幾種常見的緊固件預(yù)緊力控制形式在飛機(jī)維修中的應(yīng)用

朱寧

摘 要：文章介紹了幾種飛機(jī)維修中常見的緊固件預(yù)緊力控制形式和方法，對(duì)比討論了幾種預(yù)緊力控制形式之間的優(yōu)缺點(diǎn)，為飛機(jī)維修人員使用提供了參考。

關(guān)鍵詞：螺栓;預(yù)緊力;定力

在飛機(jī)制造與維修過程中，螺栓安裝是一種廣泛采用的連接形式，特定的螺栓連接都有相應(yīng)的定力要求。螺紋緊固件的緊固過程涉及扭力輸入和轉(zhuǎn)角的控制，以達(dá)到預(yù)期的預(yù)緊力。有許多方法可以使螺栓螺母安裝的被連接件連接部位達(dá)到一定的預(yù)載（預(yù)緊力）。預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件出現(xiàn)縫隙和相對(duì)的滑移。

1? ? 力矩扳手確定螺栓預(yù)緊力

在飛機(jī)維修工作中，使用最廣泛的方法是使用帶有指示或者限制扭矩的力矩扳手，按規(guī)定預(yù)設(shè)的力矩值擰緊安裝螺栓，并達(dá)到連接有限定扭矩緊固件的擰緊力矩。對(duì)于力矩值，在維修手冊(cè)中通常會(huì)給出一個(gè)范圍，定力時(shí)可以在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行取值，一般是取中間值。通常在手冊(cè)中給出的是擰緊螺帽的力矩范圍而不是擰緊螺栓頭的扭矩范圍，在有些情況下需要擰緊螺栓頭，這時(shí)擰緊螺栓頭的扭矩值應(yīng)為給出螺帽扭矩最大值的±10%。

使用力矩扳手控制預(yù)緊力測(cè)量工具相對(duì)容易，操作也比較簡(jiǎn)便，但是由于螺紋不可避免的存在制造誤差，螺栓本身可能會(huì)在使用中產(chǎn)生一些損傷和缺陷;批量裝配中涂敷潤(rùn)滑劑的多少及擰緊速度、溫度不相同等因素，摩擦阻力不能保持恒定，使用力矩扳手控制預(yù)緊力的連接精度可能會(huì)產(chǎn)生一定偏差。所以力矩扳手定力一般用在機(jī)體結(jié)構(gòu)中對(duì)軸向預(yù)緊力精度要求不高的連接位置[1]。

2? ? 高鎖螺栓和高鎖螺母連接確定預(yù)緊力

高鎖螺栓和高鎖螺母連接作為一種不可拆卸的永久連接，同時(shí)也是一種無需定力的連接形式。高鎖螺栓和高鎖螺母在飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中的應(yīng)用也極為廣泛。高鎖螺栓頂桿尾部鉆有內(nèi)六方孔，用于裝配時(shí)止動(dòng)銷插入，以防止擰螺母時(shí)螺栓隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。高鎖螺栓具有足夠的強(qiáng)度，能承受較大的剪切和擠壓載荷，具有良好的抗疲勞強(qiáng)度;能從單面緊固，一般用于鉚釘無法滿足強(qiáng)度要求、普通螺栓難以安裝的地方和要求緊固扭矩值嚴(yán)格并很少拆卸的位置。高鎖螺母是由保留和擰斷兩部分組成的一個(gè)整體零件，安裝后只存保留部分。安裝高鎖螺栓的擰緊力矩取決于高鎖螺母的擰斷力矩。

高鎖螺栓無需力矩扳手，裝配時(shí)已設(shè)置好螺母的擰緊力矩，只需將螺母擰斷即可，而且保證部件上數(shù)量眾多的高鎖螺栓能達(dá)到相同的預(yù)緊力，不會(huì)造成單獨(dú)連接的應(yīng)力集中，從而有利于部件的載荷分布、增加部件的疲勞壽命。

3? ? 預(yù)載指示墊圈安裝確定預(yù)緊力

預(yù)載指示（Preload Indicating，PLI）墊圈，可以用來控制螺栓的擰緊程度。這種墊圈由4個(gè)零件組成，兩個(gè)普通平墊圈，一個(gè)直徑較小而厚度較厚的內(nèi)圈和一個(gè)直徑較大而厚度較薄的外圈（內(nèi)環(huán)比外環(huán)略高）。由供應(yīng)商制造的PLI墊圈應(yīng)滿足供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。Standard Pressed Steel公司的規(guī)范是SPS-W-150。

