新型轴系联接结构的分析研究.pdf

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1、Research新型轴系联接结构的分析研究赵博1，曾林锡2，冀相安2，陈文聘2，马永明2(1．海军驻704所军事代表室，上海20003l；2．上海船舶设备研究所，上海200031)摘要：对一种新型轴系联接结构一一膨胀螺栓的结构设计进行了分析研究。在膨胀螺栓受力分析的基础上，从曲梁理论出发，建立了膨胀联结螺栓关键部件的应力应变关系，给出了膨胀螺栓结构的理论分析模型。将理论分析结果与有限元计算结果进行对比，验证了理论分析模型的有效性。本文提出的理论分析模型对膨胀螺栓的结构设计和应用具有实际的指导意义。关键词：膨胀螺栓；曲梁理论；有限元方法中图分类号：U66

2、4．22文献标志码：ADoI：10．16443／i_cIlI(i．3l—1420．2015．06．002StudyonNewBolt．jointstructurefortheShamngSystemZHAOB01，ZENGLin．xi2，JIXiang．an2，CHENWjn．pin2，MAYbng—min92(1．NavyRepresentatiVeOmceatNo．704ResearchInstitute，shanghai200031，China；2．Shan曲aiMarineEquipmemResearchInstitllte，CSIC，Shan

3、ghai200031，China)Abstract：砌括pc矽已，．加办切dhc嚣砌Ps办wcm陀c办口阳c幼‘括f记，口玎dm口切咖咖办喀pDf聆括Q厂口聆Pw60埘D砌fst瑚c抛re．expnnSionbotts．onthebaSiSQf加rcennnlysis对exp硼sionbolts．st甜ti豫}沁mthectlrvebeamtheo哆锄e‰t{c吼theQnnlysiSmodel可expnnsionbolttSdevetoped．Thevnl{dit)'可res弘ltscdictll饿edbynHalysismodelhQSbeench

4、eck￡dbytheresultsobtQinedbythe奠nneelementmethod．Thennnlysismodeldevelopedbythisp印erW{llbehelp加l獗thedes{黟and印plicntton可theexpnnsionbolts．Kqw眦ds：expansionboits：theo珂可ctlrvedbenm：参niteezementmethod0引言轴系用膨胀螺栓结构是一种带有径向可扩张弹性衬套的紧配螺栓结构，它主要由六部分组成(图1)，包括一个两端带螺纹的锥形螺栓、开口弹性衬套、超硬垫片、拧紧螺母及拧紧螺栓等

5、。它利用弹性衬套与螺栓孔之间的径向过盈配合，实现了螺栓孔与膨胀螺栓之间的联结，从而将扭矩负载在轴系间传递下去。从结构上可见，膨胀螺栓联结对扭矩的传递是通过两个途径来实现的：一是依靠锥形螺栓在螺栓孔中的过产生的联结法兰面间的摩擦力。这样可以使得审作者简介：赵博(1977．)，男，硕士。研究方5机电设备2015，6可靠，保证轴系设备的正常运行。膨胀螺栓结构通过拧紧小端拧紧螺栓，实现锥形螺杆、弹性衬套与法兰孔的过盈配合，只需手动扭矩扳手或气动扳手即可进行安装或拆卸，不需要任何高压工具及其它现场加工设备，可节省约50％左右的工具和现场设备费用。由于不需要大型扭

6、力扳手等大型工具，膨胀螺栓联接不需要较大的安装空间。其开口弹性衬套经多次使用后仍可恢复原尺寸，具有很好的再用性。因此膨胀螺栓联接非常适合应用在船舶轴系设备等安装空间狭窄、联接强度要求很高的场合。目前国内对该种膨胀螺栓结构的研究比较欠缺，船机电设计研究。使用时主要依靠直接引进国外成品。在实际安装时，主要根据产品手册选取相应的预紧力和安全系数，缺乏对膨胀螺栓结构在使用过程中各部分受力变形情况的分析与掌握。本文综合利用弹性理论及有限元方法，建立了膨胀螺栓结构的理论分析模型，并用有限元进行验证，分析结果对膨胀螺栓的设计和应用具有重要的实用意义。1、拧紧螺栓；2

7、、小端拧紧螺母；3、超硬垫片；4、弹性衬套；5、锥形螺栓；6大端拧紧螺母图1膨胀螺栓结构示意图l膨胀螺栓结构的理论分析图2为膨胀螺栓结构受力简图。为计算方便，引入以下基本假设：1)弹性衬套和锥形螺栓接触面的全长上，接触压力为常量，即接触压力只是角度的函数而与轴向位置无关；2)膨胀螺栓结构各部分的材料模型采用线弹性本构模型，满足弹性力学的基本假设。‘Y图2膨胀螺栓结构的力学分析模型1．1弹性衬套的理论模型和受力分析由于膨胀螺栓结构中的弹性衬套部件与传统的衬套部件有较大差别，属于开口结构，其联接强度要小于传统的衬套部件，而同时弹性衬套的受力变形情况对膨胀螺

8、栓的工作性能具有较大影响，因此本文首先对弹性衬套部件进行分析。根据弹性衬套结构的受力情况及弹性