尹振波等

摘 要：目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的自鎖螺母推出力測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)并不完善，推出力試驗(yàn)后產(chǎn)生的沿螺紋軸向的變形測(cè)量方法并不明確。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外推出力測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，提出了使用傳感器對(duì)變形量進(jìn)行測(cè)量的方法，并對(duì)比分析了三種不同的自鎖螺母推出力試驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：自鎖螺母；變形量；推出力

托板自鎖螺母是飛機(jī)中一種較為特殊的緊固件，是確保螺紋副順利連接的必要結(jié)構(gòu)，托板自鎖螺母屬于單面連接緊固件，適用于狹窄部位或封閉結(jié)構(gòu)[1]。通常情況下，托板自鎖螺母分為固定托板自鎖螺母和游動(dòng)托板自鎖螺母，螺母一般是通過(guò)托板結(jié)構(gòu)上的鉚釘孔鉚接在被連接的部位上。目前，國(guó)外還出現(xiàn)了擠壓式和粘接式的游動(dòng)托板螺母，這樣在被連接件上就無(wú)需打上固定托板的鉚釘孔，這樣不僅省時(shí)省力，還能提高被連接件的疲勞壽命。

推出力試驗(yàn)是托板自鎖螺母的一項(xiàng)典型試驗(yàn)。推出力是指螺栓擰入時(shí)螺母所受的軸向力，在產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的推出力范圍內(nèi)，試樣不能出現(xiàn)任何裂紋和破壞，游動(dòng)托板螺母不應(yīng)脫離其支架，試樣的任何軸向變形應(yīng)小于產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定值[2]。推出力試驗(yàn)見(jiàn)圖1所示。

目前國(guó)內(nèi)外均有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)托板自鎖螺母的推出力測(cè)量方法進(jìn)行規(guī)定，但在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于推出力試驗(yàn)后螺母沿螺紋軸向變形量的測(cè)量方法并未說(shuō)明試驗(yàn)操作過(guò)程，而且在試驗(yàn)過(guò)程中，變形量的測(cè)量往往被忽略。分析現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外托板自鎖螺母的推出力測(cè)量方法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出將傳感器法應(yīng)用于變形量的測(cè)量，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況

國(guó)外自鎖螺母推出力測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1所示。

國(guó)內(nèi)自鎖螺母推出力測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2所示。

ISO 5858和ISO 7481規(guī)定成組游動(dòng)螺母和托板螺母（角形螺母和單耳托板螺母除外）需進(jìn)行推出力試驗(yàn)，螺母應(yīng)能承受擰入過(guò)程中產(chǎn)生的軸向載荷，同時(shí)不產(chǎn)生裂紋，沿螺紋軸向的變形應(yīng)小于0.8mm，并應(yīng)使標(biāo)準(zhǔn)螺栓手動(dòng)旋入一圈。試驗(yàn)前通過(guò)鉚釘或螺栓將螺母固定在試驗(yàn)夾層上，通過(guò)球形推桿對(duì)螺母施加軸向推出力，或者通過(guò)將試驗(yàn)螺栓擰入螺母并對(duì)螺栓施加軸向推出力；卸除軸向載荷，檢查螺母是否破壞，并通過(guò)塞尺檢查螺母沿螺紋軸向的變形是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)中鉚釘和螺栓的變形不應(yīng)判斷為螺母破壞。

NASM 1312-22規(guī)定的推出力試驗(yàn)方法與ISO 7481基本相同，不同之處在于螺母是通過(guò)NASM20426AD鉚釘固定在試驗(yàn)夾層上，螺母沿螺紋軸向的變形是通過(guò)精度0.0005in的百分表實(shí)現(xiàn)。

NASM 25027規(guī)定的推出力試驗(yàn)方法與ISO 7481相似，不同之處在于螺柱或頂出裝置應(yīng)具有一個(gè)直徑至少等于螺紋直徑+0.03in的半球形頭部。

AS 4393和AS 5878規(guī)定的推出力試驗(yàn)方法與ISO 7481相似，但標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有要求對(duì)螺母沿螺紋軸向的變形進(jìn)行檢查，只是要求經(jīng)過(guò)推出力試驗(yàn)后，螺母仍然可用。

GJB 715.4規(guī)定的推出力試驗(yàn)方法與ISO 7481相似，不同之處在于螺母是通過(guò)LY12或其他鋁合金沉頭鉚釘固定在試驗(yàn)夾層上。

GJB 3580、HB 7595、HB7686與ISO 5858規(guī)定的推出力試驗(yàn)方法基本一樣，但是推出力試驗(yàn)后用標(biāo)準(zhǔn)螺栓旋入一圈這一點(diǎn)上，未提到手動(dòng)。另外HB 7595規(guī)定的不進(jìn)行推出力試驗(yàn)的螺母為角形螺母和單耳單孔托板螺母。

