超高压力液压螺母的设计计算

　　0 引言

　　螺栓联接被认为是机械可拆联接的最主要形式,而普通螺栓联接特别是大螺栓联接,如采煤机各部联接螺栓,通风机与机架或基础联接螺栓,起重机机械底座及各部联接螺栓,金属井架与基础及各部联接等,螺栓的主要失效原因在于预紧力不足而引起的。因此如何解决预紧力不足已成为亟待解决的问题,而液压螺母的出现为解决这些问题提供了很大的便利与可能。

　　1 设计要求分析与原始参数的给定

　　液压螺母主要应用于大螺栓联接,在采煤机各部间的连接等处,还受到空间狭小的限制,因此所设计的螺母体积应尽可能地小,为此应选择超高油压并选用高强度塑性材料制造。设计原始参数:油压p=160MPa,螺栓M36X4。

　　2 基本结构与原理

　　(1)液压螺母结构

　　液压螺母结构如图1所示。

　　(2)工作原理

　　如图1所示,被联接螺栓螺纹部分与螺母体联接,螺栓大头位于紧圈右侧,被连接件位于紧圈与螺栓大头间。工作时,先人工将螺母旋紧,并使紧圈位于右侧;然后使液压油从A口进入,通过液压油的压力对活塞体和螺母体作用,牵动螺母体1向左移动,将螺栓拉长,当色标露出时(此时标志预紧力已达到)应迅速旋紧紧圈4,使紧圈端面靠在螺母体上,泄去油压,螺栓紧固完毕;拆卸时顺序相反。

　　3 主要结构件的设计

　　3.1 螺母体设计

　　3.1.1 螺母体结构及材料选择

　　选取螺母体材料为:40CrMnMo,曲服强度极限σ_s=785 MPa。

　　3.1.2 径向尺寸的选择

　　(1)活塞体内径尺寸D₁的确定

　　初选内侧壁厚t₁=8mm(t₁螺母体内孔与活塞体间壁厚),活塞体内径

　　(2)活塞体外径尺寸D₂的确定

　　预紧力

　　取K=0.6,A=678.8mm²;

　　由带入数据得

　　取整D₂=73mm

　　(3)螺母体外径尺寸D₃的确定

　　初选外侧壁厚t₂=10mm,则螺母体外径

　　3.1.3 强度验算

　　轴对称应力拉密解

　　根据第四强度理论得

　　(1)外环的强度验算

　　外环

　　考虑到r=a时取得最大应力,代入式(1)、式(2)得

　　这里

　　带入式(3)得

　　强度满足要求。

　　(2)内环的强度检算