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航空航天系列螺母类产品性能等级

责任编辑:泰强不锈钢 作者:泰强不锈钢 人气: 发表时间:2015-11-10 09:58

  航空航天系列螺母产品性能等级与螺栓类产品一样,也是采用强度等级进行划分的,螺母的强度等级等于施加给它载荷而不会引起永久变形的螺栓强度等级。螺母的强度等级不仅取决于螺母材料的抗拉强度,还与螺母的结构尺寸息息相关(螺母厚度或有效螺纹长度),可以称其为“结构强度”,因此,螺母的强度等级应与螺母所采用材料的强度等级区分开来。当螺母的破坏形式为螺纹时,螺母的强度等级等于螺母材料的热处理强度等级;当螺母的破坏形式为结构破坏时,螺母的强度等级则以“结构强度”等级。进行定级,而不能再以螺母材料的热处理强度等级进行定级。当螺母的强度等级是以“结构强度”进行定级时,一般都会小于其材料的热处理强度等级。例如,对于强度等级为900MPa级的薄螺母或开槽螺母,其材料热处理强度等级为1100MPa,但由于其结构所限,在螺母的螺纹破坏之前其结构就已经破坏,实际并没有达到1100MPa级别而是900MPa级别。

航空航天系列螺母

  螺母的强度等级是与螺栓强度等级相匹配的,也分为10个等级,即450MPa、600MPa、900MPa,1000MPa、1100MPa、1210MPa、1250MPa、1275MPa、1550MPa和1800MPa,其中450MPa和600MPa用于铜合金和铝合金等有色金属。

  轴向承载能力

  在普通螺纹螺母标准或规范中,衡量螺母承载能力的指标为保证载荷;而在MJ螺纹螺母标准或规范中,衡量螺母承载能力的指标为轴向载荷。虽然两者名称不同,但代表的意义是相同的,都表示在标准载荷作用下,螺母不应产生任何破坏。

  螺母破坏载荷的确定与螺栓一样,也是通过理论计算并经过充分的试验验证而确定的,所有标准或规范中规定的破坏载荷,只要螺纹参数、强度等级相同,其值基本上是统一的(不同标准体系之间会由于计算过程中的小数取舍不同而略有差异),计算公式见式(3-5)。

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  (3-5)式中Fmin--保证载荷或轴向载荷,在产品标准或规范中会明确给出,N;

  As--螺母螺纹的抗拉应力截面积,计算公式同螺栓螺纹,mm2;

  σb--螺栓的抗拉强度,产品标准的热处理指标会明确给出,MPa。

  普通螺纹螺母的保证载荷要与普通螺纹螺栓的保证载荷区分开来,两者有本质的不同。普通螺纹螺栓的保证载荷是指载荷不大于屈服载荷时,螺栓在该载荷作用下,不产生明显的永久伸长,此时尚未达到破坏、因此,螺母的保证载荷对应的是螺栓的破坏拉力,是表示螺母承载能力的唯一指标。

  对于早期部分MJ螺纹螺母标准或规范中,除了轴向载荷(一般指100%轴向载荷)外,还会给出80%轴向载荷的要求,表示螺母在80%轴向载荷作用下,不应有任何永久变形,类似于普通螺纹螺栓的保证载荷由于高强度螺母没有明显的屈服点,在新的螺母标准或规范中都取消了这项要求。

  硬度或强度

  硬度或强度一般不是直接规定螺母使用要求的,而是为了保证最终轴向载荷或保证载荷所需,通常是控制热处理的指标。为了得到高性能等级的螺母,一是通过进行热处理来提高螺母的硬度或强度,进而达到提高螺母的轴向承载能力的目的;二是可以通过改变螺母的结构尺寸来提高其轴向承载能力,如增加螺母的高度或壁厚等,这可以避免过高的提高螺母的硬度或强度而带来的脆性风险。

  硬度和强度都可以作为控制热处理性能的指标,并且两者之间存在一定的换算关系(如GB/T1172《黑色金属硬度及强度换算值》)强度是通过另外制备同炉抗拉试棒测得,硬度是通过螺母自身或另外制备硬度块测得。由于抗拉试棒的制备过程较硬度块要繁琐得多,从实际生产效率考虑,标准中规定硬度比规定抗拉强度操作更简便,因此,除非特殊要求,一般希望在设计标准时,热处理给出的是硬度指标。

