立柱和千斤顶缸口矩形螺纹参数优化.pdf

ww, kululu.cu
第18卷第2期(总第111期
煤矿开采
Vol 18NO. 2(Series No, 111)
2013年4月
Coal mining Technology
April 2013
桂和千斤项缸口矩形螺参怒优化
赵志礼,宋智鹰
(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013)
[摘要]介绍了立柱和千斤顶缸口连接螺纹的类型,着重分析了矩形螺纹连接,给出了矩形
螺纹螺距和牙高参数匹配的计算公式的参数优化方法。
关键词]立柱;千斤项;矩形螺纹;螺距;牙高
中图分类号]TD35541[文献标识码]B[文章编号]1006-6225(2013)02-0034-02
Parameter Optimization of Rectangel Screw Thread of Props and Lifting Jacks Cylinder Port
立柱和千斤顶的缸筒缸口与导向套的连接一般理匹配和优化,可大大提高牙根的强度;螺距误差
采用卡环结构或螺纹结构。卡环结构装拆容易,但虽不能补偿,但随着加工技术的革命,加工手段和
可靠性较差;螺纹连接的可靠性较高,但专用工自动化水平的更新换代,可以弥补其不足。此外,
装,拆装相对复杂。近年来,随着我国煤炭工业技矩形螺纹的牙形简单,使用刀具和量具的简化也为
术快速发展,立柱和千斤顶的缸筒直径不断增大,其注入了生命力。
目前立柱缸径已达到500mm。随着GB25974.2
2010《煤矿用液压支架第2部分:立柱和千厅项2矩形螺纹参数和计算力学模型
技术条件》国家标准(以下简称《技术条件》国
螺纹的计算常用其轴向剖面内的参数作为计算
家标准)从2011年6月开始实施,对立柱千斤顶模型,在螺纹升角较小时具有一定的精度和可靠
的可靠性提出了更高的要求。国家标准要求立柱和性。使用矩形螺纹轴向剖面作为计算模型,如图1
支撑千斤顶的缸口连接能承受活塞腔额定工作压所示,主要尺寸可用螺纹的公称直径(大径)D。、
力;除此之外,支撑干斤顶还要承受2倍的额定拉螺纹小径D。、螺距、牙高ん和牙厚b等表示。目
力,缸口连接的可靠性已上升到突出位置。特别是前,矩形螺纹还没有相应的标准,设计手册中推荐
对于大缸径立柱的缸口连接除了保证连接的可靠性牙形的牙高等于螺距的一半,螺纹牙根的抗弯能力
外,还得考虑立柱、千斤顶维修时的装拆性能。因太差,不能作为立柱和千斤顶的缸口连接螺纹,为
此,大缸径立柱和千斤顶的缸口结构趋向于采用螺此必须选择合理的匹配参数,才能保证采用矩形螺
纹连接,多采用矩形螺纹结构。
纹连接的可靠性。为此针对在立柱千斤顶上使用的
1不同螺纹类型比较
矩形螺纹的螺距な、牙高ん和牙厚b进行优化,可
得到最佳的参数匹配关系。
目前,立柱和千斤顶上经常采用的螺纹结构有
普通螺纹、梯形螺纹和矩形螺纹。普通螺纹是传统
的连接螺纹,连接可靠性高,有广泛的加工和使用
基础,在较小缸径和特殊的地方广泛使用,缺点是
直径较大时拆卸比较困难。为了解决这一难题,大
直径的缸口一般采用梯形螺纹,连接强度较高,并
图1矩形外螺纹轴向剖面牙形
对螺距误差有一定的调节作用,装拆也容易,在立
为了提高矩形螺纹的旋合性能和降低加工难
柱和千斤顶上得到一定的应用。随着立柱缸径的进度,在矩形螺纹中常常留出一定的顶隙,这样螺纹
步增大,螺纹连接的装拆问题日益突出,为此,便不能定心,解决这一问题在不同的使用场合又有
