锁紧区域与螺栓螺牙之间的摩擦力提供锁紧性能；

(3)自锁螺母锁紧区域螺牙的摩损使锁紧性能降低甚至失效；

(4)自锁螺母锁紧区域螺牙与螺栓之间受到干摩擦后，螺母螺牙裸露出金属本体降低螺母的防腐蚀能力。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种凹槽防松螺栓，依靠摩擦力和螺栓的防松结构来确保锁紧性能，减小了装配过程中自锁螺母与螺栓之间的摩擦。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括头部和螺杆；所述螺杆带有外螺纹，外螺纹部分沿螺栓周向均布有若干平行于螺栓轴线的凹槽，配套使用的自锁螺母至少有一个收口落入所述的凹槽内。

所述的凹槽削去的外螺纹牙高为外螺纹基本牙型高度的2/3，误差为±5％。

所述的凹槽削去外螺纹牙高后，保留外螺纹牙底的圆弧，使螺栓牙底与螺母牙顶保持螺旋导向功能。

所述的凹槽宽度W＝(1.5～2)×P，其中，P为外螺纹的螺距。

所述的凹槽一端开到螺栓的螺纹终止端，另一端与螺栓头部的距离L＝H₁+H-h-(2～3)×P，其中，H₁为包含垫圈厚度在内的带夹装夹层的总厚度，H为所述自锁螺母的高度，h为所述自锁螺母的收口高度h。

所述的头部、螺杆和自锁螺母的材质采用Ti6Al4V钛合金、7075铝合金、6061铝合金、304不锈钢或A286高温合金。

本发明的有益效果是：

(1)提高产品寿命

装配时自锁螺母和防松螺栓螺牙接触面积减小，能够降低它们之间的摩擦，减小干摩擦发生的概率，提高抗反力矩的能力，提高产品寿命；

(2)极好的抗振动性能

与仅依靠摩擦力来提供锁紧的其它紧固件相比，具有极好的抗振动性能，能在强烈的振动环境下保证锁紧性能；

(3)更快的装配速率

由于防松螺栓和螺母之间较小的摩擦系数，可以提高装配速率；

(4)增强连接性

提供较高的、持续稳定的预紧力并提高疲劳强度；

(5)增强紧固件的适用性

较小的紧固件不需要装配工具，适合在不能使用工具的场所进行装配。

附图说明

图1是现有技术的装配示意图，其中(a)为装配剖视图，(b)为普通螺栓主视、俯视图，(c)为收口螺母横截面示意图，(d)为普通螺栓与收口螺母装配横截面示意图；

图2是本发明凹槽螺栓示意图，其中(a)为凹槽螺栓横截面示意图，(b)为凹槽螺栓与收口螺母装配横截面示意图；(c)为凹槽深度很浅时凹槽螺栓与收口螺母装配横截面示意图；

图3是本发明的装配结构示意图；

图4是本发明的装配流程示意图；

图5是本发明的拆卸流程示意图；

图中，1-结构板一，2-结构板二，3-收口自锁螺母，4-普通螺栓，5-凹槽防松螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的技术方案包括自锁螺母和凹槽螺栓(如图2(a)所示)；所述的凹槽螺栓是在普通螺栓的基础上用平行于螺栓轴线的平面削去螺栓外螺纹部分牙高，形成凹槽，削去部分的牙高为基本牙型高度2/3±5％，保留螺栓牙底的圆弧，使螺栓牙底与螺母牙顶保持螺旋导向功能，凹槽宽度W＝(1.5～2)×P，其中P螺距，凹槽距离螺栓六方头的距离是：夹层总厚度H₁(包含垫圈厚度)+螺母高度H-收口高度h-(2～3)×P，然后凹槽一直开到螺栓的螺纹终止端。凹槽深度很浅时，凹槽形状就退化为近似于一小平面(参见图2(c))。防松螺栓上的凹槽按螺栓轴线阵列，凹槽数量可以是奇数也可以是偶数，这取决于螺栓材料、螺栓规格、连接要求(比如经常拆卸、偶尔拆卸、永久固定等)以及收口螺母的收口点数(比如两点收口、三点收口等)，只需要确保收口螺母至少有一个收口落入螺栓凹槽内，并且对螺栓施加的预紧力不能受到开槽数量的影响。凡在有自锁螺母(比如：高锁螺母、公制自锁螺母、英制自锁螺母)使用处，均可以使用这种凹槽防松螺栓(比如：高锁螺栓、六角头螺栓、十二角头螺栓、螺钉)。

