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1、招力名? 名飞名月名匆之角名勺名飞名匆“内名飞飞子匆名勺勺若毛勺招多毛名飞名飞月名飞之月?名匆名匆翎名勺若吸多书 螺栓拧紧力矩一轴向力关系研究 林水福佘公藩 ?三?一所? ?西北工业大学? 护 ?薯? 鬓 提要 本文简要介绍了螺栓拧紧力矩一轴向力关系研究的试验结果 , 并在试验 墓拙 土针对几个主要影响因素进 行了分析讨论 。 螺栓是飞机结构机械连接中使用较普遍的 紧固件之 一 , 多用 于受力 部位及重要接头处 , 故 螺接部位往往是飞机结构中的薄弱环节 。 在提 高螺接部位结构疲劳寿命方面 , 除对被连接结 构进行抗疲劳强化处 理外 , 在螺栓和结构允许 的条件下 , 对螺接接头 施加稳定
2、而较高的预紧 力也是一种非常有效的方法 。 螺栓的效用通常取决于它最初被拧紧的程 度 。 西方主要航空公司对于螺栓拧紧力矩值都 有严格的标准 , 如波音公司的 ? 标准 规定的与螺栓拧紧力矩值相对应的螺栓轴向载 荷为螺栓材料拉伸屈 服载荷的 ? ? 一? ? 。 而 我国不 少航空 工 厂至今仍 沿用苏联? ?年代的 标准 , 与螺栓拧紧力矩相对 应的螺栓轴 向载荷 约为螺栓材料拉伸屈服载荷的 ? ? ? 。 为 提高螺接结构 的疲劳强 度及可靠性 , 提高定力 精度 , 对螺栓拧紧力 矩一轴向力关系及其影响 因素进行研究是十分 必要的 。 影响螺栓拧紧力矩一轴 向力关系的因素很 多 , 作者
3、针对其中几个主要 影响因素作了较为 系统而细致的试验研究 ? ? ? 螺栓 尺寸 、 材料及 表面处理状态 ? ? ? 润滑条件 ? ? ? 支承面条件 。 现将有关情况简要介绍如下 。 一 、 拧紧力矩一轴向力关系 由机械原理可得螺栓拧紧力 矩一轴向力关 系理论表达式为 ? ?几”一 ,? ? , ? , ?叨? 耐? ? 下哥丁二丁? 一? ,苏广州广气井下一一丁言一一一丁下丁丈尸 ?气儿 “ 一 沪“?乙气郊口? ? ?一 乙? 少 ? ? ” ? 式中 ? ? 一螺栓轴向力 ? ? ? 一螺纹中径 ? 久一螺纹升角 , ? 入一?毗? , ? 为螺距 ? 了一螺母与被连接件支承面间的摩
4、擦 系数 ? ? 一螺旋 副的当量摩擦角 , ? ? 为螺旋 副的当量摩擦系数 , ? ? 二尸? 邓 , 日 为螺纹半角 , 三角型螺纹日二? ? , ? ? 为螺旋副间的的摩擦系数 ? ? 一螺母承力面外半径 ? 俨 一螺母承力面 内半径 。 因? ?式 中? ? 项 很小 , 且 一般情况下? ? , 则? ?式可化简为 ? 厂?几“一 ,? ? ,? ? ? ? ? 、。 ? 一 ?二下六 兀了一?一一万芍?州卜二子二寸 , 万叮兮兮二?厂 、?抓? 一犷 户 吓乙? 占? 、夕 、 ? ,一 ? 了、 了? 、 ? ? ? ? ?式 可简化成 ? ? ? 、 ? ? 十 ? ? ?
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6、, ? ? 勺 ? , 即在施加的全部拧紧力矩中 , 约 ? ? 的 拧紧力矩 用于产生螺栓轴向力 , 约 ? ? 的拧紧 力矩 用于克服螺旋副间摩擦力矩 , 约 ?的拧 紧力矩用于克服螺母与支承面间的摩擦力矩 。 二 、 测量系统 要得到正确的分析结果 , 精确 测定螺栓拧 紧力矩及轴向力值是实验的技术关键 。 本文采 用的测量系统框图如图 ? 所示 。 该测量系统能 显示从零载荷到破坏载荷的拧紧力矩一轴向力 关系的动态 曲线 。 螺栓 ? 拧紧力矩 然 一 电电阻应变式式式 ? ?一? ? 测测力扳 手手手型?一 ?函 函 ? ? ?悬臂梁式? ? ? ? ? 数记录仪仪 ? ? ? ?
