A型前锁紧装置拧紧力矩研究

李晓明 焦超锋 刘冰野 任康

摘要：目前的A型前锁紧装置一般采用徒手或者用工具拧紧，没有进行定力矩操作，存在拧紧力矩过小或过大的可能。力矩过小会导致电子设备与安装架之间产生碰撞，无法实现可靠的结构互联;力矩过大会导致前锁紧装置中的螺杆断裂风险增加，同样也会导致电子设备的结构定位和互联失效。因此，需要研究并设定前锁紧装置的拧紧力矩，以提高电子设备的结构互联可靠性。

关键词：A型前锁紧;拧紧力矩

1 绪论

随着时间的推移，国内外机载电子设备的封装形式持续发展，新封装体系不断出现。但GJB441规定的ATR封装形式，仍然是电子设备结构封装的主要标准之一。GJB441标准给定的A型前锁紧装置，为满足外场徒手拆装的需要，其前端一般设计为滚花状态，安装时采用徒手或者用工具拧紧，没有进行定力矩操作，存在拧紧力矩过小或过大的可能，力矩过小会导致电子设备无法可靠固定;力矩过大会导致螺杆断裂风险增加，同样会导致电子设备的定位失效。因此，需要研究并设定前锁紧装置的拧紧力矩，以满足结构可靠互连的需要。

2 设定原则

为了保证前锁紧装置拧紧且安全可靠，给定的前锁紧装置的拧紧力矩的设定原则如下：最大值：不影响结构连接的强度，根据现有论文及研究结论，在最大预紧时，碳钢零件中产生的应力应控制在材料屈服极限的60%～70%;最小值：应保证有足够的预紧力，确保在冲击等条件下，电子设备和安装架之间不能产生松脱间隙进而导致碰撞。前锁紧装置的安装结构如图1所示。

3 拧紧力矩计算

试验表明，在前锁紧装置中，应力最大的一般是前锁紧中的螺杆，该螺杆采用不锈钢1Cr18Ni9Ti材质，外螺纹为M8规格，两侧加工为平面，平面间距为5。因此，前锁紧装置的拧紧力矩，主要针对螺桿展开。

3.1 螺杆在线性变形范围内的最大承载力F可用公式（1）表达

F=σ0.2×As（1）

截面尺寸式（1）中σ0.2，根据GB/T 12211992，其屈服极限要求≥205Mpa。

式（1）中As为螺杆的受力截面积，按照GB/T 3098.62000规定，M8×1.25粗牙螺纹的应力截面积为36.6mm2，因此，可以计算得到M8螺杆的应力半径为3.41mm。螺杆的受力截面如图2中阴影区域所示。因此，可计算图中阴影区域的面积As=30.77mm2。

前锁紧螺杆的可承载的最大预紧力计算如下：

F=σ0.2×As

=205×30.77

=6307.85（N）

3.2 螺杆可施加的拧紧力矩

螺杆可施加的拧紧力矩可按公式2进行计算。

M=K×d×F（2）

式（2）其中K是拧紧力矩系数，对于一般加工表面，无润滑的表面，拧紧力矩系数选择0.18～0.21[1]，因此，取中值K=0.195。式（2）中的d表示螺杆直径，本前锁紧中，螺杆直径d=8。式（2）中F为设定的预紧力;对于碳钢螺钉，F=（0.60.7）σs×As。对于合金钢螺钉，F=（0.50.6）σs×As[2]。

螺杆是不锈钢1Cr18Ni9Ti，应属于碳钢螺钉，故而取中值0.65。

因此，拟实施的拧紧力计算如下：

F=0.65×6307.85=4100.1（N）

因此，拟施加在前锁紧锁轮上的力扭矩计算如下：

M=K×d×F[3]=0.195×8E3×4100.1=6.40（Nm）

4 验证情况

为了证实6.4Nm拧紧力矩是否能够有效拧紧前锁紧装置，特安排进行了拧紧力矩测试，测试过程分为以下两个部分。（1）以往拧紧力矩的验证。模仿以往的安装方法，用以往的普通工具拧紧前锁紧装置，再用力矩扳手去拧紧进行等效测量。测量结果显示：原先用普通工具拧紧的前锁紧装置，等效的拧紧力矩约为5.0Nm，若用6.4Nm的力矩可以再旋入约15°。这足以说明以往用普通工具拧紧的力矩比6.4Nm小。那么，采用6.4Nm拧紧的前锁紧，应不会比以往的结构互联强度低。（2）设定力矩的验证。假设6.4Nm的拧紧力矩是正确的，那么，用比设定力矩大1.5倍的力矩进行拧紧，即：6.4×1.5=96Nm的力矩进行拧紧，具体如图3所示。拧紧保持10分钟，然后松开，检查前锁紧组件的螺纹副。发现螺纹副相关零件自由转动灵活，内、外螺纹均没有变形和损坏痕迹。这说明采用9.6Nm的力矩拧紧后，螺杆尚未达到其屈服极限。因此，采用更小的6.4Nm的拧紧力矩进行操作，螺杆式安全的。

5 研究结论

通过研究前锁紧装置的结构形式，结合以往螺纹拧紧方面的研究成果，通过理论计算，给出了GJB441中A型前锁紧装置的拧紧力矩，并经过样件制作和实际操作验证，证明了给定力矩的可行性，其连接强度高于以往的拧紧方式，采用此拧紧力矩，可提高A型前锁紧装置的结构互联可靠性，可以在后续操作中推广和应用。

参考文献：

[1]赵蕴懿，李金萍.螺钉装配及防松技术[J].航天制造技术，2008（10）.

[2]张振华，应秉斌，矫明.螺栓拧紧力矩的确定方法及相关探讨[J].化学工程与装备，2009.

[3]焦超锋，张丰华，吴慧，李晓明.预紧条件下的前紧定装置连接安全性研究[J].航空计算技术，2018，48（5）.

作者简介：李晓明（1989—），男，山西运城人，工程师，主要研究方向为机载电子设备结构设计技术。