液压拉伸工具拉杆安全性分析及优化设计

　　1 引言

　　液压拉伸工具是一种比较普遍的螺栓松紧工具，它能够按照理论计算所给定的螺栓预紧力科学地拧紧螺栓，并具有结构合理、体积轻巧、操作方便、装卸快速等优点，在火电厂配套锅炉给水泵的装配中广泛应用。其结构如图1，由分流头、拉杆、拉头、液压缸、支座、活塞、油泵等组成。

　　2 液压拉伸工具安全性分析

　　液压拉伸工具在使用时液压缸中会产生60 MPa～70 MPa的压力，当某个零件失效时，如果操作不当，可能会发生严重的安全事故。所以设计时，要特别校验关键件（拉杆）的安全性。本文是利用solidworks simulation分析软件对液压拉伸工具中的拉杆进行力学分析。

　　如图1，拉杆是一个回转体，所以利用模型结构对称，受力均布，进行模型简化，这样可以节省计算机资源，另一方面可以避免网格过多而导致分析过程太慢，大大加快计算收敛的速度。建立拉杆数学模型，只取沿中心线旋转30°的旋转体，同时载荷施加时也相应为整个液压缸拉力的1/12。分析结果见图2、图3。

　　在应力结果显示中设定：超过材料屈服极限的部分均显示为红色，从图2中可以看出，拉杆螺纹收尾退刀槽处和外圆直径由大变小处最大应力值均超过拉杆材料的屈服极限，也就是该拉杆的最薄弱处，即危险截面。从图3可以看出，应力485MPa已完全贯穿危险截面，这样拉杆的安全系数非常低。

　　3 方案研究及优化方案论证

　　提高液压拉伸工具拉杆的安全性措施有：增加拉杆的整体尺寸；改变拉杆的材料，选用机械性能更为优良的材质；拉杆整体尺寸不变，优化拉杆的关键尺寸。

　　3.1 方案研究

　　3.1.1 增加拉杆的整体尺寸：从图1可以看出，由于受装配空间的限制，如果增加拉杆的整体尺寸，与之配套的其他零件也需相应增加，这样全增加产品的材料和加工成本。

　　3.1.2 改变拉杆的材料，选用机械性能更为优良的材质：材料的机械性能提高，即抗拉强度和屈服极限提高。在承受同样载荷时，零件的相应部位产生的应力不变，这样安全系数相应提高。但材料成本价也在增加，表1为拉杆所使用原材料40Cr与其他高性能材料的价格对照表。

　　3.1.3 拉杆整体尺寸、材料不变，优化拉杆的关键尺寸：由于受空间的限制，拉杆螺纹处外径的长度不能再增加，这样只能缩短螺纹的长度，而螺纹长度太短也可能会造成螺纹失效。所以需对螺纹长度和退刀槽圆角处的应力进行优化设计，保证螺纹长度足够，退刀槽圆角处应力又不能太大，避免此处成为零件最薄弱处。