  锁紧性能

  锁紧性能是自锁螺母和锁紧螺母特有的性能指标,是要求螺母的锁紧结构具有防止螺纹连接松动的能力,并在限定的条件下能够保持这种能力。在实际使用中,螺母的锁紧性能是通过标准或规范中规定的技术指标综合评定:室温锁紧试验、高温锁紧试验、永久变形试验。

  (1)室温锁紧试验主要是考察在室温环境下自锁螺母的锁紧性能,如果仅从锁紧的角度出发,有效力矩越大,防松效果越好;但从螺母装配的角度来看,有效力矩越大,安装会越困难,并且会破坏螺纹连接副的螺纹表面,反而会影响锁紧功能的稳定性和锁紧结构的重复使用性;因此,在标准中都会给出最大锁紧力矩值和最小锁紧力矩值,来控制合理的范围。

  自锁螺母的使用次数有的是一次性使用,有的是多次重复使用,为了检验螺母的锁紧性能,在产品标准或规范中会给出相应的锁紧力矩范围,一般为1次循环、5次循环和15次循环,对于一些特殊用途的还会要求上百次循环或上千次循环,如快卸锁组件开槽螺母要求1500次循环试验。

  (2)高温锁紧试验并不是在高温环境下进行锁紧试验,而是与室温锁紧试验一样在室温环境下对自锁螺母进行拧入拧出,读取最大拧入力矩和最小拧出力矩,不同的是在拧入后要将整个试验装置(包括试验螺栓、试验衬套和自锁螺母)一起放入加热炉内,加热至最高工作温度后并按规定时间保温,然后出炉自然冷却至室温,最后也是在室温环境下完成拧出,完成整个高温锁紧试验。

  (3)永久变形试验是验证自锁螺母对螺栓公差的适应性,用具有最大极限尺寸的螺纹芯棒和最小极限尺寸的螺纹芯棒先后拧入同一螺母,并分别测量其有效力矩,应符合相应标准或规范要求。该项试验需要专用的试验螺栓,而且对试验螺栓的螺纹精度要求非常高,制造成本非常高,因此,一般用途的自锁螺母不进行该项试验。

  振动试验

  振动试验也是自锁螺母的验收指标,一般是采用紧固件加速振动试验方法进行试验,用来考察自锁螺母在实际使用时振动条件下的防松性能,在整个试验过程中,螺母不允许出现结构破坏、裂纹、断裂、锁紧元件松动、螺纹破坏或锁紧性能消失,但允许螺母相对螺栓转动不超过360°。振动试验一般适用于直径规格为5~12的螺母,钛合金自锁螺母一般不做振动试验,振动试验参数如下:

  ·波形:正弦。

  ·频率:30Hz},

  ·全振幅:(11.4310.4)mm

  有些螺母需要按照下列方法制备后进行试验:

  ·对于游动自锁螺母,要从罩或支架中取出螺母体进行试验。

  ·对称螺母轴线去掉托板凸耳。

  ·去掉抓紧螺母的边缘,使其与支承面齐平。

  扳拧性能

  扳拧力矩主要是考察螺母扳拧结构的承扭能力,用以确保螺母的顺利装配。螺母的扳拧结构应能承受按标准或规范施加的力矩,并经过反复扳拧后(通常为15次),不应出现裂纹,也不应产生任何妨碍标准套筒扳手使用的变形。

  拧脱力矩

  为了考察游动托板螺母、成组槽螺母等支架的承扭能力,应能经受住标准或规范给定的力矩,且螺母体不得从游动托板螺母支架内或从固定托板螺母的托板上脱出,也不允许有裂纹或影响螺母重复使用的变形这里所说的拧脱力矩也就是该系列螺母的止动结构(如支架)所能承受的最小扳拧力矩。

  应力脆性

  为了防止在较高的强度下螺母发生脆性断裂,对于硬度不小于39HRC的螺母必须要进行应力脆性试验。通过对螺母施加标准给定的扳拧力矩而使其承受一定的轴向载荷,在保持一定时间后,对螺母进行目视检查,必要时剖开螺母在低倍放大镜下检查,不应产生裂纹或破裂。

  推出力

  对于成组游动螺母和托板螺母(角形螺母和单耳单孔托板螺母除外),应能承受拧入过程中所产生的轴向载荷即推出力,不应产生裂纹和影响正常使用的变形,但有的标准中会允许有轻微变形,沿螺纹轴向的变形应小于0.8mm,并应使标准螺栓至少旋入一圈。


此文关键字: 航空,航天,螺母,产品,性能,等级

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