定扭矩螺栓及紧固结构的制作方法

1.本实用新型涉及机械装配技术领域，尤其涉及一种定扭矩螺栓及紧固结构。


背景技术：

2.航空航天领域的结构装配中，常使用螺栓进行结构框、肋、蒙皮及结构之间的装配连接。保障螺栓拧紧的扳拧力矩的大小一般通过两种方式进行控制：对于带有扳拧槽的螺栓，可采用在扳拧头端附加力矩扳手，测量安装力矩，完成安装；对于高锁螺栓，可采用高锁扳拧孔端扳手头附加力矩扳手、或配合高锁螺母，来控制安装力矩，完成安装。
3.航空航天飞行器具有装配结构复杂和非开敞区域多等特点。在外部表面装配时，如果使用带有扳拧槽的螺栓，因为装配结构夹层变化跨度较大，安装操作时需要频繁调整力矩扳手，校准力矩和力臂，耗时耗力，装配效率低下，且易出现操作错误。在使用高锁螺栓和自锁螺母装配时，操作端通常位于内部非开敞区域，需要根据空间调整力矩扳手的臂长，力矩校准比较繁琐；高锁螺栓配合高锁螺母安装时，也需要在非开敞区域进行扳拧，还需排除高锁螺母断裂头，操作难度大，效率低下，容易出现排杂不完整，导致机体结构内残留多余物，影响飞行安全。因此，航空航天飞行器的结构装配中对螺栓扳拧力矩的控制比较繁琐，难以保障机体结构的可靠性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种定扭矩螺栓及紧固结构，以缓解航空航天飞行器的结构装配中对螺栓扳拧力矩的控制比较繁琐，难以保障机体结构的可靠性的技术问题。
5.本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本实用新型提供一种定扭矩螺栓，包括依次连接的扳拧头、扳断部、螺栓头部和螺栓体，所述螺栓体设有螺纹部；所述扳断部包括变形体，所述变形体的横截面沿所述扳拧头指向所述螺栓体的方向缩小；并且，所述变形体的小端的横截面小于所述螺栓头部靠近所述扳拧头的一端的横截面。
7.在优选的实施方式中，所述变形体为圆锥体或者棱锥体。
8.在优选的实施方式中，所述扳断部包括柱形体，所述变形体、所述柱形体和所述螺栓头部依次连接，所述柱形体的横截面与所述变形体的小端的横截面相同。
9.在优选的实施方式中，所述柱形体的纵向长度小于所述变形体的纵向长度。
10.在优选的实施方式中，所述扳断部包括环形凹槽部，所述变形体、所述环形凹槽部和所述螺栓头部依次连接。
11.在优选的实施方式中，所述环形凹槽部的侧壁与所述变形体的侧壁平滑过渡，所述环形凹槽部的侧壁与所述螺栓头部的顶壁相交处的夹角小于90
°
。
12.在优选的实施方式中，所述螺栓头部呈锥形，所述螺栓头部的横截面沿所述扳拧头指向所述螺栓体的方向缩小。
13.在优选的实施方式中，所述螺栓头部呈柱形。
14.在优选的实施方式中，所述扳拧头呈一字型、六方型、螺旋型或者齿轮型。
15.本实用新型提供一种紧固结构，包括上述的定扭矩螺栓。
16.本实用新型的特点及优点是：
17.使用与扳拧头相适配的扳手施加扳拧力，当扳拧力达到设计预置的断裂扭矩时，扳断部发生断裂，扳拧头与螺栓头部分离，抛弃扳拧头，完成安装拧紧。该定扭矩螺栓具有以下优点：(1)安装过程中操作人员无需使用力矩扳手，无需校准力矩、调整力臂等操作，简化了操作，提高了操作效率和拧紧力矩的准确性，有利于保障装配结构的可靠性；(2)在螺栓头部的上表面进行安装扳拧操作，安装操作可在机体蒙皮外部进行，操作空间受机体结构影响较小，断裂的扳拧头掉落在机体外部，可直接清理，避免机体结构内部残留多余物；(3)该定扭矩螺栓对结构作了优化，扳断部断裂后，减少了断裂面出现凸出或凹下的情况，使安装后的螺栓头部的端面保持为平整平面，避免影响机体蒙皮表面的气动外形。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型提供的定扭矩螺栓一实施方式的结构示意图；
20.图2为本实用新型提供的定扭矩螺栓另一实施方式的结构示意图；
21.图3-图5为本实用新型提供的定扭矩螺栓中的扳断部的结构示意图；
22.图6为本实用新型提供的定扭矩螺栓中的扳拧头的正视图；
23.图7为图6所示的扳拧头的俯视图；
24.图8为本实用新型提供的定扭矩螺栓中的扳拧头的正视图；
25.图9为图8所示的扳拧头的俯视图；
26.图10为本实用新型提供的定扭矩螺栓中的扳拧头的正视图；
27.图11为图10所示的扳拧头的俯视图；
28.图12为本实用新型提供的定扭矩螺栓中的扳拧头的正视图；
29.图13为图12所示的扳拧头的俯视图。
30.附图标号说明：
31.10、扳拧头；
