高锁螺母的力学性能:三个力矩与两个力
高锁螺母的力学性能指标主要为“三个力矩”和“两个力”。“三个力矩”指的是锁紧力矩、松脱力矩和拧断力矩,“两个力”指的是抗拉力和预紧力,正是山于这2个重要的力学性能指标才确保了高锁螺母与高锁螺栓之间良好的装配性能。
1.三个力矩
高锁螺母其实就是一种有效力矩型的自锁螺母,唯一不同的就是高锁螺母是一次使用,因此,只考察其一次锁紧循环指标,而没有普通自锁螺母的多次锁紧循环指标。正是考虑到高锁螺母的一次使用,为了使其性能与装配达到最合理的匹配,在确定高锁螺母锁紧力矩(即第一次拧入力矩最大值)时,不需要过多地考虑多次循环后其锁紧性能的衰减情况,因此,其要比普通自锁螺母的第一次拧入力矩最大值小50%左右,这样在一定程度上降低了装配时的拧入难度,更有利于现场的装配。另外,高锁螺母的松脱力。
矩也即第一次拧出力矩最小值,由于经一次循环的衰减程度有限,故标准中规定的松脱力矩要比普通自锁螺母经多次拧出后的松脱力矩值要大,这样在一定程度上提高了防松能力。
高锁螺母的拧断力矩与前面3.5.1小节所述的断颈槽结构尺寸有关,断颈槽的结构尺寸一经确定,拧断力矩也就确定了。拧断力矩是高锁螺母获得合适预紧力的关键指标,必须进行严格控制。如果力矩过大,会造成高锁螺母的过安装,产生较大的预紧力,严重时会出现将高锁螺栓螺纹拉断的情况;如果力矩过小,会造成高锁螺母的安装不到位,表面看似上已经夹紧,但实际上预紧力并未达到规定值,这样使其在工作条件下很容易出现振动疲劳失效。
上面所说的高锁螺母的只大力矩-锁紧力矩、松脱力矩和拧断力矩,一般是在锁紧试验机上看似按照标准的试验方法进行力矩试验,通过一个循环试验便可以得到这二个力矩的数值,同时获得一个近似封闭的锁紧曲线图。
2.两个力
高锁螺母的预紧力与抗拉力之间存在一定的关系。通常情况下,高锁螺母的预紧力是其标准抗拉力的50%~80%(波音公司规定的高锁螺母最大预紧力是标准抗拉力的75%)。对于高锁连接副来说,这是较为合理的预紧力范围,可以显著降低外加载荷的应力幅,从而提高抗疲劳性能的可靠性。虽然我国军用标准中并没有规定高锁紧固件必须进行疲劳性能试验,但国外有关试验和大量的应用实践表明,高锁连接副具有良好的抗疲劳性能。
高锁螺母的抗拉力试验与普通螺母一样,也是在万能拉力试验机上测得,标准中一般会规定:在鉴定试验时,必须将螺母做到破坏,测出其最大破坏拉力值;在质量一致性试验时,允许当力值加载至标准抗拉力值时停止加载,检查螺母如未发生破坏即为符合标准要求。
高锁螺母的预紧力可通过两个试验方法测得,即浆形片法和传感器法。早期由于试验设备的局限性,一般是采用浆形片法进行预紧力试验。浆形片法主要是人工进行控制,不同的人得到的试验数据可能就会不一样,人为误差较大传感器法则是通过直接读取高锁螺母的六方被拧断后施加在传感器上的压应力的方法获得预紧力数值,整个过程由试验程序控制,还可以获得扭力曲线图,比较直观、准确。目前,传感器法已逐渐替代了浆形片法,一些标准规范也明确规定只能采用传感器法进行预紧力试验。
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