劉 星，武麗麗，尤佳旗，丁 霖，張益帆，任培強(qiáng)

（上海航天精密機(jī)械研究所 結(jié)構(gòu)件加工事業(yè)部，上海 201600）

0 引言

旋轉(zhuǎn)類產(chǎn)品各艙段裝配時(shí)，各艙內(nèi)部連接主要為電纜，主要涉及控制艙、引信、戰(zhàn)斗部、發(fā)動(dòng)機(jī)及舵機(jī)，需根據(jù)艙段螺紋隨機(jī)起始端與艙段自帶電纜束的實(shí)際角度關(guān)系設(shè)計(jì)電纜束在艙間的走向，避免電纜擠壓、繞線等問題，最終通過反復(fù)調(diào)整連接環(huán)位置保證前舵與舵機(jī)后翼之間固定的角度，在這過程中因各艙段對(duì)外接口均為螺紋，螺紋起始段端隨機(jī)，因此調(diào)整過程中存在周向0～180°的調(diào)整連接環(huán)，甚至重新轉(zhuǎn)動(dòng)90°發(fā)動(dòng)機(jī)和尾翼實(shí)現(xiàn)調(diào)整，調(diào)整過程不僅繁瑣而且效率極其低下。為解決以上問題，必須對(duì)各艙段正常旋合后艙間的相對(duì)角度進(jìn)行控制。因此，采用與實(shí)際艙段相同的材料，針對(duì)影響螺紋旋合角度的4個(gè)主要因素進(jìn)行摸索試驗(yàn)，分別探索出了螺紋長(zhǎng)度、旋合扭矩、旋合次數(shù)以及螺紋中徑對(duì)旋合的角度的影響規(guī)律，為各艙段的裝配和艙段間電纜線走向優(yōu)化提供了參考。

1 試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)對(duì)象設(shè)計(jì)與加工設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用牌號(hào)為2A12的鋁合金材料，試驗(yàn)件總長(zhǎng)50 mm，螺紋大小為M30×2-6h的外螺紋，其具體尺寸如圖1所示。為便于后續(xù)測(cè)量，零件端面設(shè)計(jì)有一字槽，與螺紋一起在一次裝夾下完成，所采用的加工設(shè)備為大連TNC65數(shù)控車削中心。

圖1 螺紋實(shí)驗(yàn)件

1.2 螺紋旋合角度的定義測(cè)量方法

本實(shí)驗(yàn)擬采用端面帶有一字槽的M30×2的內(nèi)螺紋環(huán)規(guī)與各試驗(yàn)件螺紋旋合后與水平X+方向夾角來(lái)衡量各因素對(duì)旋合角度的影響程度，用字母β表示。為盡可能避免其他因素的影響，本試驗(yàn)中為盡量避免測(cè)量帶來(lái)的誤差，將試驗(yàn)件外螺紋起始點(diǎn)轉(zhuǎn)化至端面直線槽，塞規(guī)與試驗(yàn)件螺紋旋合后塞規(guī)端面直線槽與水平X+方向夾角采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢驗(yàn)，圖2為β角的示意圖。

圖2 塞規(guī)旋合后與X+方向夾角β

2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.1 旋合角度的單因素試驗(yàn)方案

影響兩螺紋旋合后的角度的主要因素有外螺紋有效長(zhǎng)度L、螺紋中徑d0、旋合力矩T及旋合次數(shù)N，針對(duì)以上4個(gè)因素，采用單因素實(shí)驗(yàn)方法，分別對(duì)外螺紋有效長(zhǎng)度、螺紋中徑、旋合力矩、旋合次數(shù)對(duì)螺紋旋合后的角度的影響進(jìn)行探索性試驗(yàn)研究，單因素實(shí)驗(yàn)水平安排如表1和表2所示，正交試驗(yàn)安排如表3所示。

表1 螺紋長(zhǎng)度、中徑和旋合力矩對(duì)螺紋旋合角度影響實(shí)驗(yàn)安排

表2 旋合次數(shù)對(duì)螺紋旋合角度影響實(shí)驗(yàn)安排

表3 L1（644）正交實(shí)驗(yàn)安排

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 外螺紋有效長(zhǎng)度對(duì)螺紋旋合角度的影響

在其余條件相同情況下，研究外螺紋有效長(zhǎng)度對(duì)旋合角度的影響，本試驗(yàn)選取其余3個(gè)因素參數(shù)分別為：旋合力矩為T=40 N·m、中徑尺寸為d0=

