Page 89 - 理化检验-物理分册2022年第五期

都小语, 等: 盲铆自锁螺母锁紧性能试验工装夹具设计

螺母在安装过程中会因永久变形而产生一个鼓包, 这
个鼓包和螺母的76° 椭圆锥面能够很牢固地固定住夹
具, 不会产生螺母从夹具中脱出的情况; 使用新夹具
后省略了安装工作, 螺母是直接放在孔里的, 除了过
渡或干涉配合外没有其他专门的固定措施, 螺母在反
复拧入、 拧出过程中还是有脱出的情况发生。
经过研究分析, 造成这种情况的主要原因是: 最
初设计夹具时, 夹具厚度是参考螺母夹层厚度来设
计的, 没有充分考虑实际使用时夹具厚度对试验过
图 6 改进的试验夹具示意
程的影响。夹具在螺母体外圆桶面上产生的摩擦力
矩试验, 试验数据如表 3 所示。
与接触面积和孔内壁的干涉量有密切关系。由于过
表 3 采用改进的工装夹具进行力矩试验验证结果 N · m
渡和干涉配合条件下螺母外圆桶和夹具中心孔的应
第 1 次 第 7 次 第 15 次
变量非常微小, 因此可考虑将紧配合干涉量在夹具 试样 锁紧 松脱 锁紧 松脱 锁紧 松脱
编号
中心孔或螺母外圆桶上产生的应力简化为与应变的 力矩 力矩 力矩 力矩 力矩 力矩
线性关系( 这是由于夹具材料采用的是热处理强度 11 2.12 1.89 1.75 1.59 1.51 1.38

大小于 1100 MPa 的 30CrMnSiA 合金钢, 而螺母 12 1.87 1.61 1.60 1.56 1.57 1.43

( 为 2.07 1.42 1.37

13 2.19 ( 最高) 1.99 1.75 ( 最低) ( 最低)
材料为304 或305 不锈钢), 即采用σ N= Eε N σ N
为
螺母体上的应力; E 为螺母材料的弹性模量; ε N
螺母体上的产生应变) 近似。因此主要的应变发生 14 2.22 2.05 2.21 1.95 2.12 1.76
( 最高)
在螺母外圆桶上, 若忽略 76° 圆锥肩的接触部分, 则
) 如式 15 2.18 1.99 1.75 1.45 1.99 1.68
静摩擦力在螺母体上产生的静摩擦扭矩( M f
( 2 ) 所示。
从表 3 可以看出: 加深中心孔的深度等于是增
M f= fN ×D = μ π f Δε×H ×E N ×D 2 ( 2 ) 大了夹具与螺母外圆桶之间的接触面积, 增大接触
式中: 为夹具内孔与螺母外圆桶接触面之间的静
fN 面积进而增大摩擦阻力避免了螺母脱出情况的发
摩擦力; D 为 螺 母 外 圆 桶 直 径 或 夹 具 内 孔 公 称 内 生。通过对试验夹具的改进设计, 有效地解决了力
径; 为夹具内孔与螺母外圆桶接触面之间的静摩 矩试验中遇到的新问题。通过对不同规格螺母的试
μ
擦系数; 为夹具内孔干涉量与内孔应变之间的系 验, 无论是从试验数据的稳定性还是试验一次成功
f
为夹具内孔的应变量; Δε 为夹具内孔设计干
数; ε N 率上都较之前的试验方法有了很大的提升。
涉量; H 为夹具内孔与螺母外圆桶接触面厚度; E N 在自主开展试验的同时, 调取该产品国外同行
为螺母材料的弹性模量。 质量证明文件中的试验数据与其进行对比, 发现同
由式( 2 ) 可以看出, 在其他参数基本不变的情况 一规格的盲铆自锁螺母的新夹具试验所得的数据和
下, 由于最初设计的夹层厚度与螺母外圆桶的接触 国外同行试验数据更为接近, 这也从另一方面验证
面积( S=πD×H ) 太小, 紧配合产生的摩擦力不足 了这种基于外形结构的标准件试验工装夹具设计的
以抵抗螺母锁紧试验时心棒拧入、 拧出与螺纹之间 有效性 [ 7 ] 。
产生的摩擦力矩以及锁紧结构产生的锁紧 力矩之
4 结语
和。因此, 螺母在反复拧入、 拧出的过程中容易产生
滑动而脱出。 针对新型盲铆自锁螺母在锁紧性能试验中遇到
最终 通 过 研 究, 决 定 对 H 和 Δε 进 行 适 当 调 的试验数据波动较大的实际工程问题, 开展了较为
整, 增大夹具中心孔与螺母外圆桶之间的接触面积, 深入的研究, 通过对现有的试验过程进行分析, 找出
进而增大紧配合产生的摩擦力, 以解决螺母拧入、 拧 了数据波动较大的原因为: 试验工装夹具设计不合
出过程的脱出问题( 见图 6 )。 理, 紧固件在试验过程中出现螺纹损坏以及同轴度
完成夹具改进后, 再次随机抽取 5 个螺母试样, 偏差较大的问题。根据该类新型标准件的新结构特
在相同的试验环境件下再次进行锁紧力矩、 松脱力 ( 下转第 77 页)
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