高锁螺栓的结构

（19）中华人民共和国国家知识产权局
（12）实用新型专利
（10）申请公布号
CN201180723Y
（43）申请公布日2009.01.14（21）申请号CN200820300593.3
（22）申请日2008.04.21
（71）申请人贵州航天精工制造有限公司
地址563006 贵州省凯山256信箱
（72）发明人张晓斌;马玲
（74）专利代理机构贵阳中新专利商标事务所
代理人刘楠
（51）Int.CI
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
高锁螺栓
（57）摘要
本实用新型公开了一种高锁螺栓，它
由螺栓头(1)、螺杆(2)和螺纹段(3)构成，在
螺纹段的端部设有内六方孔(4)。

本实用新型
采用了高锁螺栓的螺纹段端部设置一个在内
六方孔(4)，方便在使用中通过对其扳拧施加
扭力限位，以使高锁螺栓不能转动。

并且本
实用新型还具有结构简单，容易生产，使用
效果好等特点。

法律状态
法律状态公告日法律状态信息法律状态
2009-01-14授权授权
法律状态公告日法律状态信息法律状态2015-06-10专利权的终止专利权的终止
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说明书高锁螺栓的说明书内容是....请下载后查看。

第三章连接§3-6高强度螺栓连接的构造和计算3.6.1高强度螺栓连接的工作性能和构造要求一、高强度螺栓连接的工作性能1、高强度螺栓的抗剪性能由图3.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。

通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。

如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。

2、高强度螺栓的抗拉性能高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图3.6.1a）。

当对螺栓施加外拉力N t，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ΔP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ΔC（图3.6.1b）。

计算表明，当加于螺杆上的外拉力N t为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。

同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。

但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。

也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。

但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。

实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓的抗拉连接中。

研究表明，当外拉力N t≤0.5P时，不出现撬力，如图3.6.2所示，撬力Q大约在N t达到0.5P时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降。

由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由N u下降到N'u。

因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤0.5P；或者增大T形连接件翼缘板的刚度。

分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。

实际上很难满足这一条件，可采用图3.5.7所示的加劲肋代替。

航空常用紧固件（三）双六角面高锁螺栓（Bi-Hex）最初由空客（Airbus）提出，称其为“Bi-Hex™ Nut”，LISI称其为“Reduced-Hex”。

最明显的结构特征是具有上下两个六角面，使其同时具有断帽式和定扭式两种类型的特点，拓展了其应用范围。

Bi-Hex的优点及特征：∙理论上讲，Bi-Hex™高锁帽既可以当断帽式使用，也可以做定扭式高锁螺栓使用；∙方便的可逆性，可以使用简单的工具对高锁螺栓进行拆卸。

∙当然，典型的应用在于其可以实现预拧紧，也就是说先使用定扭工具加深套筒将构件内所有高锁螺栓拧至预设扭矩，最后再使用浅套筒工具将其拧至断帽，这样做的好处是可以消除部件的应力，使得所有高锁螺栓对部件的夹紧力实现均衡。

还有一点，Bi-Hex™高锁帽的尺寸相比标准高锁帽要小，可以接受离干涉面较小的距离，这在飞机装配工艺中也是很重要的特点。

如下图所示：安装步骤：第一步，预拧紧，使用深套筒，工具设定扭矩，安装至预设扭矩；第二步，最终拧紧，使用浅套筒，拧紧至断帽（工具不需定扭），安装完成。

常用的双六角面高锁螺栓：∙HST 1380，铝合金双六角面高锁螺母，LISI标准∙ASNA 2528，铝合金双六角面高锁螺母，法宇航（空客）标准∙ASNA 2536，不锈钢双六角面高锁螺母，法宇航（空客）标准Bi-Hex高锁螺栓对安装工具的要求：∙典型的安装工具解决方案是采用两把工具分别完成两个阶段的安装；∙预拧紧阶段需要深套筒加长六角芯，动力工具必须具备输出扭矩精确可控的能力；∙最终扭矩阶段使用浅套筒加普通动力工具，也就是前面所说的断帽时安装工具；∙须采用非冲击式动力工具，如是气动工具，其空载转速低于320 rpm。

下一期，小马讲堂将介绍Aster™高锁螺栓以及安装工具，敬请期待。

航空常用紧固件（一）断帽式高锁螺栓（Frangible Collar）随着现代航空技术的发展，大量的新型材料被用于飞机结构，最典型的代表是复合材料（CFRP）的普遍应用，导致了飞机装配工艺的变革，大量的新型紧固件被用于飞机制造，其中最具代表性的就是高锁螺栓的大量使用。