圖3 螺紋長(zhǎng)度對(duì)旋合角度的影響

2.2.2 螺紋中徑對(duì)螺紋旋合角度的影響

在其余3個(gè)條件相同情況下，研究中徑對(duì)螺紋旋合角度的影響。選取其余3個(gè)因素參數(shù)分別為：旋合力矩為T=40 N·m、外螺紋長(zhǎng)度、旋合次數(shù)N=1。圖4為不同螺紋中徑對(duì)螺紋旋合角度的影響。從圖中可看出，隨著中徑尺寸的增大，螺紋旋合角度也逐漸增大，且呈一定的線性變化趨勢(shì)。其主要機(jī)理為螺紋配合理論為內(nèi)外螺紋中徑相接觸，當(dāng)內(nèi)螺紋不變時(shí)，若外螺紋中徑變小，則螺紋間將產(chǎn)生間隙，理論而言中徑單邊變化Δmm，換算到軸向間隙變化Δtan30°，旋合角度變化Δtan30°/2×360°，即旋合角度變化與中徑變化理論上成線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與之基本相同。

圖4 螺紋中徑對(duì)旋合角度的影響

2.2.3旋合力矩對(duì)螺紋旋合角度的影響

在其余條件相同情況下，取螺紋有效長(zhǎng)度取L=、中徑值取d0=、旋合次數(shù)N=1進(jìn)行研究旋合力矩對(duì)旋合角度影響。圖5為旋合力矩對(duì)旋合角度的影響結(jié)果。從圖中可以看出隨著力矩的不斷增大，旋合角度變化隨之增大。其主要機(jī)理為當(dāng)施加的旋合力矩一直大于螺紋副產(chǎn)生的最大靜摩擦力矩，螺紋可以一直進(jìn)行旋合，旋合角度也會(huì)跟著發(fā)生變化，但旋合力矩不是可以無(wú)限大的，當(dāng)旋合力矩增大到一定程度時(shí)，會(huì)使得螺紋牙接觸面壓潰，使得螺紋斷裂、變形脫扣等[2]。

圖5 旋合力矩對(duì)旋合角度的影響

2.2.4 旋合次數(shù)對(duì)螺紋旋合角度的影響

在其余條件相同情況下，取旋合力矩T=50 N·m、外螺紋長(zhǎng)度L=14、中徑d0=Φ28.進(jìn)行研究旋合次數(shù)對(duì)旋合角度的影響。圖6為旋合次數(shù)對(duì)螺紋旋合角度影響的結(jié)果。從圖中可看出旋合次數(shù)在0～35之間時(shí)，旋合角度隨著旋合次數(shù)的增加，旋合角度逐漸增大，當(dāng)旋合次數(shù)達(dá)到35～50時(shí)，隨著旋合次數(shù)增加，旋合角度變化很小，趨于不變。這是由于隨著旋合次數(shù)的增加，螺紋摩擦表面被磨光，摩擦系數(shù)下降[3]，當(dāng)使用上一次相同的旋合力矩旋合到前次同樣位置時(shí)，摩擦力矩達(dá)小于旋合力矩值，故螺紋會(huì)被進(jìn)一步的旋合，相對(duì)于上次而言，旋合角度會(huì)增大。

圖6 旋合次數(shù)對(duì)旋合角度的影響

2.2.5 螺紋有效長(zhǎng)度、中徑、旋合力矩和旋合次數(shù)對(duì)螺紋旋合角度的影響

表4為正交實(shí)驗(yàn)的安排和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，螺紋旋合長(zhǎng)度對(duì)旋合角度影響最大，旋合力矩其次，螺紋中徑次之，旋合次數(shù)對(duì)旋合角由度影響最小。

表4 正交實(shí)驗(yàn)安排和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 正交實(shí)驗(yàn)方差分析

3 結(jié)語(yǔ)

采用單因素試驗(yàn)研究螺紋有效長(zhǎng)度、旋合力矩、旋合次數(shù)和螺紋中徑對(duì)旋合的角度的影響，然后又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了4水平4因素的正交實(shí)驗(yàn)，綜合分析螺紋有效長(zhǎng)度、旋合力矩、旋合次數(shù)及螺紋中徑對(duì)螺紋旋合的角度的影響。得到螺紋旋合長(zhǎng)度對(duì)旋合的角度的影響最大，旋合力矩其次，螺紋中徑次之，旋合次數(shù)對(duì)螺紋旋合的角度影響最小。其中螺紋長(zhǎng)度是極顯著影響因素，旋合次數(shù)屬于不顯著影響因素。本研究為彈體各艙體定向裝配設(shè)計(jì)優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。