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自锁螺母力矩衰减速度研究

文章作者:mobao 发布时间:2021-07-20 18:32:08 浏览次数:0

现在在航空范畴发动机的制造,生产,修理中螺纹衔接安全性遭到了高度重视,特别关于自锁螺母来说,因为具有良好的抗震防松,可重复运用,因而成为了航空业广泛选用的螺纹衔接元件。


自锁螺母选用塑性变形在螺纹副构成摩擦力以防止螺纹出现松动,但在重复运用中螺纹副间自锁力矩会逐渐减少,特别在发动机存在冲击或许明显载荷变动状况下,这种现象愈加明显。


在本研讨中针对内、外部要素对螺纹衔接松动的影响进行剖析,希望能够为后续航空范畴发动机的研发、运用、保护供给辅导依据。


一、自锁螺母的运用周期


从自锁螺母原理上来看,为确保螺纹衔接功用和可旋和性,要求螺纹合作面之间保持必定空隙。


依据研讨结构松动办法,首要是在处于动载荷条件下螺纹之间存在相对振荡进而会下降螺纹副摩擦系数,使螺母回转乃至出现松动,在航空元件中螺纹衔接线是其重要元件,螺纹防松的规划关于产品来说具有十分重要的含义。


常见的防松办法包括三种类型:


榜首,损坏螺旋副运动关系的防松办法,首要运用焊接或充填能够使螺母螺栓螺纹出现部分变形,完成螺纹防松的作用。


第二,机械放松,是指在拧紧螺母后能够运用附加锁紧元件以防出现螺母和螺栓相对滚动的状况,常选用的是开口销、止动垫圈等,可添加螺纹副分量和拆卸难度。


第三,摩擦力防松,首要借助添加触摸面摩擦力进而到达螺母防松作用。


关于自锁螺母来说,可通过螺母锁紧区域完成径向变形进而完成防松作用,当螺栓旋入自锁螺母收口变形方位时,螺母的收口变形方位会对螺栓构成径向揉捏作用力,进而使螺纹构成静摩擦力,而使螺纹表面具有抗松动力矩。


制造螺母防松无需借助其他辅助锁紧元件,其也是现在航空范畴元部件的重要防松办法,但随着自锁螺母的运用会使其自锁力距出现衰减。


结合现有研讨,对自锁螺母通过15次重复试验之后会接近自锁力距的极限值,在运用过程中因为螺纹副锁紧区域和配备状态,加工质量等问题,导致其生产的产品无法到达预期寿命,因而需采取有效办法以下降自锁螺母运用中锁紧力矩衰减,以进步其运用周期。


二、自锁螺母力矩衰减的影响要素剖析


(一)选材和热处理办法


结合发动机安装方位规划工况关于航空范畴的紧固件来说,能够挑选不锈钢,结构钢或许钛合金等多种资料进行紧固件资料,挑选上逐渐出现高强度和耐高温等趋势。在发动机自锁螺母规划中广泛运用一些高温合金资料。


合理挑选资料是确保产品质量的要害。自锁螺母的运用寿命与现有的试验研讨证明,螺母运用资料以及热处理办法均会影响其自锁螺母的力矩衰减,一起还需要注意螺纹的资料、硬度和涂层匹配性。


(二)锁紧结构


挑选适宜的资料和操控好热处理办法关于提高螺母的锁紧体系来说具有明显影响,但因为自锁螺母首要依托摩擦力进行防松,因而防松结构办法、尺度在受力过程中螺纹衔接件的运动关于螺纹松动发生的影响是比较明显的,因而自锁螺母运用周期会遭到螺母锁紧结构特色和锁紧区域变形量的影响。


榜首,典型的锁紧结构,现在关于航空范畴来说常运用的自锁螺母锁紧结构是椭圆压扁结构,非金属嵌件结构和开槽收口结构。


非金属嵌件是运用非金属资料的弹性功用以完成薄膜防松作用,其余均选用锁紧区域收口变形的自锁作用以完成防松。


通过对发动机中自锁螺母的实际运用状况成果发现,关于不同锁紧区域的结构自锁螺母的运用作用,重复运用稳定性均会存在较大差异,运用有限元软件对螺纹副不同锁紧结构完成仿真剖析,成果发现螺纹副中配体的受力变形状况会影响锁紧区的触摸面积和受力均匀功用,并且与锁紧功用稳定性具有直接联系。


三、试验剖析



(一)自锁螺母的资料



为进一步剖析锁紧区域结构变形关于锁紧力矩衰减发生的影响,在本研讨中以10个产品为一组展开锁紧力矩功用剖析。在处于室内条件下选取相同标准的非金属嵌件螺母以及椭圆收口,开槽收口,三点收口的自锁螺母展开力矩试验剖析,如下所示为试验成果。