從國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中的推出力試驗(yàn)方法基本一致，差別在于螺母的固定方式、試驗(yàn)芯棒的選擇、變形量的檢測(cè)和試驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)螺栓的擰入方式等。其中變形量的檢測(cè)在標(biāo)準(zhǔn)中并未進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，變形量檢測(cè)工具主要有塞尺和百分表，塞尺測(cè)量操作方便，但是不能精確得出數(shù)值；百分表檢測(cè)操作過(guò)程復(fù)雜，工裝設(shè)計(jì)難度較大。針對(duì)這些問(wèn)題，作者提出利用傳感器法檢測(cè)變形量，不僅試驗(yàn)精度較高，操作也相對(duì)簡(jiǎn)便。

2 推出力試驗(yàn)過(guò)程

推出力試驗(yàn)按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行，試驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖2：

從圖2可知，通過(guò)墊塊將試驗(yàn)螺栓、被試螺母和位移傳感器進(jìn)行裝配，試驗(yàn)過(guò)程如下：

2.1 將托板自鎖螺母按相應(yīng)的安裝程序安裝在規(guī)定的試驗(yàn)夾層上。

2.2 將安裝好的組合件固定在試驗(yàn)工裝上。

2.3 將位移傳感器置于試驗(yàn)螺栓或半球形頭部下方，使其接觸，初始位移量為S1。

2.4 通過(guò)螺栓沿軸向?qū)β菽甘┘訕?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)載荷。

2.5 卸掉軸向載荷，此時(shí)位移量為S2，檢查螺母破壞情況并做記錄。

2.6 取標(biāo)準(zhǔn)螺栓手動(dòng)擰入螺母，檢查是否可以旋入一圈。

托板自鎖螺母的變形量為（S2-S1），其中位移傳感器由Solartron Metrology制造。

3 對(duì)比試驗(yàn)分析

取三種典型托板自鎖螺母進(jìn)行推出力試驗(yàn)，如圖3-圖5所示。圖3所示雙耳雙孔托板自鎖螺母通過(guò)鋁合金鉚釘固定在試驗(yàn)夾層上；圖4所示擠壓式無(wú)鉚游動(dòng)托板自鎖螺母通過(guò)托板下方的齒型外壁擠壓試驗(yàn)夾層實(shí)現(xiàn)固定；圖5所示粘接式游動(dòng)托板自鎖螺母通過(guò)膠粘劑CB200固定在試驗(yàn)夾層上。

三種螺母的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3所示：

對(duì)三種螺母進(jìn)行推出力試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖6所示：

從圖6可知，被試螺母固定在試驗(yàn)夾層上；試驗(yàn)夾層和傳感器通過(guò)墊塊來(lái)支撐；傳感器通過(guò)頂絲固定；試驗(yàn)機(jī)通過(guò)螺栓對(duì)螺母施加推出力，最后的變形量值通過(guò)傳感器自帶的軟件進(jìn)行讀取。

針對(duì)A、B、C型三種螺母，各取5件進(jìn)行推出力試驗(yàn)，三種螺母均能承受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理論載荷，并且試驗(yàn)后均能讓標(biāo)準(zhǔn)螺栓旋入一圈，三種螺母推出力試驗(yàn)后變形量見(jiàn)圖7所示。

由上述試驗(yàn)可知，三種螺母推出力試驗(yàn)后變形量均小于標(biāo)準(zhǔn)理論值要求，雙耳雙孔螺母和粘接式螺母推出力試驗(yàn)后的變形量較小，擠壓式螺母的變形量略大。

從三種螺母的連接形式來(lái)看，粘接式螺母綜合了其余兩種螺母的優(yōu)點(diǎn)，既無(wú)需在夾層上鉆孔，推出力試驗(yàn)后的變形量也較小。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于推出力試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)差別不大，但對(duì)于變形量檢測(cè)的方法均沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明，標(biāo)準(zhǔn)中僅提到使用塞尺或百分表進(jìn)行測(cè)量。

4.2 傳感器法應(yīng)用于變形量的檢測(cè)，既簡(jiǎn)便又可以精確測(cè)量變形量的大小。

4.3 粘接式緊固件性能良好，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)航空緊固件的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]航天精工有限公司.緊固件概論[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2014：28.

[2]GJB715.4，緊固件試驗(yàn)方法托板自鎖螺母推出[S].

作者簡(jiǎn)介：尹振波（1985-），男，碩士，工程師，研究方向：標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)及應(yīng)用研究。