托板自锁螺母推出力试验研究

尹振波等

摘 要：目前国内现有的自锁螺母推出力测量方法标准并不完善，推出力试验后产生的沿螺纹轴向的变形测量方法并不明确。通过对国内外推出力测量方法标准进行研究，提出了使用传感器对变形量进行测量的方法，并对比分析了三种不同的自锁螺母推出力试验结果。

关键词：自锁螺母；变形量；推出力

托板自锁螺母是飞机中一种较为特殊的紧固件，是确保螺纹副顺利连接的必要结构，托板自锁螺母属于单面连接紧固件，适用于狭窄部位或封闭结构[1]。通常情况下，托板自锁螺母分为固定托板自锁螺母和游动托板自锁螺母，螺母一般是通过托板结构上的铆钉孔铆接在被连接的部位上。目前，国外还出现了挤压式和粘接式的游动托板螺母，这样在被连接件上就无需打上固定托板的铆钉孔，这样不仅省时省力，还能提高被连接件的疲劳寿命。

推出力试验是托板自锁螺母的一项典型试验。推出力是指螺栓拧入时螺母所受的轴向力，在产品技术条件规定的推出力范围内，试样不能出现任何裂纹和破坏，游动托板螺母不应脱离其支架，试样的任何轴向变形应小于产品技术条件的规定值[2]。推出力试验见图1所示。

目前国内外均有相应标准对托板自锁螺母的推出力测量方法进行规定，但在实际测量过程中发现标准中对于推出力试验后螺母沿螺纹轴向变形量的测量方法并未说明试验操作过程，而且在试验过程中，变形量的测量往往被忽略。分析现有的国内外托板自锁螺母的推出力测量方法相关标准，提出将传感器法应用于变形量的测量，并进行了试验研究。

1 国内外标准情况

国外自锁螺母推出力测量相关标准见表1所示。

国内自锁螺母推出力测量相关标准见表2所示。

ISO 5858和ISO 7481规定成组游动螺母和托板螺母（角形螺母和单耳托板螺母除外）需进行推出力试验，螺母应能承受拧入过程中产生的轴向载荷，同时不产生裂纹，沿螺纹轴向的变形应小于0.8mm，并应使标准螺栓手动旋入一圈。试验前通过铆钉或螺栓将螺母固定在试验夹层上，通过球形推杆对螺母施加轴向推出力，或者通过将试验螺栓拧入螺母并对螺栓施加轴向推出力；卸除轴向载荷，检查螺母是否破坏，并通过塞尺检查螺母沿螺纹轴向的变形是否超过标准要求，试验中铆钉和螺栓的变形不应判断为螺母破坏。

NASM 1312-22规定的推出力试验方法与ISO 7481基本相同，不同之处在于螺母是通过NASM20426AD铆钉固定在试验夹层上，螺母沿螺纹轴向的变形是通过精度0.0005in的百分表实现。

NASM 25027规定的推出力试验方法与ISO 7481相似，不同之处在于螺柱或顶出装置应具有一个直径至少等于螺纹直径+0.03in的半球形头部。

AS 4393和AS 5878规定的推出力试验方法与ISO 7481相似，但标准中没有要求对螺母沿螺纹轴向的变形进行检查，只是要求经过推出力试验后，螺母仍然可用。

GJB 715.4规定的推出力试验方法与ISO 7481相似，不同之处在于螺母是通过LY12或其他铝合金沉头铆钉固定在试验夹层上。

GJB 3580、HB 7595、HB7686与ISO 5858规定的推出力试验方法基本一样，但是推出力试验后用标准螺栓旋入一圈这一点上，未提到手动。另外HB 7595规定的不进行推出力试验的螺母为角形螺母和单耳单孔托板螺母。

从国内外相关标准情况来看，国内外标准中的推出力试验方法基本一致，差别在于螺母的固定方式、試验芯棒的选择、变形量的检测和试验后标准螺栓的拧入方式等。其中变形量的检测在标准中并未进行详细的说明，变形量检测工具主要有塞尺和百分表，塞尺测量操作方便，但是不能精确得出数值；百分表检测操作过程复杂，工装设计难度较大。针对这些问题，作者提出利用传感器法检测变形量，不仅试验精度较高，操作也相对简便。

2 推出力试验过程

推出力试验按产品标准对应的试验规范进行，试验示意图见图2：

从图2可知，通过垫块将试验螺栓、被试螺母和位移传感器进行装配，试验过程如下：

2.1 将托板自锁螺母按相应的安装程序安装在规定的试验夹层上。

2.2 将安装好的组合件固定在试验工装上。

2.3 将位移传感器置于试验螺栓或半球形头部下方，使其接触，初始位移量为S1。

2.4 通过螺栓沿轴向对螺母施加标准规定的试验载荷。

2.5 卸掉轴向载荷，此时位移量为S2，检查螺母破坏情况并做记录。

2.6 取标准螺栓手动拧入螺母，检查是否可以旋入一圈。

托板自锁螺母的变形量为（S2-S1），其中位移传感器由Solartron Metrology制造。

3 对比试验分析

取三种典型托板自锁螺母进行推出力试验，如图3-图5所示。图3所示双耳双孔托板自锁螺母通过铝合金铆钉固定在试验夹层上；图4所示挤压式无铆游动托板自锁螺母通过托板下方的齿型外壁挤压试验夹层实现固定；图5所示粘接式游动托板自锁螺母通过胶粘剂CB200固定在试验夹层上。

三种螺母的技术参数见表3所示：

对三种螺母进行推出力试验，试验过程见图6所示：

从图6可知，被试螺母固定在试验夹层上；试验夹层和传感器通过垫块来支撑；传感器通过顶丝固定；试验机通过螺栓对螺母施加推出力，最后的变形量值通过传感器自带的软件进行读取。

针对A、B、C型三种螺母，各取5件进行推出力试验，三种螺母均能承受标准规定的理论载荷，并且试验后均能让标准螺栓旋入一圈，三种螺母推出力试验后变形量见图7所示。

由上述试验可知，三种螺母推出力试验后变形量均小于标准理论值要求，双耳双孔螺母和粘接式螺母推出力试验后的变形量较小，挤压式螺母的变形量略大。

从三种螺母的连接形式来看，粘接式螺母综合了其余两种螺母的优点，既无需在夹层上钻孔，推出力试验后的变形量也较小。

4 结束语

4.1 国内外关于推出力试验方法的标准差别不大，但对于变形量检测的方法均没有详细说明，标准中仅提到使用塞尺或百分表进行测量。

4.2 传感器法应用于变形量的检测，既简便又可以精确测量变形量的大小。

4.3 粘接式紧固件性能良好，或将成为未来航空紧固件的发展趋势。

参考文献

[1]航天精工有限公司.紧固件概论[M].国防工业出版社，2014：28.

[2]GJB715.4，紧固件试验方法托板自锁螺母推出[S].

作者简介：尹振波（1985-），男，硕士，工程师，研究方向：标准件技术及应用研究。