托板自鎖螺母推出力試驗研究

尹振波等

摘 要：目前國內(nèi)現(xiàn)有的自鎖螺母推出力測量方法標(biāo)準(zhǔn)并不完善，推出力試驗后產(chǎn)生的沿螺紋軸向的變形測量方法并不明確。通過對國內(nèi)外推出力測量方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，提出了使用傳感器對變形量進(jìn)行測量的方法，并對比分析了三種不同的自鎖螺母推出力試驗結(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托板自鎖螺母，螺母一般是通過托板結(jié)構(gòu)上的鉚釘孔鉚接在被連接的部位上。目前，國外還出現(xiàn)了擠壓式和粘接式的游動托板螺母，這樣在被連接件上就無需打上固定托板的鉚釘孔，這樣不僅省時省力，還能提高被連接件的疲勞壽命。

推出力試驗是托板自鎖螺母的一項典型試驗。推出力是指螺栓擰入時螺母所受的軸向力，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]。推出力試驗見圖1所示。

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

1 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況

國外自鎖螺母推出力測量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1所示。

國內(nèi)自鎖螺母推出力測量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。

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

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

NASM 25027規(guī)定的推出力試驗方法與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)定的推出力試驗方法與ISO 7481相似，但標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求對螺母沿螺紋軸向的變形進(jìn)行檢查，只是要求經(jīng)過推出力試驗后，螺母仍然可用。

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

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

從國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況來看，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中的推出力試驗方法基本一致，差別在于螺母的固定方式、試驗芯棒的選擇、變形量的檢測和試驗后標(biāo)準(zhǔn)螺栓的擰入方式等。其中變形量的檢測在標(biāo)準(zhǔn)中并未進(jìn)行詳細(xì)的說明，變形量檢測工具主要有塞尺和百分表，塞尺測量操作方便，但是不能精確得出數(shù)值；百分表檢測操作過程復(fù)雜，工裝設(shè)計難度較大。針對這些問題，作者提出利用傳感器法檢測變形量，不僅試驗精度較高，操作也相對簡便。

2 推出力試驗過程

推出力試驗按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的試驗規(guī)范進(jìn)行，試驗示意圖見圖2：

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

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

2.2 將安裝好的組合件固定在試驗工裝上。

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

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

2.5 卸掉軸向載荷，此時位移量為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 對比試驗分析

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

三種螺母的技術(shù)參數(shù)見表3所示：

對三種螺母進(jìn)行推出力試驗，試驗過程見圖6所示：

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

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

由上述試驗可知，三種螺母推出力試驗后變形量均小于標(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看，粘接式螺母綜合了其余兩種螺母的優(yōu)點，既無需在夾層上鉆孔，推出力試驗后的變形量也較小。

4 結(jié)束語

4.1 國內(nèi)外關(guān)于推出力試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)差別不大，但對于變形量檢測的方法均沒有詳細(xì)說明，標(biāo)準(zhǔn)中僅提到使用塞尺或百分表進(jìn)行測量。

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

4.3 粘接式緊固件性能良好，或?qū)⒊蔀槲磥砗娇站o固件的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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

[2]GJB715.4，緊固件試驗方法托板自鎖螺母推出[S].

作者簡介：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。