一种高强度螺栓结构制造技术

本发明专利技术公布了一种高强度螺栓结构，属于螺栓连接件技术领域。该螺栓结构，包括螺栓的头部和螺杆，所述螺杆根部设置有延伸至头部中的内凹式圆弧过渡，所述的圆弧过渡在螺栓头部内形成一弧形凹槽，弧形凹槽底部至头部底面之间有连接面。本发明专利技术的螺栓采能显著增加强度，还能降低了螺栓的整体重量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种连接用的螺栓结构，特别涉及一种高强度螺栓结构，属于螺栓连接件

技术介绍
螺栓是各种机械上常用的连接部件，用来连接两个部件或紧固某个部件，在通常的静止的应用环境下，螺栓受力情况较好，基本不会产生疲劳损坏，但在动态和恶劣的使用环境中，如在需连接相对运动的部件、高温下、振动环境下、航空航天恶劣等环境下，螺栓的受力情况十分复杂，各种形式载荷破坏很严重，需要螺栓满足一定的强度要求，例如电解铝打壳机上的连接螺栓的服役条件就非常苛刻，该条件下螺栓需要承受近1200-1800次/min的交变拉-压载荷，工作环境温度在200～400℃之间，现有的电解铝打壳机螺栓都是将螺栓的头部底平面与螺杆制成外凸的“小”圆弧过渡结构形式，这种结构形式虽然在一定程度上有减小应力集中的作用，但应力集中比较大，对螺栓的使用寿命仍有较大的影响，目前这种螺栓用在该设备的平均寿命不超过4天，需要经常更换，严重影响生产效率，传统的技术为提高强度只能采取采用大规格的螺栓替代，这不仅增加了成本和设备重量，而且需要改造相关设备才能与之适应，在某些条件下根本无法采用增加尺寸来提高强度，再例如在精密仪器及航空航天领域，某些部位应用的螺栓环境温度很高、载荷承受又有一定的要求，而且这些领域对设备和部件的重量要求是很苛刻的，零部件重量常常以克来计算，在这种情况下还不能通过简单的选择大型号螺栓来满足要求，螺栓即要求重要轻，还要求强度大。在多个领域的生产制造中需要在与目前螺栓同规格下但强度能够更大，或者规格更小、强度更大的螺栓。
技术实现思路
本专利技术的目的为克服目前螺栓在恶劣环境下受载荷破坏较大情况下容易造成断裂的问题，提供一种高强度螺栓。为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种高强度螺栓结构，包括螺栓的头部和螺杆，所述螺杆根部设置有延伸至头部中的内凹式圆弧过渡，所述的圆弧过渡在螺栓头部内形成一弧形凹槽，弧形凹槽底部至头部底面之间有连接面，所述的弧形凹槽满足以下条件：其中：L：螺栓头部底面剩余的宽度；a：螺杆直径；b：弧形凹槽在螺栓头部底面上的最大宽度；c：螺栓头部底面直径，进一步的，所述的弧形凹槽底部至螺栓头部底面之间的连接面为平面或凹形弧面，进一步的，与螺栓轴线平行切出一截面，在该截面上从弧形凹槽底部点和头部底面内边缘点的连线与头部底面内边缘点和头部底面外边缘点之间的连线的夹角为90°-160°。 本专利技术的积极有益技术效果在于：一是本专利技术的螺杆根部与螺栓头部之间的内凹式过渡可以形成大圆弧过渡，大圆弧过渡可以降低甚至消除该部的应力，取得了意向不到的技术效果，延长了螺栓的使用寿命，而且该弧形凹槽经试验不影响螺栓头部的强度，以目前传统的打壳机上应用的一款螺杆直径为22mm、螺杆长度为550mm、头部直径为48mm、头部厚度为28mm的螺栓为例，原来为了对付螺杆根部与头部底面之间的应力集中，在螺杆根部处采用了半径为5mm的外凸小圆弧过渡，这种形式的螺栓应用在打壳机上寿命不超过3天，需要经常更换，在本专利技术中采用凹槽弧形，弧形半径采用15mm，其平均寿命可达120天，弧形半径采用20mm，其寿命达到210天以上，再增加弧形半径，对其寿命影响不再明显，其它不同型号和规格的打壳机上应用本专利技术的技术方案也取得了相似的技术效果，取得这样的技术效果是意想不到的，这使打壳机的维修频率大大降低，螺栓备件消耗大幅减少，在我国本身对电解铝厂的规模有最低要求，电解铝打壳机的数量也相当惊人，所以本专利技术在电解铝打壳机上的应用产生了巨大的经济效益。二是在精密设备或航空航天领域，对零部件的重量和强度有很苛刻的要求，在保证强度的前提下，克级重量的降低也能在整体上产生较大的技术进步，本专利技术的螺栓采用弧形凹槽不仅增加了强度，还降低了螺栓的整体重量，特别适用于这些要求重量和强度的场合。