风电用高抗疲劳强度螺栓的制作方法

本实用新型涉及一种风电用高抗疲劳强度螺栓。

背景技术：

现有技术中，风电用螺栓的结构基本与普通螺栓的结构相同，如图1所示，风电用螺栓由头部10’与杆体20’组成，杆体20’包括光杆30’和螺杆40’，光杆30’连接于头部10’与螺杆40’之间，且光杆30’的直径约等于螺杆40’的直径。但是，由于风电用螺栓所使用的位置，很多并不是只需要承受静载荷，而是需要承受动载荷，或者既有动载荷又有静载荷，在这种严苛的力学条件下，现有技术中的风电用螺栓存在抗疲劳能力较差、紧固轴力能力不够，特别是在受力不均匀的情况下容易快速失效、使用寿命不长的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的风电用螺栓存在抗疲劳能力较差、紧固轴力能力不够，特别是在受力不均匀的情况下容易快速失效、使用寿命不长的缺陷，提供一种风电用高抗疲劳强度螺栓。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风电用高抗疲劳强度螺栓，包括一头部与一杆体，所述杆体包括光杆和螺杆，所述光杆连接于所述头部与所述螺杆之间，其特点在于：

所述光杆包括依次连接的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分与所述头部连接，所述第三部分与所述螺杆连接；所述第一部分的外壁为直径逐渐递减的斜面，所述第一部分靠近所述头部一端的直径大于所述第一部分靠近所述第二部分的一端的直径；所述第二部分的两端的直径相同；所述第三部分的外壁为直径逐渐递增的斜面，所述第三部分靠近所述第二部分的一端的直径小于所述第三部分靠近所述螺杆的一端的直径；

所述光杆的第二部分的直径为所述螺杆的直径的83％～88％。

当所述光杆的第二部分的直径为所述螺杆的直径的83％～88％时，所述风电用高抗疲劳强度螺栓的静强度和疲劳强度综合性能较好。

较佳地，所述螺杆的外表面设有若干螺纹，所述螺纹包括依次连接的齿槽和齿体，所述齿槽和齿体均为圆弧形。通过所述齿槽和齿体均为圆弧形的结构，减少了所述螺纹的裂纹源和应力集中区域，增加抗疲劳强度能力。

较佳地，所述头部与所述光杆连接的一端设有圆角。

较佳地，所述光杆的表面粗糙度为Ra1.6。通过设置所述光杆的表面粗糙度为Ra1.6，减少了所述螺纹的裂纹源和应力集中，增加抗疲劳强度能力。

较佳地，所述风电用高抗疲劳强度螺栓的材质为合金钢。通过所述风电用高抗疲劳强度螺栓的材质采用合金钢，提高了所述风电用高抗疲劳强度螺栓的冲击性能。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型具有比较高的抗疲劳能力，又能够同时提供足够的紧固轴力，能够防止螺栓在受力不均匀的情况下快速失效，达到延长使用寿命的目的；同时，本实用新型通过改变结构和表面粗糙度，达到增加抗疲劳强度的目的。

附图说明

图1为现有技术的风电用螺栓的结构示意图。

图2为现有技术的风电用螺栓的局部剖面结构示意图。

图3为实施例1的风电用高抗疲劳强度螺栓的结构示意图。

图4为实施例1的风电用高抗疲劳强度螺栓的局部剖面结构示意图。

图5为螺栓的光杆直径对疲劳强度和静强度的影响曲线图。

附图1和2标记说明

头部 10’

杆体 20’

光杆 30’

螺杆 40’

齿槽 41’

齿体 42’

