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(jìn)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(dǎo)致電子設(shè)備與安裝架之間產(chǎn)生碰撞，無法實(shí)現(xiàn)可靠的結(jié)構(gòu)互聯(lián);力矩過大會導(dǎo)致前鎖緊裝置中的螺桿斷裂風(fēng)險(xiǎn)增加，同樣也會導(dǎo)致電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)定位和互聯(lián)失效。因此，需要研究并設(shè)定前鎖緊裝置的擰緊力矩，以提高電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)互聯(lián)可靠性。

關(guān)鍵詞：A型前鎖緊;擰緊力矩

1 緒論

隨著時(shí)間的推移，國內(nèi)外機(jī)載電子設(shè)備的封裝形式持續(xù)發(fā)展，新封裝體系不斷出現(xiàn)。但GJB441規(guī)定的ATR封裝形式，仍然是電子設(shè)備結(jié)構(gòu)封裝的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。GJB441標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)為滾花狀態(tài)，安裝時(shí)采用徒手或者用工具擰緊，沒有進(jìn)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(dǎo)致電子設(shè)備無法可靠固定;力矩過大會導(dǎo)致螺桿斷裂風(fēng)險(xiǎn)增加，同樣會導(dǎo)致電子設(shè)備的定位失效。因此，需要研究并設(shè)定前鎖緊裝置的擰緊力矩，以滿足結(jié)構(gòu)可靠互連的需要。

2 設(shè)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(shè)定原則如下：最大值：不影響結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)度，根據(jù)現(xiàn)有論文及研究結(jié)論，在最大預(yù)緊時(shí)，碳鋼零件中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)控制在材料屈服極限的60%～70%;最小值：應(yīng)保證有足夠的預(yù)緊力，確保在沖擊等條件下，電子設(shè)備和安裝架之間不能產(chǎn)生松脫間隙進(jìn)而導(dǎo)致碰撞。前鎖緊裝置的安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 擰緊力矩計(jì)算

試驗(yàn)表明，在前鎖緊裝置中，應(yīng)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(zhì)，外螺紋為M8規(guī)格，兩側(cè)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(nèi)的最大承載力F可用公式（1）表達(dá)

F=σ0.2×As（1）

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

前鎖緊螺桿的可承載的最大預(yù)緊力計(jì)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(jìn)行計(jì)算。

M=K×d×F（2）

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

螺桿是不銹鋼1Cr18Ni9Ti，應(yīng)屬于碳鋼螺釘，故而取中值0.65。

因此，擬實(shí)施的擰緊力計(jì)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(jì)算如下：

M=K×d×F[3]=0.195×8E3×4100.1=6.40（Nm）

4 驗(yàn)證情況

為了證實(shí)6.4Nm擰緊力矩是否能夠有效擰緊前鎖緊裝置，特安排進(jìn)行了擰緊力矩測試，測試過程分為以下兩個(gè)部分。（1）以往擰緊力矩的驗(yàn)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(jìn)行等效測量。測量結(jié)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(yīng)不會比以往的結(jié)構(gòu)互聯(lián)強(qiáng)度低。（2）設(shè)定力矩的驗(yàn)證。假設(shè)6.4Nm的擰緊力矩是正確的，那么，用比設(shè)定力矩大1.5倍的力矩進(jìn)行擰緊，即：6.4×1.5=96Nm的力矩進(jìn)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(fā)現(xiàn)螺紋副相關(guān)零件自由轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，內(nèi)、外螺紋均沒有變形和損壞痕跡。這說明采用9.6Nm的力矩?cái)Q緊后，螺桿尚未達(dá)到其屈服極限。因此，采用更小的6.4Nm的擰緊力矩進(jìn)行操作，螺桿式安全的。

5 研究結(jié)論

通過研究前鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合以往螺紋擰緊方面的研究成果，通過理論計(jì)算，給出了GJB441中A型前鎖緊裝置的擰緊力矩，并經(jīng)過樣件制作和實(shí)際操作驗(yàn)證，證明了給定力矩的可行性，其連接強(qiáng)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(jié)構(gòu)互聯(lián)可靠性，可以在后續(xù)操作中推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張振華，應(yīng)秉斌，矯明.螺栓擰緊力矩的確定方法及相關(guān)探討[J].化學(xué)工程與裝備，2009.

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

作者簡介：李曉明（1989—），男，山西運(yùn)城人，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。