附图说明图1是本专利技术的示意图。图2是本专利技术螺杆与头部底面结合处的放大图。具体实施方式为了更充分的解释本专利技术的实施，提供本专利技术的实施实例，这些实施实例仅仅是对本专利技术的阐述，不限制本专利技术的范围。如附图所示，附图中各标记为：1：头部；2：螺杆；3：弧形凹槽；4：头部底面；5：弧形凹槽底部与头部底面之间的连接面；A：螺杆根部点；B：弧形凹槽底部点；C：头部底面内边缘点；D：头部底面外边缘点； R：原外凸式圆弧过渡的轮廓线；2R：弧形凹槽半径为2R时的轮廓线；3R：弧形凹槽半径为3R时的轮廓线；4R：弧形凹槽半径为4R时的轮廓线；N：线段BC和线段CD之间的夹角。一种高强度螺栓结构，包括螺栓的头部1和螺杆2，螺杆2根部设置有延伸至头部中的内凹式圆弧过渡，所述的圆弧过渡在螺栓头部内形成一弧形凹槽3，弧形凹槽3底部至头部底面4之间有连接面，5所示为弧形凹槽底部与头部底面之间的连接面，开设的弧形凹槽3满足以下条件：其中：L：螺栓头部底面剩余的宽度；即图2中CD点之间的距离；a：螺杆直径；b：弧形凹槽在螺栓头部底面上的最大宽度；即图中C点至螺杆上的距离的两倍值；c：螺栓头部底面直径，弧形凹槽3底部至螺栓头部底面之间的连接面为平面或凹形弧面，即5可以为平面，也可以为弧形面，与螺栓轴线平行切出一截面，在该截面上从弧形凹槽底部点和头部底面内边缘点的连线与头部底面内边缘点和头部底面外边缘点之间的连线的夹角为90°-160°，在图2中即线段BC和线段CD之间的夹角N为90°-160°。以目前传统的打壳机上应用的一款螺杆直径为22mm、螺杆长度为550mm、头部直径为48mm、头部厚度为28mm的螺栓为例，R是原外凸式圆弧过渡的轮廓线，从原来的螺栓根部点A开始过渡小圆弧，小圆弧半径R=5mm，在原来这种外凸小圆弧过渡情况下，使用寿命不超过3天，2R为弧形凹槽半径为2R时的轮廓线，这种情况下使用寿命可提高至30天以上，3R弧形凹槽半径为3R时的轮廓线，这种情况下其寿命达到150天，4R是弧形凹槽半径为4R时的轮廓线，该情况下其寿命达到210天以上，较传统的寿命提高70倍。本专利技术的内凹式圆弧可以从原螺栓根部点A开始形成过渡圆弧，也可以选择螺栓根部以外的点开始形成过渡圆弧。本专利技术在某电解铝企业大规模试验，同时试验了32台电解铝打壳机，每台配2根螺栓，包括的螺栓直径10～30mm，螺栓长度180～880mm，传统的外凸的“小”圆弧过渡半径R=5mm的过渡结构螺栓每月平均用量为960根，；而本专利技术的弧形凹槽式大圆弧过渡半径R=15mm过渡结构螺栓，每月平均用量为17根。在相同材料及制造工艺的条件下，采用本专利技术的结构的螺栓使用寿命平均提高了56.5倍。过渡半径R增至20mm时，平均寿命可提高70倍。 在详细说明本专利技术的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本专利技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本专利技术技术方案的范围，且本专利技术亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度螺栓结构，包括螺栓的头部和螺杆，其特征在于：所述螺杆根部设置有延伸至头部中的内凹式圆弧过渡，所述的圆弧过渡在螺栓头部内形成一弧形凹槽，弧形凹槽底部至头部底面之间有连接面，所述的弧形凹槽满足以下条件：其中：L：螺栓头部底面剩余的宽度；a：螺杆直径；b：弧形凹槽在螺栓头部底面上的最大宽度；c：螺栓头部底面直径。

【技术特征摘要】
1.一种高强度螺栓结构，包括螺栓的头部和螺杆，其特征在于：所述螺杆根部设置有延伸至头部中的内凹式圆弧过渡，所述的圆弧过渡在螺栓头部内形成一弧形凹槽，弧形凹槽底部至头部底面之间有连接面，所述的弧形凹槽满足以下条件：
其中：L：螺栓头部底面剩余的宽度；a：螺杆直径；b：弧形凹槽在螺栓头部底面上的最大宽度；c：螺栓头部底面直径。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：和平安，赵鸿图，逯静，陈竞，许焱平，毋亚军，李哲东，康鹏，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41