一種閥門力矩量化確定方法
【專利摘要】一種閥門力矩量化確定方法，1）根據(jù)螺栓的許用軸向拉應(yīng)力確定最大預(yù)緊力Q1；2）根據(jù)螺牙彎曲應(yīng)力計(jì)算得到最大軸向預(yù)緊力Q2；3）比較Q1和Q2的大小，并根據(jù)力矩計(jì)算公式得到最大力矩；4）采用有限元計(jì)算螺栓達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)的最大力矩M2；5）比較M1和M2的大小，取小值作為閥門內(nèi)無密封要求和有密封要的緊固連接的最大力矩；6）根據(jù)閥門內(nèi)有密封要求的緊固連接材料的最小密封比壓，獲得最小軸向密封力F；7）根據(jù)密封結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，獲得最小預(yù)緊力為Q4；8）根據(jù)力矩計(jì)算公式得到最小力矩M3；9）采用有限元計(jì)算最小力矩M4；10）比較M3和M4的大小，取小值作為閥門內(nèi)有密封要求的緊固連接的最小力矩。本發(fā)明解決了閥門緊固力矩依靠經(jīng)驗(yàn)施加而導(dǎo)致誤差偏大的弊端。
【專利說明】一種閥門力矩量化確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種力矩量化確定方法，該量化方法可用于火箭及導(dǎo)彈增壓輸送系統(tǒng)閥門內(nèi)部緊固力矩的確定。
【背景技術(shù)】
[0002]閥門作為運(yùn)載火箭增壓輸送系統(tǒng)中的主要單機(jī)產(chǎn)品，對(duì)其可靠性提出越來越高的要求，隨著定力矩工作的開展，閥門內(nèi)部緊固力矩的量化確定已經(jīng)成為提高閥門可靠性的重要途徑。閥門內(nèi)部緊固連接的特點(diǎn)如下:1)閥門零組件較多，內(nèi)部緊固連接多，包括螺紋連接和法蘭連接；2)閥門內(nèi)部緊固連接多數(shù)屬于有密封要求的連接，并且密封材料、密封結(jié)構(gòu)個(gè)體差異較大；3)加工質(zhì)量差異對(duì)擰緊力矩影響較大。目前閥門內(nèi)部緊固力矩主要由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，缺乏閥門內(nèi)部緊固力矩定量的分析手段，造成閥門力矩量化控制工作進(jìn)展緩慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種閥門力矩量化確定方法，實(shí)現(xiàn)了閥門內(nèi)部緊固力矩的量化控制，解決了閥門緊固力矩主要由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)施加而導(dǎo)致誤差偏大的弊端。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種閥門力矩量化確定方法，步驟如下:
[0005]I)根據(jù)螺栓的許用軸向拉應(yīng)力確定最大預(yù)緊力Q1=L σ JAy，式中[? L]為許用軸向拉應(yīng)力，Ay為螺栓的有效截面積；
[0006]2)根據(jù)螺牙彎曲應(yīng)力計(jì)算得到最大軸向預(yù)緊力(?2 =If，式中Qw為螺牙彎曲應(yīng)力，η為螺紋圈數(shù)，W為單牙`螺紋斷面系數(shù)，Xl為螺紋力臂；
[0007]3)比較Q1和Q2的大小,取小值記為Q3,根據(jù)力矩計(jì)算公式得到最大力矩M1=IidQ3 ；式中k為螺紋扭拉系數(shù)，范圍為0.1-0.3 ；d為螺紋公稱直徑；
[0008]4)采用有限元計(jì)算螺栓達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)的最大力矩M2 ；
[0009]5)比較M1和仏的大小，取小值作為閥門內(nèi)無密封要求和有密封要的緊固連接的最大力矩；
[0010]6)根據(jù)閥門內(nèi)有密封要求的緊固連接材料的最小密封比壓，獲得最小軸向密封力F=JiD.b.qmin ;式中D為密封墊片內(nèi)徑，b為密封墊片寬度，qmin為最小密封比壓；
[0011]7)根據(jù)密封結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，獲得最小預(yù)緊力為Q4=F+F';式中F'為氣體壓力、彈簧力和過載等產(chǎn)生的對(duì)螺紋的拉力；
[0012]8)根據(jù)力矩計(jì)算公式M3=kdQ4得到最小力矩M3 ;式中k為螺紋扭拉系數(shù)，范圍為
0.1-0.3 ；d為螺紋公稱直徑；
[0013]9)采用有限元計(jì)算最小力矩M4 ；