凹槽防松螺栓依靠相互啮合的内外螺纹之间的摩擦力来提供的锁紧力矩，并在防松螺栓与螺母装配后达到规定的预紧力时，螺母收口处内螺纹变形产生的凸起刚好落入螺栓凹槽中来防止螺母松脱(如图2(b)所示)。凹槽防松螺栓的螺纹段横截面参见图2(a)和图2(c)。自锁螺母和凹槽防松螺栓的材质可以是钛合金(Ti6Al4V)、铝合金(7075、6061)、不锈钢(304)或高温合金(A286)。

如图2所示，本发明提供的防松螺栓规格如下：

1)螺栓规格为MJ5×0.8-4h6h时，在普通螺栓的基础上用平行于螺栓轴线的两平面削去螺栓外螺纹部分牙高，削去部分的牙高为0.26mm，保留螺栓牙底的圆弧，使螺栓牙底与螺母牙顶保持螺旋导向功能，凹槽宽度W为1.28mm，凹槽长度为15mm。

2)螺栓规格为0.1900-32UNJF-3A时，在普通螺栓的基础上用平行于螺栓轴线的两平面、削去螺栓外螺纹部分牙高，削去部分的牙高为0.44mm，保留螺栓牙底的圆弧，使螺栓牙底与螺母牙顶保持螺旋导向功能，凹槽宽度为1.27mm，凹槽长度为15mm。

螺栓凹槽减小了螺栓拧入时自锁螺母螺牙和螺栓螺牙的接触面积，因此降低了摩擦力，使自锁螺母的循环使用次数增加，五凹槽防松螺栓拧入时三点收口的自锁螺母时，防松螺栓非凹槽处的外螺纹牙顶与自锁螺母螺纹啮合时撑开螺母的收口处，凹槽处保留的外螺纹牙底可以顺利通过螺母收口处的牙顶，当达到要求的预紧力时，此时自锁紧母收口处的凸起落入凹槽螺栓的凹槽中，提高反力矩的能力。所述自锁螺母的材质均为304，螺栓的材质均为A286。

如图3所示，本发明装配时：

1)MJ5×0.8-4h6h规格螺栓装配后拧脱力矩、振动等性能分别满足GJB715、ISO5858标准，并且振动性能提高5-10倍。

2)0.1900-32UNJF-3A规格螺栓装配后拧脱力矩、振动等性能分别满足NSA25027标准，并且振动性能提高5-10倍。

MJ5×0.8-4h6h、0.1900-32UNJF-3A螺栓采用的凹槽数量均为五个，均与各自的三点收口的自锁螺母进行装配时，保证自锁螺母收口处的凸起落入防脱螺栓凹槽中。五凹槽防松螺栓的外形见图2(a)。

本发明两种螺栓、螺母的装配使用过程如图4所示，首先放置结构板一1到结构板二2上，两板孔中心线对齐，凹槽防松螺栓5有螺纹的一端从结构板下面穿过使螺纹伸出结构板，拧入自锁螺母3到达自锁螺母的锁紧区域后，使用工具夹紧自锁螺母3，然后用内六方套筒力矩扳手拧螺栓5，达到规定力矩时，装配完毕。

拆卸使用过程如图5所示，工具夹紧自锁螺母3，然后用内六方套筒扳手反向拧螺栓5，即可更换螺栓或螺母，再使用图4所示的过程进行装配。