康兆宗教授级高级工程师上海船厂船研所［200120］

《船舶工程》 2002年第1期 32-34页

关键词：联轴器 液压紧配螺栓 设计 工艺 中间锥套 船舶

摘要介绍了德国一种先进的带中间锥套的联轴器液压紧配螺栓，并从设计计算和制造工艺等

方面对其进行了论述和剖析。关键词联轴器螺栓紧配合中图分类号 TH131 . 7

概述

联轴器液压紧配螺栓是一种带有可扩张中间锥套的紧配螺栓，它由带斜锥的杆身和具有相应圆锥内孔的中间锥套以及 2只螺母组成，如图 1所示。

图 1联轴器液压紧配螺栓是近十多年来在国外造船工业乃至其它机械工业应用较多的一种紧配螺栓。它的出现是对传统的联轴器紧配（铰制）螺栓的工艺变革，具有下述优点： ⊕采用液压拉伸器装拆紧配螺栓，工艺简便快捷，取代了传统的“锤击”或“冷套”的紧配螺栓安装方法。 ⊕液压紧配螺栓拆卸后，其带斜锥的螺栓杆身、中间锥套内外圆以及联轴器内孔等配合部位均保持原有表面粗糙度，故可反复使用。避免了传统紧配螺栓一旦拆卸，即因配合部位“拉毛”而报废的缺陷。 ⊕螺栓靠其杆身的剪切力吸收联轴器扭矩的大部分，扭矩的小部分由螺栓组的预紧载荷所导致的法兰间摩擦力承担，预紧后的螺母不必单独锁紧。 ⊕液压紧配螺栓并不要求相配内孔有精确的公差和螺栓的配磨加工，对相配内孔的表面粗糙要求

也降低为 Ra3. 2，大大方便了内孔和螺栓的加工。螺栓和相配内孔可互换。螺栓和相配内孔间的间隙视螺栓直径的不同而在0.04～ 0.10mm内变化，故可手工推入和反复拆出。

上述中间锥套扩张式液压紧配螺栓于 2003年由我厂从德国引进，并于当年 6月成功地安装于为德国船东制造的 3万吨多用途货船上。近几年来先后获得了 GL、BRS、RINA、LR等国外的多家船级社的认可，已成功地使用在二十多艘各种类型船舶上。目前，该产品已开始向机械工业众多领域拓展应用。

1设计要点

中间锥套扩张式液压紧配螺栓是带有很高技术附加值的高技术产品，它的结构设计和有关参数、技术数据的确定和计算乃是产品开发中最重要的一环。

1.1材质和热处理

产品在技术设计中，由于其基本功能系通过液压拉伸器将螺栓沿轴向拉伸，使中间锥套在相配内孔中由间隙配合扩张成过盈配合而达到，故中间锥套和螺栓的材质选用是至关重要的。本例液压螺栓以具有高强度、高韧性和高的屈服极限的 40CrNiMo和 35CrMo来分别制造中间锥套和螺栓。

为获得上述较高的机械性能，热处理的选择亦是设计中的重要一环。液压螺栓中间锥套调质后的硬度为HB260～ 290，而螺栓则为调质HB290～ 315。即两者具有不同的硬度，以避免拉伸时粘着和拉毛。

1.2   结构设计产品的结构如图 2所示。产品系液压装拆的圆锥面过盈联接，为达到沿

轴向拉伸时中间锥套径向顺利扩张和拆卸进油时螺栓自然从锥套孔中松脱的技术要求，由轴向拉伸时径向力和轴向力的设计取值，因此这种螺栓组配合圆锥面的锥度 K为1:40～ 1:50。图 2所示的 D80 × 220螺栓组的配合锥度 K为 1:40。

螺栓锥部的油沟为螺旋槽。视螺栓锥部配合直径的大小，油槽宽度 b取为1.5～ 2.3mm，槽深 t为

1.2～ 1.5mm，槽距则为12～ 20mm。螺栓锥部两端环形油槽须加宽和深些。螺旋油槽的棱边两侧必须修圆，否则将有碍于高压油的排出。

为形成良好的过盈配合，中间锥套和螺栓锥部配合的表面粗糙度为 Ra0. 8，且接触均匀，接触面积不少于 80%。中间锥套外圆和联轴器内孔的表面粗糙度则分别为 Ra0.8和 Ra3.2。

1.3技术数据计算

液压紧配螺栓安装时中间锥套扩张后在相配法兰螺孔中过盈值 δ，根据螺孔直径的不同， δ取值一般在0.005～ 0.030mm之间。

安装压力的计算可根据材料力学中关于厚壁圆内外套筒的计算公式以及圆锥面过盈联接的工作原理和相关计算公式进行。

1.4螺纹预紧

为了增强螺栓组与联轴器法兰联接的刚性、紧密性和防松能力，液压紧配螺栓的螺母在旋配时必须预紧。预紧力的大小根据螺栓组受力和联接的工作要求而定，一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得大于其材料屈服极限 σ_s的 80%。本例中，螺栓的材料为 35CrMo，故预紧应力取值为其材料屈

服极限 σs的55%～ 57%。

实际操作中，可用液压拉伸器拉伸螺纹，待压力上升到设计值即拧紧螺母，液压拉伸器卸压后螺纹缩短即联接预紧。

2制造工艺

为实现联轴器液压紧配螺栓各项设计基本功能和安装后的正常使用，必须确保各零、部件的加工精度。中间锥套是典型的薄壁工件。由于其材质采用了 40CrNiMo，且调质HB260～ 290，又硬又韧，进一步增加了加工难度。但中间锥套尤其是其内孔的加工精度对液压紧配螺栓起着至关重要的作用，是零部件加工中最重要的一环。因此可采用专用夹具和内孔锥度检测塞规，并在磨加工中从砂轮的牌号、粒度到磨削用量等诸方面采用一系列措施，有效地保证中间锥套的形位公差符合图纸要求，并且其内孔与锥度塞规接触状况良好，接触面积不少于80%，内孔表面粗糙度达 Ra0 . 8。此外，内孔大端尺寸亦按图用锥度塞规予以严格控制，以确保与螺栓的互换性。螺栓杆身的加工精度亦十分重要。除了各部分尺寸按图加工外，应该还从以下各点予以控制：

（1）锥度。用专用锥度母量规检测，以使其与中间锥套内锥孔配合良好，接触均匀，接触面积大于 80%；

（2）锥部大端尺寸。严格按图磨加工，以使其与中间锥套配合后的轴向伸出量控制在图纸规定值范围内；（3）油槽。螺旋油槽的尺寸、两侧环形油槽的尺寸和轴向位置等必须严格控制，螺旋油槽各处棱边两侧必须修圆，由此形成合适的油封区域，以确保螺栓组拆卸功能的正常实现。

螺栓两端的螺纹可以采用滚压加工，从而大大提高了制造精度，确保了互换。同时亦极大地提高了螺纹表面的硬度（与车削螺纹相比，洛氏硬度提高 10度以上）和强度，确保了螺母预紧功能的实现。