32.20、扳断部；
33.21、变形体；22、柱形体；23、环形凹槽部；
34.30、螺栓头部；
35.40、螺栓体；41、螺纹部。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.方案一
38.本实用新型提供了一种定扭矩螺栓，如图1和图2所示，该定扭矩螺栓包括依次连接的扳拧头10、扳断部20、螺栓头部30和螺栓体40，螺栓体40设有螺纹部41；扳断部20包括变形体21，变形体21的横截面沿扳拧头10指向螺栓体40的方向缩小；并且，变形体21的小端的横截面小于螺栓头部30靠近扳拧头10的一端的横截面。
39.使用与扳拧头10相适配的扳手施加扳拧力，当扳拧力达到设计预置的断裂扭矩时，扳断部20发生断裂，扳拧头10与螺栓头部30分离，抛弃扳拧头10，完成安装拧紧。该定扭矩螺栓具有以下优点：(1)安装过程中操作人员无需使用力矩扳手，无需校准力矩、调整力臂等操作，简化了操作，提高了操作效率和拧紧力矩的准确性，有利于保障装配结构的可靠性；(2)在螺栓头部30的上表面进行安装扳拧操作，安装操作可在机体蒙皮外部进行，操作空间受机体结构影响较小，断裂的扳拧头10掉落在机体外部，可直接清理，避免机体结构内部残留多余物；(3)该定扭矩螺栓对结构作了优化，扳断部20断裂后，减少了断裂面出现凸出或凹下的情况，使安装后的螺栓头部30的端面保持为平整平面，避免影响机体蒙皮表面的气动外形。
40.根据机体设计装配扭矩需要，在制造时，对该定扭矩螺栓的断裂力矩进行预置，在达到预置的力矩后将从扳断部20处断裂。该定扭矩螺栓可通过对扳断部20的尺寸或形状进行调整，从而实现对断裂扭矩的大小进行设计预置。
41.变形体21的形状可以有很多种，例如：变形体21可以为回转体，也可以为非回转体；变形体21的侧壁的外轮廓可以呈直线、弧线或者抛物线。优选地，变形体21为圆锥体或者棱锥体，如图1和图2所示，变形体21的侧壁的外轮廓为直线，变形体21的横截面的外轮廓逐渐均匀缩小，减少了断裂面出现凸出或凹下的情况。
42.变形体21可以直接与螺栓头部30连接，如图3所示，变形体21与螺栓头部30的上表面之间形成尖槽。
43.在另一实施方式中，扳断部20包括柱形体22，如图5所示，变形体21、柱形体22和螺栓头部30依次连接，连接处形成平台槽，柱形体22的横截面与变形体21的小端的横截面相同，对扳拧头10施加的力达到断裂力矩时，会在柱形体22与螺栓头部30的连接处发生断裂，柱形体22、变形体21和扳拧头10一起发生分离，避免断裂面出现凸出或凹下的情况，进一步提高了螺栓头部30的顶壁的齐整性。更进一步地，柱形体22的纵向长度记为l1小于变形体21的纵向长度记为l2，满足l1＜l2。
44.在另一实施方式中，扳断部20包括环形凹槽部23，变形体21、环形凹槽部23和螺栓头部30依次连接，如图4所示，变形体21与螺栓头部30通过环形凹槽部23进行过渡，形成圆弧形槽，对扳拧头10施加的力达到断裂力矩时，会在环形凹槽部23与螺栓头部30的连接处发生断裂，环形凹槽部23、变形体21和扳拧头10一起发生分离，使螺栓头部30的顶壁的保持齐整。
45.进一步地，环形凹槽部23的侧壁与变形体21的侧壁平滑过渡，环形凹槽部23的侧壁与螺栓头部30的顶壁相交处的夹角小于90
°
。如图4所示，环形凹槽部23的侧壁与变形体21的侧壁相切；环形凹槽部23的侧壁与螺栓头部30的顶壁相交处的夹角记为β，即β为在相交处，环形凹槽部23的侧壁的切线与螺栓头部30的顶壁之间的夹角，β＜90
°
。
46.扳拧头10的形状可以有很多种，例如：如图6和图7所示，扳拧头10呈一字型；如图8和图9所示，扳拧头10呈六方型；如图10和图11所示，扳拧头10呈螺旋型；如图12和图13所示，扳拧头10呈齿槽型；扳拧头10还可以呈四方型
47.螺栓头部30的形状可以有很多种。在一实施方式中，螺栓头部30呈锥形，如图1所示，螺栓头部30的横截面沿扳拧头10指向螺栓体40的方向缩小。在另一实施方式中，如图2所示，螺栓头部30呈柱形。螺栓头部30可以是沉头或凸头。螺栓体40的表面可根据需要增加涂镀层。
48.方案二
49.本实用新型提供了一种紧固结构，包括上述的定扭矩螺栓。
50.该紧固结构可以应用于航空航天设备，也可以应用于汽车、加工装备等机械设备。该紧固结构具有上述的定扭矩螺栓的功能和效果，在此不再赘述。
51.以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。