A型前鎖緊裝置擰緊力矩研究

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，沒有進行定力矩操作，存在擰緊力矩過小或過大的可能。力矩過小會導致電子設備與安裝架之間產生碰撞，無法實現可靠的結構互聯;力矩過大會導致前鎖緊裝置中的螺桿斷裂風險增加，同樣也會導致電子設備的結構定位和互聯失效。因此，需要研究并設定前鎖緊裝置的擰緊力矩，以提高電子設備的結構互聯可靠性。

關鍵詞：A型前鎖緊;擰緊力矩

1 緒論

隨著時間的推移，國內外機載電子設備的封裝形式持續發展，新封裝體系不斷出現。但GJB441規定的ATR封裝形式，仍然是電子設備結構封裝的主要標準之一。GJB441標準給定的A型前鎖緊裝置，為滿足外場徒手拆裝的需要，其前端一般設計為滾花狀態，安裝時采用徒手或者用工具擰緊，沒有進行定力矩操作，存在擰緊力矩過小或過大的可能，力矩過小會導致電子設備無法可靠固定;力矩過大會導致螺桿斷裂風險增加，同樣會導致電子設備的定位失效。因此，需要研究并設定前鎖緊裝置的擰緊力矩，以滿足結構可靠互連的需要。

2 設定原則

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定原則如下：最大值：不影響結構連接的強度，根據現有論文及研究結論，在最大預緊時，碳鋼零件中產生的應力應控制在材料屈服極限的60%～70%;最小值：應保證有足夠的預緊力，確保在沖擊等條件下，電子設備和安裝架之間不能產生松脫間隙進而導致碰撞。前鎖緊裝置的安裝結構如圖1所示。

3 擰緊力矩計算

試驗表明，在前鎖緊裝置中，應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，外螺紋為M8規格，兩側加工為平面，平面間距為5。因此，前鎖緊裝置的擰緊力矩，主要針對螺桿展開。

3.1 螺桿在線性變形范圍內的最大承載力F可用公式（1）表達

F=σ0.2×As（1）

截面尺寸式（1）中σ0.2，根據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規定，M8×1.25粗牙螺紋的應力截面積為36.6mm2，因此，可以計算得到M8螺桿的應力半徑為3.41mm。螺桿的受力截面如圖2中陰影區域所示。因此，可計算圖中陰影區域的面積As=30.77mm2。

前鎖緊螺桿的可承載的最大預緊力計算如下：

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進行計算。

M=K×d×F（2）

式（2）其中K是擰緊力矩系數，對于一般加工表面，無潤滑的表面，擰緊力矩系數選擇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為設定的預緊力;對于碳鋼螺釘，F=（0.60.7）σs×As。對于合金鋼螺釘，F=（0.50.6）σs×As[2]。

螺桿是不銹鋼1Cr18Ni9Ti，應屬于碳鋼螺釘，故而取中值0.65。

因此，擬實施的擰緊力計算如下：

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算如下：

M=K×d×F[3]=0.195×8E3×4100.1=6.40（Nm）

4 驗證情況

為了證實6.4Nm擰緊力矩是否能夠有效擰緊前鎖緊裝置，特安排進行了擰緊力矩測試，測試過程分為以下兩個部分。（1）以往擰緊力矩的驗證。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行等效測量。測量結果顯示：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，應不會比以往的結構互聯強度低。（2）設定力矩的驗證。假設6.4Nm的擰緊力矩是正確的，那么，用比設定力矩大1.5倍的力矩進行擰緊，即：6.4×1.5=96Nm的力矩進行擰緊，具體如圖3所示。擰緊保持10分鐘，然后松開，檢查前鎖緊組件的螺紋副。發現螺紋副相關零件自由轉動靈活，內、外螺紋均沒有變形和損壞痕跡。這說明采用9.6Nm的力矩擰緊后，螺桿尚未達到其屈服極限。因此，采用更小的6.4Nm的擰緊力矩進行操作，螺桿式安全的。

5 研究結論

通過研究前鎖緊裝置的結構形式，結合以往螺紋擰緊方面的研究成果，通過理論計算，給出了GJB441中A型前鎖緊裝置的擰緊力矩，并經過樣件制作和實際操作驗證，證明了給定力矩的可行性，其連接強度高于以往的擰緊方式，采用此擰緊力矩，可提高A型前鎖緊裝置的結構互聯可靠性，可以在后續操作中推廣和應用。

參考文獻：

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

[2]張振華，應秉斌，矯明.螺栓擰緊力矩的確定方法及相關探討[J].化學工程與裝備，2009.

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

作者簡介：李曉明（1989—），男，山西運城人，工程師，主要研究方向為機載電子設備結構設計技術。