螺纹强度校核公式
螺纹强度校核公式
国际上航空航天、消防救助和民用等诸多工业领域使用的储气瓶,正朝着工作压力高,储气量大并且更加安全可靠的方向发展。缠绕气瓶作为
国内外储气瓶的先进科学技术,较好地满足气瓶发展的需要。铝合金内胆作为缠绕气瓶的内衬,同普通的钢质内胆相比减轻了气瓶的重量,此外,铝
合金固有的氧化膜使该内胆具有较强的耐蚀性,延长了气瓶的使用寿命。
目前对该产品还没有相应的国家标准和行业标准,只有各企业制定的企业标准,企标中未能对内胆端部螺纹的强度提出明确计算方法。为了保
证安全,端部螺纹的强度需要进行校核计算。本文针对铝合金内胆端部螺纹的强度校核给出了3种计算方法。
1 计算方法简介
1.1 方法1
铝合金内胆端部内螺纹和螺塞外螺纹的旋合情况见图1,计算取值见图2。根据螺纹联接章节中螺纹牙强度校核的计算公式,内、外螺纹计算
公式分别如下:
(1)
其中,[τps] =0.5Rps (3)
[τp] =0.5Rp (4)
式中:τ内、τ外为螺纹承受的内、外切应力,MPa;
[τps]为瓶阀螺塞螺纹许用切应力,MPa;
[τp]为内胆端部螺纹许用切应力,MPa;
Rps为瓶阀螺塞材料的抗拉强度,MPa;
Rp为内胆材料的抗拉强度,MPa;
F为最大轴向载荷,N;
kz为载荷不均系数;
z为旋合螺纹牙数;
d1为外螺纹小直径,mm;
D为内螺纹大直径,mm;
d为螺纹公称直径,mm;
b为螺纹牙根部宽度,mm;
h为螺纹牙工作高度,mm;
普通螺纹的螺纹牙根部宽度b=0.87P(P为螺距)mm。
将式(1)～式(2)变化后得出内、外螺纹计算公式:
πDbz[τp]≥F(5)
πd1bz[τps]≥F(6)
当内胆端部开口处的内螺纹为直螺纹时, 直螺纹不少于6个螺距,并且在缠绕气瓶试验压力下,剪切安全系数不低于10,螺纹必须贯通
啮合紧密。可以理解为:计算的切应力至少为缠绕气瓶水压试验压力的10倍,即F=10PhA。由此得出内、外螺纹强度校核公式如下: kzπDbz[τp]≥10PhA (7)
kzπd1bz[τps]≥10PhA (8)
式中:Ph为缠绕气瓶水压试验压力,MPa;
A为内胆端面内螺纹开孔受压面积(取内螺纹的大径),mm2。
可以看出,式(7)～式(8)均和载荷不均系数kz有关。而对于大直径的螺纹,kz并不十分准确,所以式(7)和式(8)的计算结果为近似结果。内胆与
瓶阀螺塞螺纹紧密啮合,故而不考虑载荷不均情况,认为内胆与瓶阀螺塞连接载荷均匀分布。kz取值1,简化计算公式。
1.2 方法2
校核缠绕气瓶在最小安全系数(即气瓶爆破压力与工作压力之比)的情况下,内胆端部螺纹是否安全。试验压力为5/3倍设计工作压力,气瓶的
最小安全系数(爆破压力与工作压力之比)为3.4。
螺纹强度校核公式参见式(1)～式(8)。
1.3 方法3
计算依据: ①螺纹切应力许用值一般取0.5倍的抗拉强度值[4~5]。②根据内胆端部螺纹的受力状况和强度校核的原理,取内胆端部开口处为
直螺纹时,计算的切应力至少为缠绕气瓶水压试验压力的10倍。
由此得出,螺纹的强度校核必须同时满足下列公式:
0.5RpASn≥10PhA (9)
0.5RpsASs≥10PhA(10)
式中ASn为内胆端面内螺纹的最小切应力面积,mm2
ASs为螺塞外螺纹的最小切应力面积,mm2。
A为内胆端面内螺纹开孔受压面积(取内螺纹的大径),mm2。
根据螺纹切应力面积计算公式计算ASn、ASs。