[实用新型]高疲劳强度钢轨用螺纹联接结构

说明书

技术领域

本实用新型属于机械零件领域，特别是一种高疲劳强度钢轨用螺纹联接结构。

背景技术

螺纹联接方式是机械设备、工程结构、汽车、铁路中最为广泛使用的联接方式，其具有联接强度高、结构简单、拆装方便、调整容易等优点。特别是在铁路运输方面，钢轨与枕木之间的联接多采用螺栓螺母联接方式，螺栓是最为关键的联接部件，其强度直接影响钢轨与枕木联接的安全性和可靠性，进而影响机车运行的安全性。随着我国铁路运输业的不断发展，其已经逐渐形成高密度、大轴重以及高速度并举的局面，速度和轴重的同时提高，使钢轨的负荷量也不断增加，从而加剧了对螺栓的破坏，这无疑对螺栓的使用性能及螺栓螺母的联接结构提出了更高的要求。

目前钢轨与枕木之间所采用的螺栓螺母联接结构为：螺栓竖直固装于枕木上，螺纹端外露于枕木表面，在螺栓上依次套装可压紧于钢轨下沿一侧边的扣板及弹条，螺母旋合拧紧于弹条上部的螺栓端部，通过压紧弹条将扣板压紧于钢轨下沿，以实现钢轨与枕木的稳固联接，参见图4。现有的螺栓螺母的结构及其联接方式存在着一定的弊端：首先，钢轨所受外力直接由弹片传递至螺母，因此螺栓在承受轴向力时，其应力主要集中于与螺母旋合部分的螺纹处，导致此处的拉伸应力及弯曲应力较大，极易造成螺栓的疲劳损伤，降低其使用寿命；而且，现有钢轨用规则形状的螺母也在一定程度上加剧螺栓轴向应力的集中；另外，现有钢轨用螺栓为保证联接强度，其直径普遍较大，导致其刚度较大，抗震动冲击性能较差，在承受轴循环载荷作用时极易造成疲劳损坏。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高疲劳强度钢轨用螺纹联接结构，其可有效降低螺栓应力集中，从而达到提高螺栓疲劳强度及使用寿命的目的。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种高疲劳强度钢轨用螺纹联接结构，由螺栓及螺母构成，其特征在于：螺栓为六角头螺栓且其螺纹段制在下部的同轴柱台上，与该螺栓相旋合的螺母为正锥台形螺母。

另外，所述的正锥台形螺母锥度为5.50°～9.50°。

另外，该正锥台形螺母底端一体制有方形底座。

另外，所述的六角头螺栓的非螺纹段直径为0.6～0.9d，d为螺栓公称直径。

本实用新型的优点和有益效果为：

1.应用有限元分析方法，对传统钢轨螺纹联接结构及本实用新型螺纹联接结构进行接触分析，结果表明：

传统钢轨螺纹联接结构中螺栓在受轴向力作用时，其应力主要集中于与螺母旋合接触部分的螺纹处，且螺纹的各牙受力很不均匀。实验证明，有三分之一的载荷集中在螺栓头部的螺纹接触部分第一圈上，而在第八圈以后即螺纹退出端的螺纹牙几乎不受力，导致螺栓受力不合理，极易造成螺栓的疲劳损伤。

本螺纹联接结构中采用将正锥台形螺母固定于枕木，六角头螺栓自上部旋合入正锥台形螺母内的安装方式将垫圈、弹条、扣板联接，也就是将普通钢轨螺纹联接中螺栓与螺母的接触部分转移到底部，即一种螺母倒置的联接方式，改变了上述不合理的受力现象。六角头螺栓与正锥台形螺母旋合接触部分远离分布载荷作用面，六角头螺栓中部的非螺纹段直径小于螺纹的公称直径，柔性较好，对拉伸载荷有一定的消减作用，可使旋合螺纹牙处的拉伸应力和局部弯曲应力较小，从而显著改善六角头螺栓轴向应力集中现象，很大程度上提高了六角头螺栓的疲劳强度及使用寿命。

2.应用有限元分析方法，对采用传统规则形状螺母的螺纹联接结构与本实用新型中正锥台形螺母与六角头螺栓联接结构进行接触分析，结果表明：

对采用传统规则形状螺母的螺纹联接结构的接触分析，可以看出螺栓的抗拉疲劳破坏60％～65％是发生在螺栓与螺母的旋合部分的第一圈螺纹的根部，有20％～25％发生在螺纹的退出部分；而在整个连接件金属流线没有被破坏的条件下，螺栓未经强化之前，以上两个地方的抗拉疲劳破坏的机率分别为65％和20％。

对本螺纹联接结构中正锥台形螺母与六角头螺栓安装方式进行接触分析，可以得出：正锥台形外轮廓面锥度在5.50°～9.50°范围时，螺栓的螺纹根部最大应力有明显改善，接触部位螺纹根部应力分布曲线较为平滑，轴向最大应力相比于普通螺母联接时降低15.74％，应力分布更加合理，因此可有效提高螺栓疲劳强度。同时将正锥台形螺母底座形状设计为方形，以防止其圆周转动，更便于将其固定以增加螺纹联接的稳定性。

3.本螺纹联接结构所采用的六角头螺栓，六角头螺栓的非螺纹段直径为0.6～0.9倍的螺栓公称直径。