張理達(dá)，文 雯，張 杰，白振岳，郭建平

(西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

目前電子設(shè)備中廣泛使用螺紋連接，其適配性與可靠性十分重要。為避免螺釘松脫，實(shí)際使用時(shí)常采用較大擰緊力矩值，但由此帶來的鼓包變形問題常被忽視。由于機(jī)載設(shè)備對裝配精度的要求高，鼓包變形大而影響正常使用的問題十分突出。在初期設(shè)計(jì)階段，需要給出合理的擰緊力矩值，但一般采用經(jīng)驗(yàn)法確定，難以預(yù)測實(shí)際效果。筆者針對擰緊力矩影響的鼓包變形問題，研究了施加擰緊力矩下電子設(shè)備鼓包變形的仿真計(jì)算方法，對確定擰緊力矩使用值具有重要參考價(jià)值。

1 螺栓預(yù)緊力的理論計(jì)算

對于電子設(shè)備的螺紋連接，在一般條件下，施加的擰緊力矩并不會(huì)全部用于產(chǎn)生螺栓的預(yù)緊力用到電子設(shè)備上。產(chǎn)生的預(yù)緊力可以用公式(1)計(jì)算[1-2]：

T=KDF

(1)

式中：T為擰緊力矩大小，N·m；K為擰緊力矩系數(shù)；D為螺栓的公稱直徑，m；F為螺栓預(yù)緊力，N；K值是一個(gè)取決于表面連接條件例如材料、表面粗糙度等因素的變量，可以從表1獲得。

表1 不同表面條件下的擰緊力矩系數(shù)K值大小

2 某電子設(shè)備計(jì)算模型的建立[3-5]

針對某電子設(shè)備產(chǎn)品，先對其局部建立了由殼體、鉭電容、下墊板、上墊板、電容固定塊以及螺釘組成的仿真三維模型，再將其導(dǎo)入到ANSYS的Design Modeler中生成所需計(jì)算幾何模型如圖1 計(jì)算幾何模型所示。

接下來在Workbench中分別將LY12-BCZYU、6061鋁等材料屬性賦予到殼體、電容固定塊等零件中。并使用梁單元模型等效殼體與固定塊之間的螺紋連接，如圖2所示。

圖1 計(jì)算幾何模型 圖2 螺紋連接模型

最后采用Mechanical進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到該設(shè)備的有限元計(jì)算分析模型。

3 不同擰緊力矩下鼓包變形的有限元分析

使用Workbench靜力分析單元進(jìn)行該電子設(shè)備鼓包變形的有限元分析，首先對鉭電容處安裝螺釘施加不同的擰緊力矩，根據(jù)公式(1)等效成不同螺栓預(yù)緊力后，再將螺栓預(yù)緊力值作為邊界條件分別施加給該設(shè)備，最后進(jìn)行靜力有限元分析計(jì)算。得到該電子設(shè)備局部變形值結(jié)果如表2所列。

表2 某電子設(shè)備不同擰緊力矩下最大變形計(jì)算值

求解得到0.39 N·m擰緊力矩下的殼體變形云圖如圖3所示。

圖3 殼體變形云圖

由變形云圖可知?dú)んw最大變形鼓包位置在四個(gè)電容固定塊的中間偏右位置。其他力矩作用下變形值不同，位置基本相同。

4 不同擰緊力矩下鼓包變形的實(shí)際測量

使用三坐標(biāo)儀對該電子設(shè)備進(jìn)行不同擰緊力矩下最大鼓包變形值的實(shí)際測量，得到的最大殼體鼓包變形值結(jié)果如表3所列。

表3 某電子設(shè)備不同擰緊力矩下最大變形實(shí)測值

將最大變形值仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果進(jìn)行對比，如圖4所示。

圖4 不同擰緊力矩下殼體最大變形值

5 結(jié) 語

對圖4分析可知，仿真計(jì)算與實(shí)際測量的結(jié)果都表明，鉭電容安裝螺釘施加的擰緊力矩大小直接影響變形量，擰緊力矩越大，局部變形量越大。

對于該電子產(chǎn)品鉭電容附近的四個(gè)螺釘可選擇0.39 N·m作為擰緊力矩使用值，在保證安裝可靠的同時(shí)，最大鼓包變形量也在合理范圍內(nèi)。

對比分析仿真計(jì)算與實(shí)際測量結(jié)果誤差在15%以內(nèi)，故可認(rèn)為文中的仿真計(jì)算方法具有一定的可信性。

在設(shè)計(jì)初期階段可使用該仿真計(jì)算方法確認(rèn)擰緊力矩使用值是否會(huì)帶來鼓包變形大的問題，對設(shè)計(jì)初期確定擰緊力矩使用值具有重要參考價(jià)值。