通过研讨发现,嵌件自锁螺母依托非金属资料弹性功用在整个过程中外螺纹牙型具有较大的容纳面积,理论上自锁力矩衰减程度较小,但实际运用过程中选用尼龙嵌件自锁螺母在第1、第2次试验中自锁系能较好,因为遭到温度影响较大,安装发热之后力矩会快速衰减,运用温度应低于100℃,因而这种类型的自锁螺母受非金属资料功用温度的影响是比较大的。


关于金属自锁螺母首要依托锁紧区域收口变形状况,对螺纹副部揉捏触摸发生的过盈量,比较非金属自锁螺母来说,该资料的运用寿命受温度影响较小,而锁紧区域变形以及变形量操控发生的影响是比较大的。


关于自锁螺母存在开槽收口和椭圆压扁收口这两种变形办法,后者工艺简略,也是国内一些自锁螺母常用办法。因为该变形办法仅需要依托两点触摸受力,其变形量关于自锁力矩衰减发生的影响是比较大的。


开槽收口首要是指螺母尾部方位开6-8个均匀槽口之后径向收口变形,使其能够与外螺纹完成多点过盈触摸。通过研讨剖析,这种变形办法相对椭圆压变变形办法来说受力愈加均匀,且锁紧力矩比较稳定。


关于不开槽三点收口的办法是新型自锁螺母的规划办法,其能够克服传统开槽螺母的工艺缺陷,且整体受力均匀。通过现有的研讨发现,选用三点变形办法关于提高螺母运用周期来说具有十分重要的含义。


(二)锁紧结构尺度


结合典型结构螺母可完成自锁锁紧区域为薄壁圆柱形,因而其尺度包括锁紧区域轴向长度尺度,外圆直径和锁紧区域变形量。


通过研讨发现,在处于必定变形量条件下恰当添加锁紧区域轴向长度可添加螺纹副触摸面积,屡次拧入螺栓后拧出力矩衰减斜率减小,可提高自锁螺母的运用周期,一起还会从必定程度上添加螺纹副的分量,该办法与实际产品质量操控的理念不符合。


其次,在处于相同变量条件下能够恰当改动锁紧区域外周半径,但整体来看衰减斜率基本一致,需要在保证初次拧入力矩不超过额定范围下,恰当添加收口区的壁厚,可提高螺母的运用周期,锁紧区域的变形量能够从必定程度上反映螺纹副中径向过盈量巨细,也是影响整个螺母锁紧功用的重要要素。


要想使自锁螺母获得最小锁紧力矩,需使其具备满足过盈量,当过盈量较小,锁紧力矩试验不合格,这种状况下可恰当添加收口变形量来进步产品合格率。


通过研讨发现,收口变形量与锁紧力矩添加并不是单纯出现线性关系的,特别是椭圆压扁收口的螺母,假如其变形量较大,会使力矩衰减斜率添加,下降螺母的运用周期。


从结构优化角度上来看,虽然自锁螺母有不同的衔接结构,办法,可规划为不同办法,但关于航空发动机来说要求元件的结构紧凑,常规螺母结构为十二角板拧结构,自锁收口区可完成自锁螺母的功用。


为确保板拧结构完成正常运用,要求锁紧区域具有较大的容纳面积,螺母轴向尺度较长,现有的工艺能够运用简略椭圆收口以完成自锁作用,通过优化规划之后,该结构取消原有独立收口变形椭圆段,恰当延长轴线方位的十二角板拧区域,在该区域中紧扣螺母板拧区域能够选用三口收口办法使其构成自锁区。


运用这种结构规划可恰当提高板拧结构的安装稳定性,一起还可添加自锁区域的稳定性。


通过优化之后螺母收口区是12角安装面,在不影响板拧结构运用的状况下可确保其自锁功用。收口方位选用三点办法,其变形量相对椭圆收口来说要小,与螺栓触摸,自锁区容纳面积添加,因为收口区域受力均匀,因而会从必定程度上提高自锁功用的稳定性。


四、结 论


总而言之,现在自锁螺母作为一种重要的防松产品,其自锁功用稳定性会影响产品衔接功用。


在本研讨中通过剖析自锁螺母的运用周期,阐述了优化提高自锁螺母周期为目标,通过试验优化之后,自锁螺母锁紧功用有明显提高,进一步阐明该办法关于提高紧固件的保护性可靠性来说具有十分重要的含义。

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