[實用新型]高疲勞強度鋼軌用螺紋聯接結構

無效

• 申請號: 200820074962.1
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN201224849Y
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: 王艷麗;苗德華;楊強
• 申請（專利權）人: 天津工程師范學院
• 主分類號: E01B9/10
• 分類號: E01B9/10
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司
• 代理人: 王來佳

技術領域

本實用新型屬于機械零件領域，特別是一種高疲勞強度鋼軌用螺紋聯接結構。

背景技術

螺紋聯接方式是機械設備、工程結構、汽車、鐵路中最為廣泛使用的聯接方式，其具有聯接強度高、結構簡單、拆裝方便、調整容易等優點。特別是在鐵路運輸方面，鋼軌與枕木之間的聯接多采用螺栓螺母聯接方式，螺栓是最為關鍵的聯接部件，其強度直接影響鋼軌與枕木聯接的安全性和可靠性，進而影響機車運行的安全性。隨著我國鐵路運輸業的不斷發展，其已經逐漸形成高密度、大軸重以及高速度并舉的局面，速度和軸重的同時提高，使鋼軌的負荷量也不斷增加，從而加劇了對螺栓的破壞，這無疑對螺栓的使用性能及螺栓螺母的聯接結構提出了更高的要求。

目前鋼軌與枕木之間所采用的螺栓螺母聯接結構為：螺栓豎直固裝于枕木上，螺紋端外露于枕木表面，在螺栓上依次套裝可壓緊于鋼軌下沿一側邊的扣板及彈條，螺母旋合擰緊于彈條上部的螺栓端部，通過壓緊彈條將扣板壓緊于鋼軌下沿，以實現鋼軌與枕木的穩固聯接，參見圖4。現有的螺栓螺母的結構及其聯接方式存在著一定的弊端：首先，鋼軌所受外力直接由彈片傳遞至螺母，因此螺栓在承受軸向力時，其應力主要集中于與螺母旋合部分的螺紋處，導致此處的拉伸應力及彎曲應力較大，極易造成螺栓的疲勞損傷，降低其使用壽命；而且，現有鋼軌用規則形狀的螺母也在一定程度上加劇螺栓軸向應力的集中；另外，現有鋼軌用螺栓為保證聯接強度，其直徑普遍較大，導致其剛度較大，抗震動沖擊性能較差，在承受軸循環載荷作用時極易造成疲勞損壞。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高疲勞強度鋼軌用螺紋聯接結構，其可有效降低螺栓應力集中，從而達到提高螺栓疲勞強度及使用壽命的目的。

本實用新型解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：

一種高疲勞強度鋼軌用螺紋聯接結構，由螺栓及螺母構成，其特征在于：螺栓為六角頭螺栓且其螺紋段制在下部的同軸柱臺上，與該螺栓相旋合的螺母為正錐臺形螺母。

另外，所述的正錐臺形螺母錐度為5.50°～9.50°。

另外，該正錐臺形螺母底端一體制有方形底座。

另外，所述的六角頭螺栓的非螺紋段直徑為0.6～0.9d，d為螺栓公稱直徑。

本實用新型的優點和有益效果為：

1.應用有限元分析方法，對傳統鋼軌螺紋聯接結構及本實用新型螺紋聯接結構進行接觸分析，結果表明：

傳統鋼軌螺紋聯接結構中螺栓在受軸向力作用時，其應力主要集中于與螺母旋合接觸部分的螺紋處，且螺紋的各牙受力很不均勻。實驗證明，有三分之一的載荷集中在螺栓頭部的螺紋接觸部分第一圈上，而在第八圈以后即螺紋退出端的螺紋牙幾乎不受力，導致螺栓受力不合理，極易造成螺栓的疲勞損傷。

本螺紋聯接結構中采用將正錐臺形螺母固定于枕木，六角頭螺栓自上部旋合入正錐臺形螺母內的安裝方式將墊圈、彈條、扣板聯接，也就是將普通鋼軌螺紋聯接中螺栓與螺母的接觸部分轉移到底部，即一種螺母倒置的聯接方式，改變了上述不合理的受力現象。六角頭螺栓與正錐臺形螺母旋合接觸部分遠離分布載荷作用面，六角頭螺栓中部的非螺紋段直徑小于螺紋的公稱直徑，柔性較好，對拉伸載荷有一定的消減作用，可使旋合螺紋牙處的拉伸應力和局部彎曲應力較小，從而顯著改善六角頭螺栓軸向應力集中現象，很大程度上提高了六角頭螺栓的疲勞強度及使用壽命。

2.應用有限元分析方法，對采用傳統規則形狀螺母的螺紋聯接結構與本實用新型中正錐臺形螺母與六角頭螺栓聯接結構進行接觸分析，結果表明：

對采用傳統規則形狀螺母的螺紋聯接結構的接觸分析，可以看出螺栓的抗拉疲勞破壞60％～65％是發生在螺栓與螺母的旋合部分的第一圈螺紋的根部，有20％～25％發生在螺紋的退出部分；而在整個連接件金屬流線沒有被破壞的條件下，螺栓未經強化之前，以上兩個地方的抗拉疲勞破壞的機率分別為65％和20％。

對本螺紋聯接結構中正錐臺形螺母與六角頭螺栓安裝方式進行接觸分析，可以得出：正錐臺形外輪廓面錐度在5.50°～9.50°范圍時，螺栓的螺紋根部最大應力有明顯改善，接觸部位螺紋根部應力分布曲線較為平滑，軸向最大應力相比于普通螺母聯接時降低15.74％，應力分布更加合理，因此可有效提高螺栓疲勞強度。同時將正錐臺形螺母底座形狀設計為方形，以防止其圓周轉動，更便于將其固定以增加螺紋聯接的穩定性。

3.本螺紋聯接結構所采用的六角頭螺栓，六角頭螺栓的非螺紋段直徑為0.6～0.9倍的螺栓公稱直徑。