在安裝高強(qiáng)度的抗拉螺栓時(shí)，為了提高疲勞壽命，應(yīng)將螺帽擰緊到要求的程度，對(duì)螺栓施加預(yù)緊的拉應(yīng)力。在螺帽或螺栓頭下使用預(yù)載指示墊圈可以對(duì)螺栓進(jìn)行定力。預(yù)載指示墊圈的工作原理為：在擰緊螺母時(shí)，內(nèi)圈受到壓力不斷被壓縮，直到屈服，并且厚度逐漸變薄，當(dāng)厚度降到外圈高度時(shí)，即表示螺栓的預(yù)緊力到達(dá)了設(shè)定值。使用者可以使用撥動(dòng)工具插入檢測(cè)孔，通過檢查外圈的移動(dòng)情況，進(jìn)而確定安裝是否正確到位。如外環(huán)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，說明螺栓已經(jīng)擰緊到要求的程度，螺栓定力結(jié)束。

PLI墊圈通常分為螺母端下的安裝PLI墊圈和螺栓頭下的安裝PLI墊圈。螺母端下的PLI墊圈是在螺栓上放一個(gè)平墊圈，再加內(nèi)外PLI墊圈，在螺栓上放第2個(gè)平墊圈;螺栓頭下的PLI墊圈是在螺栓上放埋頭墊圈，墊圈的埋頭一側(cè)緊挨螺栓頭部，再加上內(nèi)外PLI墊圈及平墊圈。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)螺栓的長(zhǎng)度，可按需使用附加的間隙墊圈，以避免擰到螺桿上的螺紋根部。在這種情況下，允許使用2個(gè)附加墊圈。在螺栓長(zhǎng)度增量大于1/16英寸的特殊情況下，允許使用3個(gè)墊圈。在擰緊螺母或螺栓的同時(shí)，使用撥動(dòng)工具旋轉(zhuǎn)外PLI墊圈，當(dāng)PLI外墊圈不再移動(dòng)時(shí)，就獲得了要求的預(yù)載荷。除非難以達(dá)到，外墊圈上3個(gè)孔中至少應(yīng)有2個(gè)孔用于檢查移動(dòng)情況，以便驗(yàn)證安裝是否正確。

使用預(yù)載指示墊圈進(jìn)行定力精確，使用方便，定力的準(zhǔn)確性也不受裝配條件影響。通常情況下，大部分力矩扳手在指示讀數(shù)上可以精確到±2%，但仍然存在一些變化的因素影響著力矩設(shè)定的準(zhǔn)確性，如緊固件與孔壁之間的磨損，緊固件潤(rùn)滑，材料的種類，表面光滑度以及其他一些可以影響定力準(zhǔn)確性的因素，有時(shí)偏差甚至可以高達(dá)25%。而且許多結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)的力矩值通常只有螺栓屈服的50%，這潛在的25%偏差就可能是螺栓小于或者大于要求屈服強(qiáng)度的50%。而使用預(yù)載指示墊圈可以在不增大螺栓直徑的前提下使預(yù)設(shè)的力矩值達(dá)到螺栓屈服強(qiáng)度的72%，同時(shí)在減少螺栓直徑和螺栓數(shù)量的情況下，得到更高的連接強(qiáng)度，也一定程度實(shí)現(xiàn)了減重的目的。

4? ? 結(jié)語

現(xiàn)階段，使用力矩扳手定力和應(yīng)用高鎖螺栓與螺母完成結(jié)構(gòu)修理已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在飛機(jī)維修當(dāng)中，而對(duì)于預(yù)載指示墊圈，維修人員并不熟悉，但隨著預(yù)載指示墊圈在新型飛機(jī)的大量應(yīng)用，了解和熟悉使用這幾種預(yù)緊力控制形式對(duì)于飛機(jī)維修人員來說也變得更加重要。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱虹，陳海龍，朱海兵，等.現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中螺栓預(yù)緊力控制方法探討[J].科學(xué)與信息化，2017（22）：42-43.