高锁螺栓，其全称为高抗剪自锁式螺栓。

按照飞机不同部位应用的要求，分为抗拉型和抗剪型两大类别；按照其结构及安装方式又分有多种类型。

本课堂分几期介绍高锁螺栓的种类及其对安装工具的要求。

断帽式高锁螺栓是发展最早，至今为止应用最普遍的一种。

常用规格如下：∙抗拉应用：HST12/HST13 (PIN)、 HST78/HST95 (COLLAR)∙抗剪应用：HST10/HST11 (PIN)、 HST79/HST97 (COLLAR)抗拉和抗剪型高锁螺栓其结构相同，只是多数情况下抗剪型大都选择铝合金（如7075-T73）高锁帽。

断帽式高锁螺栓结构示意图：需要说明的是，早期的Hi-Lok™ （HL）已经基本被Hi-Lite™ （HST）取代，其优点如下：• 在保证强度的前提下，钉体与第一道承载螺纹之间的过渡区域缩短，使其尺寸更小，重量更轻，如下图。

• 高锁帽的过渡区域也随之变短，使其与高锁钉的配合更加紧凑；优化设计的Hi-Lite™（HST）比Hi-Lok™（HL）在降低重量方面效果显著，尤其是抗剪型，其重量可降低13%。

但对抗拉型来说，重量降低不明显。

不过，这已经是一个很了不起的进步了，因为通常一架飞机上有85%以上的高锁螺栓是抗剪的。

高锁螺栓的安装步骤：1.穿入高锁钉PIN并带入高锁帽COLLAR;2.拧紧工具的六角芯保证在安装过程中高锁钉（PIN）静止不动；3.持续拧紧高锁帽直至六角部分被拧断分离，此时，高锁螺栓也被安装在正确的扭矩下。

高锁螺栓安装示意图：断帽式高锁螺栓另一大优点是对安装工具无定扭要求，只要求工具的输出扭矩大于断帽扭矩（Torque-Off）即可，这可以降低整套工具的成本。

APP 贵州航天精工制造有限公司企业标准APP J11.45-2009钛合金抗剪型100°沉头高锁螺栓（共9页）2009-08-20发布 2009-08-22实施贵州航天精工制造有限公司发布前言本标准依据HST11-1998标准编制而成，结构尺寸及性能要求与其一致，并将原文中引用的美标表面处理技术规范按等同设计的原则转换为相对应的企业标准，本标准与HST11-1998具有互换使用的关系。

本标准代替标准APP J11.45-2008。

钛合金抗剪型100°沉头高锁螺栓1 范围本标准规定了钛合金抗剪型100°沉头高锁螺栓的材料、结构、尺寸等内容。

本标准适用于钛合金抗剪型100°沉头高锁螺栓的研制和批产。

2 引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是未注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

HB5800 未注尺寸公差APP J0.1-2008 钛合金热处理工艺规范APP J0.10.2-2008 涂铝工艺规范（等效于Hi-Shear294）APP J0.10.3-2008 涂铝工艺规范（等效于Hi-Shear397）APP J0.11-2008 涂十六醇工艺规范（等效于Hi-Shear305）APP J0.29-2008 离子气相沉积（I.V.D）涂铝工艺规范（等效于MIL-C-83488）APP J0.35-2008 表面涂覆工艺规范（等效于Hi-Shear306）APP J0.36-2008 磷酸盐氟化物处理（等效于AMS2486）APP J0.45.2-2008 干膜润滑工艺规范（等效于MIL-L-46010）APP J0.45.3-2008 涂MoS2干膜润滑工艺规范（等效于Hi-Shear292）APP J11.20-2009 高锁螺栓技术规范AMS4928 钛合金棒、线材料规范AMS4967 钛合金棒、线材料规范AS8879 牙底圆弧半径可控的增大小径螺纹通用规范3 要求3.1 结构和尺寸钛合金抗剪型100°沉头高锁螺栓结构、尺寸见图1和表1。

航空常用紧固件（一）断帽式高锁螺栓（Frangible Collar）随着现代航空技术的发展，大量的新型材料被用于飞机结构，最典型的代表是复合材料（CFRP）的普遍应用，导致了飞机装配工艺的变革，大量的新型紧固件被用于飞机制造，其中最具代表性的就是高锁螺栓的大量使用。

高锁螺栓，其全称为高抗剪自锁式螺栓。

按照飞机不同部位应用的要求，分为抗拉型和抗剪型两大类别；按照其结构及安装方式又分有多种类型。

本课堂分几期介绍高锁螺栓的种类及其对安装工具的要求。

断帽式高锁螺栓是发展最早，至今为止应用最普遍的一种。

常用规格如下：∙抗拉应用：HST12/HST13 (PIN)、 HST78/HST95 (COLLAR)∙抗剪应用：HST10/HST11 (PIN)、 HST79/HST97 (COLLAR)抗拉和抗剪型高锁螺栓其结构相同，只是多数情况下抗剪型大都选择铝合金（如7075-T73）高锁帽。

