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某水下卡箍连接器卡箍结构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u15383某水下卡箍连接器卡箍结构设计计算案例 1209751.1卡箍结构设计 187691.2卡箍受力分析 1141861.3螺栓的预紧力的计算及选型 2293141.4卡箍整体结构的有限元分析 2卡箍连接具有结构紧凑、密封可靠，加工、制造和安装较方便等明显优势。在高压容器及管道连接方面有较广泛的应用。1.1卡箍结构设计超高压容器常用的连接形式是卡箍连接，一般分为带齿和不带齿两种类型。带齿卡箍通过锯齿形螺纹承受轴向载荷实现连接，若螺纹强度足够，则密封的可靠性就可以得到保障；不带齿卡箍连接则依靠卡箍的斜面与法兰的斜面紧密配合来实现连接，并且卡箍需要具有足够的强度和一定的横截面积，在保证刚度的前提下，密封的可靠性也可以得到保障。本设计考虑到水中复杂工况，选择设计不带齿卡箍。卡箍通常由两片或者三片拼合而成，用于连接的螺栓仅用于连接，并且螺栓要求能够提供预紧状态下的预紧力，从而使被连接的两个斜面紧密接触，从而达到预紧状态。卡箍斜面的倾角一般为5~7°，小于摩擦角，因此连接器在工作时并不会增大卡箍上的轴向力，也基本不会改变螺栓的受力状态。本设计选用倾角为6°。1.2卡箍受力分析经过分析，卡箍施加的轴向力需要满足密封圈左端及右端所需要的轴向力，受力分析图如图1.7所示：图1.图1.7卡箍受力示意图图中Fa’为卡箍为法兰提供的轴向夹紧力，Fr’为卡箍为法兰提供的径向夹紧力，F’为合力。分析可得卡箍轴向力fa’与密封环所受轴向力Fa为相互作用力，则Fa’=52031.01794N。卡箍斜面倾角为6°，则Fr’=5468.785455N。1.3螺栓的预紧力的计算及选型分析过程如下：两个卡箍半环共承担密封环两端面上共两个密封接触面初始密封状态的建立，将两个卡箍半环简化为一个完整的卡箍环，密封环所需轴向力为Fa，则卡箍需要提供大小为Fa的力经由法兰传递至密封环，用于夹紧密封环两端的两个轴向夹紧力是大小相等，方向相反的关系，已经相互抵消。而对于卡箍而言，提供的两个径向夹紧力由于方向相同，则无法抵消，转而形成了合力。经过上述分析，螺栓在初始密封状态时需要提供2倍Fr’的预紧力，即10937.57091N。最终选用螺栓参数为11/8’’8UN，螺母选用与之配套的螺母即可。螺栓和螺母的制造材料需选用船用结构钢。1.4卡箍整体结构的有限元分析（1）网格划分网格划分结果如图1.8所示图1.图1.8卡箍网格划分（2）卡箍应力分析卡箍应力分析图如图1.9所示图1.9图1.9卡箍应力分析图（3）有限元分析结果评估网格划分方面，网

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