[0014]10)比較MjPM4的大小，取小值作為閥門內(nèi)有密封要求的緊固連接的最小力矩。[0015]所述步驟3)和步驟8)中螺紋扭拉系數(shù)k的值均取0.2。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)首次提出按密封要求對(duì)閥門緊固連接進(jìn)行分類的思路，對(duì)閥門緊固力矩計(jì)算流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0018](2)首次采用有限單元法和理論公式相結(jié)合的計(jì)算方法確定結(jié)構(gòu)剛度的最大力矩或保證密封的最小力矩，給出各緊固連接部位理論力矩范圍及公差。通過本方法得到的閥門緊固力矩值與生產(chǎn)單位反饋實(shí)測值一致性較好，有效解決了閥門緊固力矩主要由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的弊端。
[0019](3)首次提出閥門緊固力矩有限元計(jì)算準(zhǔn)則，根據(jù)閥門內(nèi)部緊固連接特點(diǎn)建立有限元模型，選擇適當(dāng)?shù)膯卧愋?，并定義合理接觸形式，有效的提高緊固力矩計(jì)算精度。通過閥門內(nèi)部緊固力矩分析方法，給出各緊固連接部位理論力矩范圍及公差，最后結(jié)合工廠實(shí)測值完成閥門內(nèi)部緊固力矩的確定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明無密封要求的緊固力矩計(jì)算流程圖。
[0021]圖2為本發(fā)明有密封要求的緊固力矩計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1、圖2所示，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0023]I)根據(jù)螺栓的許用軸向拉應(yīng)力確定最大預(yù)緊力
[0024]螺栓緊固件可按理論公式計(jì)算最大軸向預(yù)緊力為:
[0025]Q1=L σ JAy
[0026]其中[σ J為許用軸向拉應(yīng)力，Ay為螺栓的有效截面積。當(dāng)螺栓無螺紋部分直徑大于螺紋小徑時(shí)，Ay=0.25 π (d-0.937p)2，否則取直徑最小處的最小截面積。
[0027]d為螺紋公稱直徑，mm ；
[0028]ρ 為螺距，mm ;
[0029]2)根據(jù)螺牙彎曲應(yīng)力計(jì)算 得到最大軸向預(yù)緊力:
[0030]計(jì)算公式為:
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種閥門力矩量化確定方法，其特征在于步驟如下: 1)根據(jù)螺栓的許用軸向拉應(yīng)力確定最大預(yù)緊力Qi=[。JAy，式中[σJ為許用軸向拉應(yīng)力，Ay為螺栓的有效截面積；2)根據(jù)螺牙彎曲應(yīng)力計(jì)算得到最大軸向預(yù)緊力&式中σ w為螺牙彎曲應(yīng)力，η為螺紋圈數(shù)，W為單牙螺紋斷面系數(shù)，Xl為螺紋力臂； 3)比較Q1和Q2的大小，取小值記為Q3,根據(jù)力矩計(jì)算公式得到最大力矩M1=IcdQ3;式中k為螺紋扭拉系數(shù),范圍為0.1-0.3 ；d為螺紋公稱直徑； 4)采用有限元計(jì)算螺栓達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)的最大力矩M2； 5)比較M1和仏的大小，取小值作為閥門內(nèi)無密封要求和有密封要的緊固連接的最大力矩； 6)根據(jù)閥門內(nèi)有密封要求的緊固連接材料的最小密封比壓，獲得最小軸向密封力F=JiD.b.qmin ;式中D為密封墊片內(nèi)徑，b為密封墊片寬度，qmin為最小密封比壓； 7)根據(jù)密封結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，獲得最小預(yù)緊力為Q4=F+F';式中F,為氣體壓力、彈簧力和過載等產(chǎn)生的對(duì)螺紋的拉力； 8)根據(jù)力矩計(jì)算公式M3=kdQ4得到最小力矩M3； 9)采用有限元計(jì)算最小力矩M4； 10)比較M3和M4的大小，取小值作為 閥門內(nèi)有密封要求的緊固連接的最小力矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閥門力矩量化確定方法，其特征在于:所述步驟3)和步驟8)中螺紋扭拉系數(shù)k的值均取0.2。
【文檔編號(hào)】G01L5/24GK103487195SQ201310403387
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】高健, 石朝鋒, 王細(xì)波, 馬飛, 李娟娟, 崔景芝, 曾斌, 孫法國, 余鋒 申請(qǐng)人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院