铁路钢轨用高强度螺栓螺母紧固结构 所属领域
本实用新型属于紧固件，尤其是一种铁路钢轨用高强度螺栓螺母紧固结构。
背景技术
铁路机车能否安全行驶取决于钢轨的强度和可靠性。钢轨通过螺栓螺母与基础连接，螺栓螺母紧固的强度直接影响钢轨与基础连接的安全性和可靠性。螺栓螺母在工作时受到拉伸，在拉应力的作用下，螺栓常常会因为疲劳产生裂纹进而发生断裂。而且随着铁路运输不断向高速、重载发展，列车的轴重、行车密度和速度不断增加，钢轨的负荷量也不断增加，这加剧了对钢轨螺栓的破坏，造成螺栓螺母紧固失效，进而危及铁路行车安全。
螺栓与螺母的连接是最常见的紧固方式之一，具有结构简单，拆装方便，调整容易等优点。然而普通三角形螺纹根部应力集中系数大，严重影响了紧固的强度。因此，减少螺纹根部应力集中、改善应力分布是提高紧固强度的主要途径。
减少钢轨螺纹根部应力集中、改善应力分布一般可以通过三种方法实现：一是在螺纹根部增加圆角半径，减少应力集中；二是增大螺栓螺纹小径，降低螺栓的轴向拉应力；三是改变螺栓和螺母连接的结构，从而改变螺栓和螺母连接的局部应力状态。
国内外高强度螺栓连接多采用前两种方法。但由于受到螺纹牙形的限制，在螺纹根部增加圆角半径和增大螺栓螺纹小径是有限度地，不能任意改变。第三种方法由于其制造成本较高，在螺母用量非常大的铁路钢轨螺栓连接上很少采用。
【发明内容】
本实用新型的目的是提供一种铁路钢轨用高强度螺栓螺母紧固结构，它对现有螺母的基础上进行创新，有效地提高了紧固强度。
本实用新型的目的是这样实现的：
该铁路钢轨用高强度螺栓螺母紧固结构，由螺栓和螺母组成，其中在与螺栓螺纹啮合的螺母的紧固面上制有内环凹槽，该内环凹槽的深度为其所啮合螺纹的半个螺距的距离。
此外，与螺母啮合的螺栓所制螺纹的根部采用最大圆角半径为Rmax＝0.1443375 P，P为螺纹的螺距。
本实用新型的优点和积极效果是：
通过有限元接触分析以及实际使用可知，钢轨螺栓所受的最大轴向拉应力主要集中在从螺母紧固面(螺母与螺栓的旋进面)算起的第一圈处。在这个位置将螺母的螺纹牙切掉一部分，降低了螺母螺纹牙的刚度，从而改变了螺栓与螺母的接触应力分布，使得钢轨螺栓所受的最大轴向拉应力显著降低，应力集中也显著降低，而螺栓的强度大大提高了。
螺栓上的螺纹根部可以设计有圆角过渡(采用螺栓根部最大圆角半径：Rmax＝0.1443375 P，P为螺纹的螺距)，且螺纹小径增加(比普通螺纹增大了H/16，H为原始三角形高度，且H＝Pcos30o)，使得螺栓应力集中进一步减小而强度进一步提高。
而且上述对螺母结构的改变，在制造工艺上并不复杂，也不会使加工成本增加多少，但螺栓的强度大大提高了。
【附图说明】
图1为本实用新型紧固钢轨的安装示意图(为半面示意)；
图2为本实用新型的螺栓螺母连接结构剖面示意图；
图3为图2的A局部放大图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步说明：
图1所示的为应用本实用新型的安装示意图，从图上可以看出，尼龙座6卡装在钢轨上，螺栓2穿过该尼龙座和安装在尼龙座上的弹性扣板5并通过螺母3的紧固压紧钢轨1，螺母与扣板之间的螺栓上安装有一平板垫圈4。
图2所示的为螺栓螺母连接示意图，该图省略了平板垫圈及其他构件，以便具体叙述本实用新型的结构特征。从图上可以看出，在螺母的紧固面上制有内环凹槽，该内环凹槽的深度为所啮合螺纹的半个螺距的距离。由于螺栓螺母连接为轴对称结构，图2只是螺栓螺母轴向剖面一半的连接示意图，根据有限元接触分析以及实际使用可知，从螺母紧固面开始的螺栓螺母第一圈螺纹，螺栓所受拉应力最大。本实用新型就是在这个位置通过所制的内环凹槽将螺母的螺纹牙切掉一部分，从而降低了螺母螺纹牙的刚度，改变了螺栓与螺母的接触应力分布。从图3的放大图可以更清晰地看到，螺母从紧固面开始处的螺纹只有第一圈被切掉一部分，而且是从第一圈螺纹牙顶的二分之一处被切掉一部分。同时，可以增加螺栓的螺纹小径，并在该螺纹根部采用了最大圆角过渡半径，使得钢轨螺栓所受的最大轴向拉应力显著降低，应力集中也显著降低，这样螺栓与螺母的紧固强度大大提高了。