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        A型前鎖緊裝置擰緊力矩研究

        2020-01-20 05:30:30李曉明焦超鋒劉冰野任康
        科技風(fēng) 2020年22期
        關(guān)鍵詞:李曉明電子設(shè)備螺桿

        李曉明 焦超鋒 劉冰野 任康

        摘要:目前的A型前鎖緊裝置一般采用徒手或者用工具擰緊,沒(méi)有進(jìn)行定力矩操作,存在擰緊力矩過(guò)小或過(guò)大的可能。力矩過(guò)小會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備與安裝架之間產(chǎn)生碰撞,無(wú)法實(shí)現(xiàn)可靠的結(jié)構(gòu)互聯(lián);力矩過(guò)大會(huì)導(dǎo)致前鎖緊裝置中的螺桿斷裂風(fēng)險(xiǎn)增加,同樣也會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)定位和互聯(lián)失效。因此,需要研究并設(shè)定前鎖緊裝置的擰緊力矩,以提高電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)互聯(lián)可靠性。

        關(guān)鍵詞:A型前鎖緊;擰緊力矩

        1 緒論

        隨著時(shí)間的推移,國(guó)內(nèi)外機(jī)載電子設(shè)備的封裝形式持續(xù)發(fā)展,新封裝體系不斷出現(xiàn)。但GJB441規(guī)定的ATR封裝形式,仍然是電子設(shè)備結(jié)構(gòu)封裝的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。GJB441標(biāo)準(zhǔn)給定的A型前鎖緊裝置,為滿足外場(chǎng)徒手拆裝的需要,其前端一般設(shè)計(jì)為滾花狀態(tài),安裝時(shí)采用徒手或者用工具擰緊,沒(méi)有進(jìn)行定力矩操作,存在擰緊力矩過(guò)小或過(guò)大的可能,力矩過(guò)小會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備無(wú)法可靠固定;力矩過(guò)大會(huì)導(dǎo)致螺桿斷裂風(fēng)險(xiǎn)增加,同樣會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的定位失效。因此,需要研究并設(shè)定前鎖緊裝置的擰緊力矩,以滿足結(jié)構(gòu)可靠互連的需要。

        2 設(shè)定原則

        為了保證前鎖緊裝置擰緊且安全可靠,給定的前鎖緊裝置的擰緊力矩的設(shè)定原則如下:最大值:不影響結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)度,根據(jù)現(xiàn)有論文及研究結(jié)論,在最大預(yù)緊時(shí),碳鋼零件中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)控制在材料屈服極限的60%~70%;最小值:應(yīng)保證有足夠的預(yù)緊力,確保在沖擊等條件下,電子設(shè)備和安裝架之間不能產(chǎn)生松脫間隙進(jìn)而導(dǎo)致碰撞。前鎖緊裝置的安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        3 擰緊力矩計(jì)算

        試驗(yàn)表明,在前鎖緊裝置中,應(yīng)力最大的一般是前鎖緊中的螺桿,該螺桿采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti材質(zhì),外螺紋為M8規(guī)格,兩側(cè)加工為平面,平面間距為5。因此,前鎖緊裝置的擰緊力矩,主要針對(duì)螺桿展開(kāi)。

        3.1 螺桿在線性變形范圍內(nèi)的最大承載力F可用公式(1)表達(dá)

        F=σ0.2×As(1)

        截面尺寸式(1)中σ0.2,根據(jù)GB/T 12211992,其屈服極限要求≥205Mpa。

        式(1)中As為螺桿的受力截面積,按照GB/T 3098.62000規(guī)定,M8×1.25粗牙螺紋的應(yīng)力截面積為36.6mm2,因此,可以計(jì)算得到M8螺桿的應(yīng)力半徑為3.41mm。螺桿的受力截面如圖2中陰影區(qū)域所示。因此,可計(jì)算圖中陰影區(qū)域的面積As=30.77mm2。

        前鎖緊螺桿的可承載的最大預(yù)緊力計(jì)算如下:

        F=σ0.2×As

        =205×30.77

        =6307.85(N)