广泛使用在传动中,很少在连接螺纹中使用的矩形不同的方法。一般而言,采用内螺纹的牙顶进行定
螺纹越来越多地应用于大缸径的立柱和千斤顶。虽位,在内螺纹的牙底(或外螺纹的牙顶)留出适
然矩形螺纹连接强度较弱,但通过对其参数进行合合的间隙,可方便加工和保证配合精度。
[收稿日期]2012-11-29
作者简介]赵志礼(1957-),男,河北平山人,研究员,从事液压支架设计研究。
学免兔ww,KUELULU.com
赵志礼等:立柱和千斤顶缸口矩形螺纹参数优化
2013年第2
矩形螺纹为了减少应力集中和消除干涉在牙根
由(4)式可得出
和牙顶转角处做成圆角。为了分析计算的方便,可
当螺距为6mm,8mm,10mm和12mm时,其
不考虑这些局部细节,使比较繁琐的计算变得简牙高分别为1.73mm,2.31mm,2.89mm和
单,同时还具有一定的使用价值,计算的力学模型3.46mm,考虑到螺纹牙顶和牙底的圆角半径,将
见图1。
牙高尺寸圆整为2mm,2.5mm,3mm和3.5m
3.2.2正应力和剪应力的匹配
3矩形螺纹参数优化
为了使接触应力和剪切应力的匹配计算简单,
所谓螺纹的优化就是通过调整螺纹的参数,使由式(1)、(3)和2h=D。-D得:
螺纹连接具有高可靠性。具体来说,就是要调整螺
2Db=m(D。+D,)ん
纹参数使螺纹接触强度、弯曲强度和剪切强度匹
由D。+D。>2D。并代入上式,得
配,并具有一致的可靠性。影响缸口矩形螺纹连接
b>mh,可得:t>2mh
可靠性的参数可简化为3个,即螺距、牙高和螺纹式中,m为材料拉伸屈服极限和剪切屈服极限的比
的啮合扣数(或螺纹的连接长度)。
值,对于立柱千斤顶材料,一般m在1.8左右。
3.1螺纹应力计算
由m=1.8和式(6)得螺纹的螺距为
螺纹副中的内螺纹一般较外螺纹弯曲强度稍高8mm,10m和12mm时,其对应的牙高分别为应
些,计算时以外螺纹的牙形为研究对象较好。图1为1.7m,2.22mm,2.78mm和3.33mm。由此可
所示为一外螺纹,受到轴向力F作用,则螺纹的看出与式(4)得出的数值基本一致。
平均接触应力、平均弯曲应力和平均剪切应力可用4矩形螺距选择和螺纹参数的标准
式(1)、(2)和(3)进行计算。
平均接触应力
在矩形螺纹的旋合长度决定之后,可采用不同
4F
的螺距参数,而不同的螺距参数可靠性有所差异。
2
(D2-D
大螺距比小螺距的连接可靠性高,主要原因在于大
式中,。为螺纹的平均接触应力;F为螺纹承受的螺纹数量少,首先减少了载荷分布不均匀性;其次
轴向力;D。为螺纹大径;D。为螺纹小径;n为螺纹螺距加大,螺纹牙高随之増大,当缸口受到液体压
旋合扣数。
力时不易脱扣。但螺纹的牙高增高后,会影响立柱
平均弯曲应力:
千斤顶的缸口结构,通常会使缸筒和导向套在螺纹
处的实体壁厚减小,使缸筒和导向套的可靠性下
RD b
降,在缸径较小时这种影响还会影响到结构的改
式中,、为螺纹的平均弯曲应力;h为螺纹牙高;变,同时螺纹的防松性下降。此外,还需注意矩形
b为螺纹牙厚。
螺纹的旋合扣数不宜太多,以免载荷分布不均匀和
平均剪切应力
螺纹旋合困难,使连接可靠性下降。为此,必须综
(3)合考虑选用合适的螺距参数。
MD bn
在选择确定了螺距参数之后,按照式(4)计
式中,为螺纹的平均剪切应力。
算得到牙高近似参数,考虑齿顶圆角和齿厚减薄量
3.2矩形螺纹牙高和螺距的优化
和加工测量方便,圆整后就可得到螺纹的牙高参
3.2,1螺纹接触强度和弯曲强度匹配
数。这种匹配参数达到最优,连接可靠性较高。