断帽式高锁螺栓结构示意图：需要说明的是，早期的Hi-Lok™ （HL）已经基本被Hi-Lite™ （HST）取代，其优点如下：• 在保证强度的前提下，钉体与第一道承载螺纹之间的过渡区域缩短，使其尺寸更小，重量更轻，如下图。

• 高锁帽的过渡区域也随之变短，使其与高锁钉的配合更加紧凑；优化设计的Hi-Lite™（HST）比Hi-Lok™（HL）在降低重量方面效果显著，尤其是抗剪型，其重量可降低13%。

但对抗拉型来说，重量降低不明显。

不过，这已经是一个很了不起的进步了，因为通常一架飞机上有85%以上的高锁螺栓是抗剪的。

高锁螺栓的安装步骤：1.穿入高锁钉PIN并带入高锁帽COLLAR;2.拧紧工具的六角芯保证在安装过程中高锁钉（PIN）静止不动；3.持续拧紧高锁帽直至六角部分被拧断分离，此时，高锁螺栓也被安装在正确的扭矩下。

高锁螺栓安装示意图：断帽式高锁螺栓另一大优点是对安装工具无定扭要求，只要求工具的输出扭矩大于断帽扭矩（Torque-Off）即可，这可以降低整套工具的成本。

高锁螺母的母体结构是其主体结构，其与高锁螺栓配合共同完成高锁螺栓配合共同完成高锁连接副的夹紧性能、防松性能和承载性能。

高锁螺母的母体结构如果再细分一下，其还包括收口结构、锥体结构、沉头窝结构和螺纹结构。

收口结构主要是为高锁螺母提供锁紧性能的结构，对于带凸缘的高锁螺母，其收口结构为凸缘结构，对于非凸缘的高锁螺母，其收口结构为薄壁结构。

从结构的弹塑性变形角度分析，对于凸缘结构，由于壁比较厚，为了得到标准的锁紧力矩，需要比较大的整体结构变形，而这种变形主要为塑性变形，弹性性能较差，不适用于多次锁紧循环；对于薄壁结构，不需要较大的结构变形就可得到标准的锁紧力矩，并且具有较好的弹性性能，可以承受多次的锁紧循环；对于薄壁结构，不需要较大的结构变形就可得到标准的锁紧力矩，并且具有较好的弹性性能，可以承受多次锁紧循环。

由此可见，薄壁结构的锁紧性能优于凸缘结构，对于新版的高锁螺母标准基础上都是采用薄壁结构，但由于高锁螺母是一种特殊的自锁螺母，只进行一次性装配，标准中只考擦其一次锁紧性能，而不牵扯多次循环锁紧性能的问题，因此，带凸缘结构的高锁螺母仍在正常使用，只要能满足标准中的一次循环的锁紧性能即可。

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高强度螺栓的知识高强度螺栓在生产上全称叫高强度螺栓连接副，一般不简称为高强螺栓。

根据安装特点分为：大六角头螺栓和扭剪型螺栓。

其中扭剪型只在10.9级中使用。

根据高强度螺栓的性能等级分为：8.8级和10.9级。

其中8.8级仅有大六角型高强度螺栓，在标示方法上，小数点前数字表示热处理后的抗拉强度；小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。

8.8级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8；10.9级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9。

结构设计中高强度螺栓直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不过M22/M27为第二选择系列，正常情况下选用M16/M20 /M24/M30为主。

高强度螺栓在抗剪设计上根据设计要求分为：高强度螺栓承压型和高强度螺栓摩擦型。

摩擦型的承载能力取决于传力摩擦面的抗滑移系数和摩擦面数量，喷砂（丸）后生赤锈的摩擦系数最高，但从实际操作来看受施工水平影响很大，很多监理单位都提出能否降低标准来确保工程质量。

承压型的承载能力取决于螺栓抗剪能力和栓杆承压能力的最小值。

在只有一个连接面的情况下，M16摩擦型抗剪承载力为21.6~45.0kN，而M16承压型抗剪承载力为 39.2~48.6 kN，性能要优于摩擦型。

在安装上，承压型工艺要简单一些，连接面仅需清除油污及浮锈。

沿轴杆方向抗拉承载力，在钢结构规范中写的很有意思，摩擦型设计值等于0.8倍预拉力，承压型设计值等于螺杆有效面积乘以材料抗拉强度设计值，看起来似乎有很大区别，实际上两个值基本一致，我一直不太明白规范为什么要这么写，采用的都是同一种材料为何要用两种表达方式计算同一个数值？在同时承受剪力和杆轴方向拉力时，摩擦型要求是螺栓承受的剪力与受剪承载力之比加上螺杆承受轴力与受拉承载力应力比之和小于1.0，承压型要求是螺栓承受的剪力与受剪承载力之比的平方加上螺杆承受轴力与受拉承载力比的平方之和小于1.0，也就是说在同种荷载组合情况下，相同直径的承压型高强度螺栓在设计上的安全储备要高于摩擦型高强度螺栓的。