附图3-4标记说明

头部 10

杆体 20

光杆 30

第一部分 31

第二部分 32

第三部分 33

螺杆 40

齿槽 41

齿体 42

圆角 R

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

如图3和图4所示，本实施例提供一种风电用高抗疲劳强度螺栓，包括一头部10与一杆体20，杆体20包括光杆30和螺杆40，光杆30连接于头部10与螺杆40之间。

光杆30包括依次连接的第一部分31、第二部分32和第三部分33，第一部分31与头部10连接，第三部分33与螺杆40连接；第一部分31的外壁为直径逐渐递减的斜面，第一部分31靠近头部10一端的直径大于第一部分31靠近第二部分32的一端的直径；第二部分32的两端的直径相同；第三部分33的外壁为直径逐渐递增的斜面，第三部分33靠近第二部分32的一端的直径小于第三部分33靠近螺杆40的一端的直径；光杆30的第二部分32的直径为螺杆40的直径的83％～88％。当光杆30的第二部分32的直径为螺杆40的直径的83％～88％时，所述风电用高抗疲劳强度螺栓的静强度和疲劳强度综合性能较好。

具体来说，本实用新型的光杆的直径是根据力学研究结果确定的，是在确保静载荷和疲劳强度达到最佳配合下确定的值，其取值范围为螺杆的直径的83％～88％。如图5所示的螺栓的光杆直径对疲劳强度和静强度的影响曲线图，随着光杆直径的增大，静强度安全系数逐渐增大，疲劳强度计算安全系数逐渐下降。即随着螺栓的光杆直径的增大，螺栓的静强度逐渐提高，而其疲劳强度逐渐下降。反之，螺栓的光杆直径减小，则疲劳强度逐渐增大而静强度安全系数逐渐减小。为使静强度和疲劳强度综合性能较好，则螺栓的光杆直径值应在两条曲线相交点点附近。

头部10与光杆30连接的一端设有圆角R。相对于现有技术中的风电用螺栓，本实用新型增大了圆角R的半径，半径值按照大六角头的产品处理。这样可以减小应力集中，增加抗疲劳强度能力。

螺杆40的外表面设有若干螺纹，所述螺纹包括依次连接的齿槽41和齿体42，齿槽41和齿体42均为圆弧形。相对于现有技术中的风电用螺栓，如图2所示，其齿槽41’和齿体42’的形状为梯形，并没有强调圆滑过渡。而本实用新型的齿槽41和齿体42均为圆弧形的结构，减少了裂纹源和应力集中区域，增加抗疲劳强度能力。

光杆30的表面粗糙度为Ra1.6。相对于现有技术中的风电用螺栓，其光杆30的表面粗糙度一般都在Ra3.2，本实用新型通过设置光杆30的表面粗糙度为Ra1.6，减少了裂纹源和应力集中，增加抗疲劳强度能力。

所述风电用高抗疲劳强度螺栓的材质为合金钢。通过所述风电用高抗疲劳强度螺栓的材质采用合金钢，提高了所述风电用高抗疲劳强度螺栓的冲击性能。本实施例中，采用的合金钢的型号为40CrNiMioA，在-40℃低温时，冲击值(Akv)≥47焦耳(J)。

在本实施例中，所述螺杆的直径为30.0mm，所述光杆的第二部分的直径为26.5mm；所述圆角的半径为2.0～2.5mm。

本实用新型的优点是抗疲劳强度优于普通产品，达到200万次以上，且能提供足够的螺栓预紧力，达到在动载荷下紧固的目的。

实施例2

本实施例的结构基本与实施例1的结构相同，其不同之处在于所述螺杆的直径为36.0mm，所述光杆的第二部分的直径为30.0mm；所述圆角的半径为2.0～2.5mm。

实施例3

本实施例的结构基本与实施例1的结构相同，其不同之处在于所述螺杆的直径为42.0mm，所述光杆的第二部分的直径为35.0mm；所述圆角的半径为2.5～3.0mm。

实施例4

本实施例的结构基本与实施例1的结构相同，其不同之处在于所述螺杆的直径为48.0mm，所述光杆的第二部分的直径为42.3mm；所述圆角的半径为3.0～3.5mm。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。