本发明涉及一种活塞式高压拉伸液压螺母。
背景技术：
机械设备安装过程中，对于一些大型设备的固定，常常需要使用大尺寸的螺栓和螺母，以保证零部件有较高的连接固定强度。如：齿轮箱中分面、轴承座连接螺栓、各类设备地脚以及一些大型零部件的固定连接螺栓。这类螺栓和螺母安装的要点则主要是对其预紧力的控制。
目前常用的螺栓紧固方法主要有以下几类：
1、力矩法：适用液压扳手等工具按给定的力矩对螺栓进行紧固，以获得必要的预紧力；
2、螺母转角法：当螺母与被联接件贴紧后，再使螺母转过一定角度以获得必要的预紧力；
3、测量螺栓伸长法：使用液压拉拔器拉拔或使用专用的电加热棒加热使螺栓膨胀，使螺栓伸长，然后以测量仪器测量螺栓的弹性伸长量，达到控制其预紧力的目的。
以上三类方法中无论那一种，其原理都是使螺栓在其弹性极限内伸长，利用螺栓材料伸长时的应变产生的弹性应力，使螺栓达到预紧的目的。而在这几类方法的实施过程中，均需使用大量的专用工器具，如：液压扳手、拉拔器、电加热棒、高压油泵等；而且，在使用上述方法对螺栓进行紧固后，螺栓的拆卸也变得相当困难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种活塞式高压拉伸液压螺母，本液压螺母可替代通常使用的普通螺母，以满足机械设备安装过程中对大型螺栓的预紧要求，同时避免了大量工器具的使用，也为螺栓的拆卸提供便利。
为解决上述技术问题，本发明活塞式高压拉伸液压螺母包括拉伸螺母、高压油管接口、活塞、两个环形密封件、锁紧螺母、哈夫垫块和螺母垫圈，所述拉伸螺母内圈为阶梯形，所述拉伸螺母的阶梯形肩部沿轴向突出一圆环，所述圆环内圈与轴向平行，所述圆环外圈是一斜面，所述圆环壁顶部厚度小于底部厚度，所述拉伸螺母设有所述圆环一端的外圈设有外螺纹，所述拉伸螺母侧面设有联通所述拉伸螺母阶梯形肩部的孔道，所述孔道连接所述高压油管接口，所述锁紧螺母柠于所述拉伸螺母的外螺纹上，所述活塞一端设有与所述拉伸螺母内圈圆环形状匹配的环形凹槽，所述活塞位于所述拉伸螺母设有圆环的内圈并突出圆环与环形凹槽重合，所述两个密封件分别位于所述活塞外圈与拉伸螺母内圈之间以及所述突出圆环与环形凹槽与轴向平行的接触面之间，所述螺母垫圈位于所述拉伸螺母底部，所述哈夫垫块套于所述活塞外圈并位于所述拉伸螺母与螺母垫圈之间。
上述圆环外圈斜面与轴向的角度可设为25度。
由于本发明活塞式高压拉伸液压螺母采用了上述技术方案，即在拉伸螺母内圈设为阶梯形，阶梯形肩部沿轴向突出一圆环，圆环内圈与轴向平行，圆环外圈为斜面，拉伸螺母外侧面至阶梯形肩部设有连接高压油管接口的孔道，拉伸螺母外圈底部设有螺纹，锁紧螺母柠于拉伸螺母底部螺纹上，活塞一端设有形状与拉伸螺母圆环匹配的环形凹槽，活塞位于拉伸螺母内并圆环与凹槽重合，活塞外圈与拉伸螺母内圈之间以及圆环与凹槽同轴向平行的接触面之间分别设有环形密封件，螺母垫圈设于拉伸螺母底部，哈夫垫块套于活塞外圈并位于拉伸螺母与螺母垫圈之间；本液压螺母可替代通常使用的普通螺母，以满足机械设备安装过程中对大型螺栓的预紧要求，同时避免了大量工器具的使用，也为螺栓的拆卸提供便利。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明活塞式高压拉伸液压螺母的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明活塞式高压拉伸液压螺母包括拉伸螺母2、高压油管接口7、活塞3、两个环形密封件8、锁紧螺母4、哈夫垫块5和螺母垫圈6，所述拉伸螺母2内圈为阶梯形，所述拉伸螺母的阶梯形肩部23沿轴向突出一圆环21，所述圆环21内圈与轴向平行，所述圆环21外圈是一斜面，所述圆环21壁顶部厚度小于底部厚度，所述拉伸螺母2设有所述圆环21一端的外圈设有外螺纹，所述拉伸螺母2侧面设有联通所述拉伸螺母阶梯形肩部23的孔道22，所述孔道22连接所述高压油管接口7，所述锁紧螺母4柠于所述拉伸螺母2的外螺纹上，所述活塞3一端设有与所述拉伸螺母2内圈圆环21形状匹配的环形凹槽，所述活塞3位于所述拉伸螺母2设有圆环21的内圈并圆环21与环形凹槽重合，所述两个密封件8分别位于所述活塞3外圈与拉伸螺母2内圈之间以及所述突出圆环21与环形凹槽与轴向平行的接触面之间，所述螺母垫圈6位于所述拉伸螺母2底部，所述哈夫垫块5套于所述活塞3外圈并位于所述拉伸螺母2与螺母垫圈6之间。
