【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于紧固件，尤其是涉及一种抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法、制造方法及紧固件。
技术介绍
1、紧固件作为基础零部件，数以万计、类以群分，起着“连结构、接系统”的重要作用，紧固件质量好坏直接影响装备寿命与可靠性，在航空、航天领域，紧固连接系统在服役过程往往承受剧烈的振动载荷，紧固件作为配套关键连接件在外部激励动态载荷环境下发生疲劳失效导致的设备故障屡见不鲜，其隐蔽性和突然性极易酿成重大事故。
2、随着大型运载火箭、航空发动机等高端装备呈现服役工况极端化和服役寿命超长化的发展趋势，极端环境和连接多样化对螺栓疲劳可靠性，实心螺栓柔度低，导致抗疲劳性能较差，虽然细杆螺栓通过降低光杆区域的截面积，减少螺栓的刚度，增加了螺栓的柔度，但是由于光杆部直径变细，虽然柔度提升，但紧固件的抗弯、抗扭强度出现了较大程度的下降。
3、当前的紧固件在航空等领域应用过程中存在以下问题：第一，虽然目前使用了mj螺纹紧固件(相比米制螺纹的牙底半径更大，应力集中系数更低)来提升紧固件的抗疲劳性能，但仍然不能满足现有装备连接系统的抗疲劳性能需求，因紧固件疲劳失效导致的故障仍时有发生，现有产品中，虽然细杆螺栓可以提升抗疲劳性能，但其抗弯、抗扭、抗折、抗敲强度等存在较大幅度的下降，这对航空航天服役环境来说是致命的短板。第二，对于航空领域而言，轻量化同样意义重大，飞机重量的减轻可以增加机载物的重量，相比高强度铆钉等其他连接件，在相同使用场景下，螺纹类紧固件是各种连接件中重量最大的产品，轻量化程度低，因此，在高端装备的非关键结构连接中大量使用
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法、制造方法及紧固件，以期解决上述部分技术问题中的至少之一。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术第一方面提供了一种抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，包括以下步骤：
4、所述柱形紧固件内设有柱形腔体；
5、所述柱形腔体与柱形紧固件同轴线设置的；
6、根据螺栓的极限利用系数、螺栓当前的利用系数和螺栓的公称直径确定柱形腔体截面积的取值范围。
7、进一步的，所述柱形紧固件为螺栓、螺钉、双头螺杆中的一种；
8、根据螺栓的极限利用系数减去螺栓当前的利用系数后除以螺栓当前的利用系数得到螺栓可利用比例值；
9、所述柱形腔体为圆柱形腔体；
10、圆柱形腔体的截面积与螺柱截面积的比值为截面积减少率，螺栓可利用比例值与最大截面积减少率相同；
11、根据最大截面积减少率与螺柱截面积的乘积作为圆柱形腔体的最大截面积。
12、进一步的，根据螺栓的螺杆总长度和螺栓的螺距确定柱形腔体的长度；
13、圆柱形腔体通过钻孔方式加工，加工尺寸需要为整数，则圆柱形腔体的直径在最大可取值点向下取整。
14、进一步的，所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺栓头的端面上设有开口；
15、圆柱形腔体的长度为螺栓总长度的减去第一指定倍数的螺栓螺距。
16、进一步的，所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺柱的端面上设有开口；
17、圆柱形腔体的长度等于螺杆长度减去第二指定倍数的螺距数值；
18、且圆柱形腔体的长度不小于螺纹长度与第三指定倍数螺距数值的和。
19、进一步的，如果使用高一个直径规格的所述螺栓替换实心螺栓使用时，确定圆柱形腔体直径的取值范围的公式如下：
20、
21、其中，ds，hbolt为比实心螺栓高一个直径规格的螺栓等效直径，ds，bolt为实心螺栓的等效直径。
22、进一步的，所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺栓头的端面上设有开口；
23、当被连接件厚度未知时，圆柱形腔体的长度为螺栓总长度的减去第一指定倍数的螺栓螺距；
24、当被连接件厚度确定时，圆柱形腔体的长度不小于螺栓头厚度、被连接件厚度、第四指定倍数螺距数值的和；
25、且圆柱形腔体的长度不大于螺栓头厚度、被连接件厚度、第五指定倍数螺距数值的和。
26、进一步的，当所述螺栓为双头螺柱，且采用高一个直径规格的通孔双头螺柱替换实心双头螺柱时，通孔双头螺柱的圆柱形腔体的直径计算公式如下：
27、
28、其中，d2，hbolt为比实心双头螺柱高一个直径规格的双头螺柱中径，d2，bolt为实心双头螺柱的中径。
29、本专利技术第二方面提供了一种抗疲劳轻量化柱形紧固件，所述紧固件应用第一方面所述的设计方法设计制造而来。
30、本专利技术第三方面提供了一种制造如第二方面所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件的抗疲劳轻量化柱形紧固件制造方法，通过以下步骤制造：
31、s1、通过打孔的方式在螺栓内钻取圆柱形腔体；
32、s2、对经过打孔的螺栓进行热处理。
33、或通过以下步骤制造：
34、a1、对螺栓进行热处理；
35、a2、对经过热处理的螺栓通过打孔的方式钻取圆柱形腔体。
36、相对于现有技术，本专利技术所述的一种抗疲劳轻量化柱形紧固件及其制造使用方法具有以下有益效果：
37、(1)本专利技术所述的一种抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，通过该方法制造的紧固件相较于普通螺栓而言，提高了紧固件的抗疲劳性能，相较于细杆螺栓而言提高了抗弯性能，且降低了紧固件的质量，使得航空飞行器获得更高的载重。
38、(2)本专利技术所述的一种抗疲劳轻量化柱形紧固件制造方法，相比普通实心螺栓对材料均匀性的提升效果，提高了螺栓的一致性，保证了产品质量。
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1.一种抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺栓头的端面上设有开口；
5.根据权利要求3所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺柱的端面上设有开口；
6.根据权利要求3所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
7.根据权利要求3所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
8.根据权利要求2所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
9.一种抗疲劳轻量化柱形紧固件，其特征在于，所述紧固件应用权利要求1-8任一所述的设计方法设计制造而来。
10.一种制造如权利要求9所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件的抗疲劳轻量化柱形紧固件制造方法，其特征在于，通过以下步骤
...【技术特征摘要】
1.一种抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺栓头的端面上设有开口；
5.根据权利要求3所述的抗疲劳轻量化柱形紧固件设计方法，其特征在于：所述螺栓包括螺栓头，圆柱形腔体在螺柱的端面上设有开...
【专利技术属性】
技术研发人员：王赫，刘学通，王振宇，朱旻昊，刘建华，
申请(专利权)人：昊宇睿联天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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