飞机表面用典型螺纹紧固件适配性研究.pdf

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1、标准化研究飞机表面用典型螺纹紧固件适配性研究王善岭罗建平(成都飞机设计研究所，四川成都610091)【摘要】介绍了飞机表面螺纹连接中典型的钛合金沉头螺栓和托板自锁螺母配合使用的现状，对导致安装困难的原因进行了系统分析，针对钛合金沉头螺栓和托板自锁螺母连接的主要技术特点，从螺栓螺纹牙型及大径修正、白锁力矩及试验、螺母收口形式、表面处理、同轴度和驱动槽等多方面进行研究和针对性试验，探讨了解决钛合金沉头螺栓和托板自锁螺母适配性问题的方法和综合方案，对标准件的设计、选用、制造和安装有积极的参考意义。[关键词】螺纹紧固件：适配性；钛合金沉头螺栓；托板自锁螺母；安装【中图分类号

2、】V229【文献标识码】C【文章编号】1003_15660(2015)01-0007一)5【DOI编码】10．13237／j．cnki．asq．2015．叭．002沉头螺栓与托板自锁螺母配合使用是飞机表面的一种典型连接方式。随着新材料技术的不断发展，复合材料和钛合金被广泛用于飞机结构，与之相适应，钛合金沉头螺栓和托板自锁螺母的配合连接成为飞机表面连接的重要连接形式之一。某型号研制过程中，钛合金沉头螺栓与高温合金托板自锁螺母配合连接过程中出现安装紧涩、咬死、沉头槽打滑、螺栓拧不到位等安装问题，两者安装适配性成为研究重点。针对钛合金沉头螺栓和托板白锁螺母在装配中遇到的安

3、装困难问题，从螺纹连接的特点和基本技术要求出发，列出了影响钛合金沉头螺栓和托板自锁螺母装配的主要因素，从设计、选用、制造和安装等多个方面研究出现安装问题的原因，进行验证试验，并提出解决方案。1主要问题1．1现状某型飞机在口盖安装中有部分配套使用的钛合金齿轮槽沉头螺栓和高温合金托板自锁螺母出现安装困难，报废率高，具体表现在如下几个方面：a)安装力矩过大，安装工具打滑，螺栓扳拧槽变形，无法重复装拆，且槽口部分变形导致表面质量超差；[收修订稿日期]2014—11-20b)安装不到位，无法加紧夹层，表现在油箱区进行密封试验时出现漏气现象；C)安装过程中螺栓螺母温度急剧升高，

4、螺纹咬死，导致螺栓无法拧入和拧出，螺栓装不到位也拆不下来。1．2工作原理飞机表面沉头螺栓和托板自锁螺母安装过程如下：a)在口盖结构和机体结构上根据螺栓、螺母的规格和要求制出相应大小的螺栓孔；b)在口盖结构上按照螺栓的沉头高度和角度扩制沉头孔和头下圆角的倒角以满足螺栓的头部与沉头窝贴合要求；C)在口盖结构上穿入工艺螺栓将托板螺母固定；d)根据托板螺母上的铆钉孔的位置在机体结构上制铆钉孔并进行铆接，将托板螺母固定到机体结构上；e)螺栓穿过口盖结构的螺栓孔，旋动螺栓头部的驱动槽，实现和螺母的配合，从而实现连接功能。这种连接方式能满足飞机表面单面螺纹连接需求。如图1所示。d

5、蠡航空标准化与质量2015年第l期图1沉头螺栓和托板自锁螺母连接分解图经过分析对某型飞机使用的钛合金沉头螺栓、托板自锁螺母及安装方式的主要参数和技术指标进行了总结，主要技术特点见表1。表l钛合金螺栓和托板自锁螺母主要特点主要技术特点钛合金沉头螺栓托板自锁螺母结构形式／秒材料Ti6A14V高温合金A286强度等级l100MPal100Ⅳ【Pa热处理6。≥1100MPa6b>一／900MPa润滑涂十六醇钝化+二硫化钼螺纹MJ外螺纹MJ内螺纹驱动槽齿轮槽(NASl800)锁紧形式椭圆收口技术要求HB6568—2008HB7595—20ll2原因分析2．1技术要点为了更完整

6、的分析托板自锁螺母和钛合金沉头螺栓的影响因素，对螺母和螺栓的各个影响因素进行逐项分析，主要从螺纹牙型及大径修正、自锁螺母自锁力矩及其试验方法、螺母收口形式、表面处理、同轴度和驱动槽等方面进行综合分析，并加以部分验证，探索解决托板自锁螺母和钛合金沉头螺栓安装适配性问题的方案。2．2螺纹牙型及大径修正MJ螺纹是新型标准件的重要特征。MJ螺纹与普通螺纹相比，外螺纹小径的削平高度由H／4增大至U5H／16，螺纹的牙底与牙侧由光滑圆弧连接，增大了螺纹的小径，明显减小了螺纹承载时的应力集中，从而大大提高了抗拉强度和螺纹的疲劳寿命。由于MJ螺纹使用滚压成型，螺纹的流线保护较好。M

7、J螺纹的螺母配合精度为4H5H，与普通螺纹相比，配合精度较高。未进行外螺纹大径修正或修正值不够的MJ螺栓在进入螺母的自锁区时，由于螺母收口的变形，会导致螺栓与螺母首先接触的是外螺纹的牙顶部分，容易产生螺母磨损破坏，这是在安装过程中出现适配性问题的重要原因。国外的相关外螺纹都进行大径的修正，大径修正后的螺栓在装配中螺纹中径与螺母接触，能有效增大接触面积，提高安装性能，避免由于饱和滚压产生的皱褶／裂纹，避免安装对孔壁和螺母的损伤，降低安装时的最大锁紧力矩。一般规定螺栓的螺纹大径比实际光杆直径至少d'0．001in(0．0254mm)。大径的修正不会对螺纹的中经和小径