上述圆环21外圈斜面与轴向的角度可设为25度。
上述螺母垫圈6和活塞3套入螺栓1上，所述拉伸螺母2拧于螺栓1。
本发明活塞式高压拉伸液压螺母在拉伸螺母内圈设为阶梯形，阶梯形肩部沿轴向突出一圆环，圆环内圈与轴向平行，圆环外圈为斜面，拉伸螺母外侧面至阶梯形肩部设有连接高压油管接口的孔道，拉伸螺母外圈底部设有螺纹，锁紧螺母柠于拉伸螺母底部螺纹上，活塞一端设有形状与拉伸螺母圆环匹配的环形凹槽，活塞位于拉伸螺母内并圆环与凹槽重合，活塞外圈与拉伸螺母内圈之间以及圆环与凹槽同轴向平行的接触面之间分别设有环形密封件，螺母垫圈设于拉伸螺母底部，哈夫垫块套于活塞外圈并位于拉伸螺母与螺母垫圈之间。
本液压螺母的安装过程，首先将需紧固的螺栓螺纹清理干净；将螺母垫圈和活塞套入螺栓；锁紧螺母拧入拉伸螺母的外螺纹后将拉伸螺母拧于螺栓上，按照螺栓要求的紧固力矩计算螺栓理论伸长量，并加工相应厚度的哈夫垫块；使用高压油泵通过高压油管接口向液压螺母中打入液压油，此时拉伸螺母与活塞间产生相对位移并将螺栓拉伸；待螺栓拉伸到规定长度后，将哈夫垫块安装到拉伸螺母与螺母垫圈之间；撤去高压油泵压力，将锁紧螺母锁紧防止哈夫垫块移位；完成上述紧固工作后，将拉伸螺母孔道使用闷头堵死，螺母整体加罩壳保护，防止污染。
本液压螺母的主要工作原理为：液压螺母组装好后通高压油，在压力较低(＜40MPa)时，由于密封的作用高压油进入液压螺母后保持在螺母两道密封之间。通过圆环斜面的作用将液压油压力产生两个分力，一个是沿着螺栓长度方向的轴向力，另一个是垂直于螺栓长度方向的径向力。在轴向力的作用下，活塞与拉伸螺母发生相对运动，螺栓长度被拉伸，当伸长量达到紧固力矩要求后，在拉伸螺母与螺母垫圈之间安装预先加工好的哈夫垫块，使螺栓伸长变形不能恢复，从而达到螺栓预紧的目的。在径向力的作用下，由于拉伸螺母与活塞的密封面存在间隙，拉伸螺母与活塞发生径向的微量位移，消除密封面间隙，增加密封面密封性能；当压力逐渐增大时(＞40MPa)，拉伸螺母与活塞的斜面部位发生微变形，使密封面紧密结合，通过对接触面表面粗糙度的要求，使密封面形成机械形式密封，保证液压螺母在高压下的密封性能。通过上述两方面的作用，通过高压力实现螺栓的预紧。
本液压螺母中，螺栓的伸长量，即哈夫垫片的厚度可通过如下公式计算：
P=M/0.2dπL·(D1+D2)/2·sinα]]>
式中：ΔL：螺栓伸长量
M：螺栓要求紧固力矩
d：螺栓的中径
L：螺栓原始长度
AS：螺栓有效截面积
E：螺栓材料弹性模量(对于钢铁材料，可取206×109Pa)高压油泵输入压力可通过如下公式计算：
P=M/0.2dπL·(D1+D2)/2·sinα]]>
其中：M：螺栓要求紧固力矩
d：螺栓的中径
D1：圆环内径
D2：活塞外径
L：圆环斜面长度
α：圆环斜面与轴向的夹角
本液压螺母中，圆环斜面角度α的选择至关重要，其需考虑：
(1)高压油压力通过α角度的斜面作用，加强螺母密封性能：高压泵输入的液压油压力作用在斜面上，在螺母的径向产生分力，使活塞与螺母装有密封件的两个接触面紧密贴合，增强螺母密封面的密封性能。
(2)同时在这个力的作用下，活塞和拉伸螺母上的斜面部分在其材料弹性极限内发生微量弹性变形，使得螺母密封面结合更加紧密，因此，需要保证一定的径向力；而在液压油压力释放掉之后，弹性变形又要可恢复，不能对螺母本身造成损伤。综合上述两点，α角度应选择在一个合适的范围内。
通过反复试验，对于钢铁材料，选用α角度为20°，在此角度下，使用极限耐受压力为40MPa的普通密封件可实现高达200MPa的密封性能。