7、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 电电源稳压器 器器市电电 图 ? 测量 系统框图 该系统中的拉力传感器及测力扳手在首次 标定前 , 都进行过两百余次单向预加载?载荷为 额定载荷 的 ? ? ? , 并用间接比较法进行标 定 , 标定结果如下 ? 拉力传感器用二等标准测力仪 ? ? 一? 标 定 ? 线性误差 ? 士? ? ? ? ? ? 精度 ? 士? ? ? ?一? ? ? ? 重复性误差 ? 士? ? ? ? ? ? ? ? 稳定性误差 ? 士? ? ? ?一? ? ? ? ? ? ? 测 力 扳手用精度 为士? ? ?一? ? ? ? ? ? 的 标准
8、测扭仪标定 ? 线性误差 ? 士? ? ? ?一 ? ? ? ? ? ? 精度 ? 士? ? ? ? ? ? ? ? 重复性误差 ? 士? ? ? ?一? ? ? ? ? ? ? 稳定性误差 ? 士? , ? ? ? ? ? ? 三 、 试验结果 、 分析及结论 ? ? 试验说明 本文 采用 力矩法控制螺栓轴向力 , 考虑 到 研究结果的实用性 , 在对试件进行正交试验的 同时 , 还增加了部分典型的 、 具有实 用价值的试 验 。 试验件均为航空专用标准件?如普通六角螺 母 、 平垫 圈? 。 正交试验主要考虑表面处 理状态?发兰 、 镀 锌及镀锡? 、 润滑条件?干摩擦 、 ? 。? 油
9、、 ? ? 油 膏及二硫化铝锉基润 滑脂? 、 支承面条件?铝 垫 圈 、 钢 ?垫 圈及? ? ? ? 合金钢垫圈?变化 后对螺栓拧紧力矩一轴向力关系的影 响 。 螺母材料 、 表 面 处理状态与相配螺栓相同 ?发动机螺栓 、 螺母除外? ? 垫 圈与螺母接触表面 的润滑条件与螺纹表面润 滑条件相同 ? 保证实 验中各摩擦面充分润滑及润滑 层中润 滑剂的单 一 、 无杂质 。 ? ? 试验结果 ? 航空发动机用螺栓 的试验结果 见表 ? 。 试验条件 ? ? ? ? ? 合金钢垫 圈 、 二硫 化铂铿基润 滑脂润滑 ? ? ? ? 螺栓的螺纹表 面无镀层 。 未作特别说明时 , 螺母与螺栓的
10、材料 及表面处理相同 。 ? 螺栓及 ? ? 认 螺栓的 部分典型试验结果 见表 ? 。 表 中 ? 值范围是 ? ?置信概率的?值范围 。 ? 值由? 一?试验 曲线及? ?式计算得到 , ? 值由? ?式计算而 得 。 发动机用 螺栓试 验 结果 表 ? 规规格格螺栓材料料 表面面 ? ? ? ? ? 取取 ? ? ? 备注注 夕夕夕夕卜王 里里 平均值值平均值 值饭值标 标 ? ?变异 异异 系系系系系系系系系系系系系系系系数? ? ? ? ? 一一一一 准左? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?一 一一? ? ? 夕?夕? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
11、 ? ? ? ? ? ? ? ? 降降降降锵 锵锵锵锵锵锵锵锵锵锵锵? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一一一一一一 ? ? ? ? ? ? ? 螺母母? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?螺 螺 镀镀镀镀 锌锌锌锌锌锌母母 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一一一一一一一一一89 , 镀镀 锌锌锌锌锌锌锌锌锌) ) ) M M M6 6 6 GH2132 2 2 螺 母母0.16478 8 8 0.118 8 8 0.0016 6 6 0.009 9 9螺母对边边 镀镀镀镀银银银银银银尺
12、寸s一 一 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4mm m m M M M 8 8 8G H 2 1 32 2 2 母母n_1只d q F F F 0 . 109 9 9 0 . 0 0 1应应 0 . 0 1 2 2 2 2 2 博博博博 铜铜铜铜铜铜铜 M M M8 8 8 G H2132 2 2 螺母母0 1只 久只F F F 0107 7 7 0 . D 010 .D 07 7 7 7 7 镀镀镀镀银银银银银银银银银银银银 M M M 8 8 8”c rN,M。川 川 巨 , ,0.12712 2 2 0 085 5 50 . 0 0 1 9 9 90
13、. 0 1 5 5 5 5 5 M M M8 8 830 C r M n siA A A 降 。0.1247应 应0 . 0 8 3 3 3 0 . 0 017 7 70 . 013 本文根据试验结果计算得到的 k 、 f 值同西 方标准规定 的相差不大 , 如国际标准中规定镀 福螺栓螺 母f一0 . 1 0 0.12 , 镀银螺栓或螺母 f 一0 . 1 3 0.14;英国Es ll 中规定 用发动机 润 滑油润滑 的镀锡螺栓螺母f一0 . 10 , 用发动机 润滑 油 润滑 的镀银螺栓或螺母 f一0.14 , 无 润 滑 、无镀 层 的螺栓螺母f一0 . 1 5 0.2 5 ;法 国标 准
14、规定镀镐螺栓螺母f一0 . 1 1 , 而日本标准则 规定为 f一0.1 0 0.15 。 由于各国所采 用的紧 固件标准本身有差异 , 再加 上试验条件也不可 能相同 , 如 润滑条件 、 表面 处 理等 , 故 k 值及 f 值不可能完全相同 。 3 . 分析与结 论 (1 )润 滑条件 润滑条件对拧紧力矩系数 k 影响很大 。 图 2是根据试验绘制的三种润滑条件对k 值的影 响关系 图 。 由试 验结果及图 2可知: 钢2。垫圈 2 5 2 01 5 . 】0 0 8 图2润滑条件 的影响 k 值范围及摩擦系数f平均值表 2 规规格格材料料润滑状态态表面面垫圈材料料 k 值范围 围 f平
15、 平 处处处处处理理理理均值 值 M M M6 6 6ML25 5 5 201油膏 膏 发兰兰钢20 0 0 .23419 .23934 4 4.17944 4 4 M M M M M M M os:脂 脂脂脂 、 20727 . 2094 Q Q Q . 15517 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 30 C r M n siA A A . 158 3 3 . 1 59 7 8 8 8 . 11 3 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 201 油膏膏镀锌锌钢20 0 0 .18117.18544 4 4.1338 1 1 1 M M M6 6 6ML 25 5 5M os:脂 脂镀锌锌 30CrMns i A A A .13520.13673 3 3.0934 1 1 1 2 2 2 2 2 2 201油膏 膏镀福福 30CrMns i A A A .15335.15548 8 8.10915 5 5 M M M M M M M oS:脂 脂脂 钢20 0 0 .13