        3.2 螺桿可施加的擰緊力矩

        螺桿可施加的擰緊力矩可按公式2進(jìn)行計(jì)算。

        M=K×d×F(2)

        式(2)其中K是擰緊力矩系數(shù),對(duì)于一般加工表面,無(wú)潤(rùn)滑的表面,擰緊力矩系數(shù)選擇0.18~0.21[1],因此,取中值K=0.195。式(2)中的d表示螺桿直徑,本前鎖緊中,螺桿直徑d=8。式(2)中F為設(shè)定的預(yù)緊力;對(duì)于碳鋼螺釘,F(xiàn)=(0.60.7)σs×As。對(duì)于合金鋼螺釘,F(xiàn)=(0.50.6)σs×As[2]。

        螺桿是不銹鋼1Cr18Ni9Ti,應(yīng)屬于碳鋼螺釘,故而取中值0.65。

        因此,擬實(shí)施的擰緊力計(jì)算如下:

        F=0.65×6307.85=4100.1(N)

        因此,擬施加在前鎖緊鎖輪上的力扭矩計(jì)算如下:

        M=K×d×F[3]=0.195×8E3×4100.1=6.40(Nm)

        4 驗(yàn)證情況

        為了證實(shí)6.4Nm擰緊力矩是否能夠有效擰緊前鎖緊裝置,特安排進(jìn)行了擰緊力矩測(cè)試,測(cè)試過(guò)程分為以下兩個(gè)部分。(1)以往擰緊力矩的驗(yàn)證。模仿以往的安裝方法,用以往的普通工具擰緊前鎖緊裝置,再用力矩扳手去擰緊進(jìn)行等效測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示:原先用普通工具擰緊的前鎖緊裝置,等效的擰緊力矩約為5.0Nm,若用6.4Nm的力矩可以再旋入約15°。這足以說(shuō)明以往用普通工具擰緊的力矩比6.4Nm小。那么,采用6.4Nm擰緊的前鎖緊,應(yīng)不會(huì)比以往的結(jié)構(gòu)互聯(lián)強(qiáng)度低。(2)設(shè)定力矩的驗(yàn)證。假設(shè)6.4Nm的擰緊力矩是正確的,那么,用比設(shè)定力矩大1.5倍的力矩進(jìn)行擰緊,即:6.4×1.5=96Nm的力矩進(jìn)行擰緊,具體如圖3所示。擰緊保持10分鐘,然后松開(kāi),檢查前鎖緊組件的螺紋副。發(fā)現(xiàn)螺紋副相關(guān)零件自由轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,內(nèi)、外螺紋均沒(méi)有變形和損壞痕跡。這說(shuō)明采用9.6Nm的力矩?cái)Q緊后,螺桿尚未達(dá)到其屈服極限。因此,采用更小的6.4Nm的擰緊力矩進(jìn)行操作,螺桿式安全的。

        5 研究結(jié)論

        通過(guò)研究前鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)形式,結(jié)合以往螺紋擰緊方面的研究成果,通過(guò)理論計(jì)算,給出了GJB441中A型前鎖緊裝置的擰緊力矩,并經(jīng)過(guò)樣件制作和實(shí)際操作驗(yàn)證,證明了給定力矩的可行性,其連接強(qiáng)度高于以往的擰緊方式,采用此擰緊力矩,可提高A型前鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)互聯(lián)可靠性,可以在后續(xù)操作中推廣和應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]趙蘊(yùn)懿,李金萍.螺釘裝配及防松技術(shù)[J].航天制造技術(shù),2008(10).

        [2]張振華,應(yīng)秉斌,矯明.螺栓擰緊力矩的確定方法及相關(guān)探討[J].化學(xué)工程與裝備,2009.

        [3]焦超鋒,張豐華,吳慧,李曉明.預(yù)緊條件下的前緊定裝置連接安全性研究[J].航空計(jì)算技術(shù),2018,48(5).

        作者簡(jiǎn)介:李曉明(1989—),男,山西運(yùn)城人,工程師,主要研究方向?yàn)闄C(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

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