大规格螺栓螺母拧紧力矩与预紧力关系研究

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2、1．二一_i_!_二二三一}哭魏貉絮验螺母狞絮力矩岛颡紧lII关豢硒巍贾晓娇1张晓斌1于建政1刘敏丽1徐飞2齐乐2(1航天精工股份有限公司，天津，300300；2中国人民解放军空军驻天津地区军事代表室，天津，300300)文摘：研究大规格螺栓螺母在飞行器型号实际安装环境下，润滑条件、基体材料、安装次数对拧紧力矩与预紧力的影响，以及扭拉系数随安装次数的变化规律。研究结果表明：使螺栓产生相同的预紧力，有润滑比无润滑条件下对螺母施加的拧紧力矩要小，采用钢实用垫圈(30CrMnSiA)比铝实用垫圈(LC9)拧紧力矩要小；随着

3、反复拧入次数的增加，达到相同的预紧力时。所需的拧紧力矩呈现递增的变化规律．其扭拉系数也明显呈递增变化趋势。关键词：螺纹紧固件；预紧力；拧紧力矩。螺栓螺母类紧固件安装时．容易出现螺栓转动与拧断螺栓的现象．尤其在航空航天飞行器部段之间．螺栓螺母的安装质量直接影响结构连接的可靠性。螺栓螺母安装过程中产生的预紧力是安装质量的表现形式．控制预紧力的主要目的：①充分发挥螺栓的承载功能：②提高螺纹连接的防松能力：③为设计连接件的外载荷(包括密封1提供基本依据；④螺栓的拧紧程度的均匀性及一致性．对精密仪器的装配尤为重要。所以，在进行飞行器部段连接设计时．必须掌握拧紧力矩与预紧力的匹配关系。大规格螺栓螺母拧

4、紧过程比较复杂．但在航空航天飞行器型号设计中的应用非常广泛，尤其针对高温合金紧固件．其良好的耐高温性能在飞行器高温部段的连接起到至关重要的作用．国内外针对大规格螺栓拧紧力矩的标准不多，对于M18以上大规格螺栓螺母在型号上安装的可靠性研究也较少。本文分析了飞行器用大规格螺栓螺母拧紧力矩与预紧力的关系．以M18和M22大《航天标准彳L))2015年第3期规格高温合金紧固件为研究对象．对大规格高温合金紧固件在实际安装环境下的拧紧力矩与预紧力的关系、安装次数与扭拉系数的变化规律作了研究．对大规格螺栓螺母的安装力矩参数进行表征．对安装提出了合理建议。1试验过程1．1试验原理试验采用图1所示的装置安装

5、被测试件．在有效力矩试验过程中．试验装置不产生夹紧力，与现场实际装配螺栓和螺母对夹紧层产生的夹紧力(螺栓的预紧力)在本质上并无差异。在试验装置上加实用垫片．完全模拟出现场实际的装配环境．以达到最佳的测试状态。通过轴力传感器测定拧紧力矩与预紧力(夹紧力)之间的对应关系．实用垫片即在航空航天飞行器实际装配过程中．螺栓螺母安装在实际的基体材料上，而实用垫片用实际装配的基体材料加工而成．在试验中可以完全模拟实际装配环境。预紧垫实用垫试验螺!盘塑搭蘑拦簋堡拦塞左篚复厦塞虚差霾理笈：厦墟雠鳢彪王壁理笠轴力传感器实用垫片这验竖拴图1被测试验件安装示意图1．2试验设备及工装本次试验采用了拉力传感器和扭力传

6、感器．通过双通道应变仪，设计试验硬件，利用计算机进行全过程记录。试验用设备如图2所示。图2微机控制扭转拉力试验机试验用实用垫片的表面粗糙度为Ral．6。铝实用垫片材料采用LC9，硬度为时效至T6状态；钢实用垫片材料采用30CrMnSiA．淬硬300HV。400HV。试验用润滑脂为：SH／T0458—1992特12润滑脂ZT—12。1．3试验方法试验方法按照GB／T16823．3《螺纹紧固件拧紧试验方法》，该标准规定了力矩一拉力测试的试验原理。依据GB／T3098．9—2010《紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母》9．3．2条规定，按图1所示的测试装置．在有效力矩试验过程中，试验装置不应产生

7、夹紧力。根据试验原理，试验通过预先设置螺栓要达到的轴力目标值．该目标值为螺栓理论破坏拉力的40％～80％．通过专用的试验设备可以测试出螺栓达到预设轴力目标值时的对应旋合螺母的拧紧力矩值。由于该测试过程是连续的．因此可得到螺栓产生的轴力值与螺母的拧紧力矩值之间的曲线关系．通过最终的关系曲线，我们从中拾取如10％‰、20％k、30％％⋯⋯(‰为预设的螺栓轴力目一2一标值)所对应的螺母拧紧力矩数据，最终通过数据分析．得出螺栓螺母旋合安装过程中，对螺母施加的拧紧力矩与螺栓产生的轴力之间的关系。2试验数据与分析2．1第一次拧入拧紧力矩与预紧力关系曲线我们选用10个M22样品分别进行试验。螺栓螺母旋合

8、子试样以钢实用垫圈作基体材料．在涂覆润滑脂和不涂润滑脂的情况下．测定的拧紧力矩与预紧力关系曲线如图3所示。图3M22规格螺栓(润滑／无润滑，钢实用垫圈1拧紧力矩与预紧力关系曲线图图3中。l#～甜试验子样采用了润滑脂，砩～10#试验子样无任何润滑。以螺栓理论破坏抗拉载荷的百分点(如10％Fm、20％Fm、30％‰⋯⋯，‰为预设的螺栓轴力目标值)作为试验数据采集基点，图中以X轴表示；通过试验测得的拧紧力矩，图中以Y轴表示。从