【关键词】：柱状螺母 试验技术 研究
1 背景概述
笔者在参与团队成员一起研制某型航空航天沉头柱状螺母时，针对这种新研沉头柱状螺母在使用过程中出现的各种问题，深入进行试验技术研究后，掌握了可靠的试验验证方法，形成了专有的试验技术成果。
2.问题及改进
针对使用中反馈的问题，分别制定了相应的方案进行改进：
2.1内六方打滑改及改进
沉头柱状螺母内六方在扳拧过程中出现打滑的情况，出现在020规格以下，产生的原因为内六方深度尺寸较其他规格浅。
改进方案：在保证内六方孔与螺纹底孔不贯穿的情况下，将内六方深度尺寸进行调整，010、015、及020三个规格深度尺寸调整为2.8+0.2 ，与其他规格的深度尺寸保持一致；005规格调整为2.5+0.5。
2.2垫圈脱落及改进
由于弹性挡圈采用直径为0.6的丝材加工，其抗变形能力低，在外力的作用下，弹性挡圈从柱状螺母环形槽中滑落，导致系留垫圈从柱状螺母上脱落。
改进方案：对弹性挡圈丝材直径及加工尺寸进行调整，对柱状螺母弹性挡圈安装槽尺寸进行调整，调整后的尺寸如下图所示。
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图2 弹性挡圈改进前后尺寸
3改进后的试验验证技术
对柱状螺母及弹性挡圈从结构尺寸进行调整后，开展了相应的试验技术研究，确定了相应的试验验证项目。
1、垫圈推出力试验：
主要是验证改进后的柱状螺母组件中垫圈在受外部推（拉）力的情况下，垫圈的能否承受规定的载荷且不产生任何变形，以及失效时的力值及破坏形式。改进后垫圈承受的推出力明显增大，最小增大约为1.4倍。
2、额定剪切和极限剪切试验
对柱状螺母的上、下夹层板连接部位光杆部位剪切强度进行试验，以验证产品内六方加深后对柱状螺母剪切性能的影响情况。
对005、010、015及020四种规格的柱状螺母进行额定剪切和极限剪切试验，在施加8461N的额定剪切载荷后，四种规格产品均未出现永久变形情况，重新安装在拧紧力矩试验工装上，测试拧入力矩及拧出力矩，试验力矩均符合要求值；再将产品安装到剪切试验工装上，对四种规格的产品施加至极限剪切载荷（11000N)，检查零件是否破坏。试验中，规格为005的柱状螺母在施加至10086N载荷时发生了断裂，其余010、015及020三种规格在承受极限剪切载荷（11000N)后，检查柱状螺母，未出现破坏。
3、最小破坏力矩
对改进后的四种规格产品，按1S638的要求将柱状螺母及1S637双耳游动托板组件安装于符合标准要求的试验安装板上，再将组件安装于扭力机上，施加8.468N.m的试验载荷（试验时应对旋具施加一定的轴向载荷以防止旋具脱离内六角槽），试验后组件不得发生永久变形或者失效。经过试验，改进后的四种规格的最小破坏力矩值均大于规定的试验载荷8.468N.m。
4、拉伸试验
将改进后的柱状螺母及1S637双耳游动托板组件安装于符合标准要求夹层厚度的试验板上，施加6300N的额定拉伸载荷，连续5次加载和卸载，检查高强度快卸锁紧固件是否出现永久变形。然后用扭力扳手按最大拧入力矩3.39 N.m锁紧，再进行拧出力试验，拧出力值不超过3.95 N.m。然后将高强度快卸紧固件安装在拉伸试验夹具内锁紧，施加拉伸载荷至零件破坏，记录极限拉伸载荷。经试验，改进后的柱状螺母在承受额定拉伸力矩后未出现永久变形。
5、层板分离试验
使改进后的柱状螺母与1S637双耳游动托板组件在完全锁紧状态下承受额定拉伸载荷时，层板分离间隙不超过0.38mm，以0.38mm塞尺接触不到柱状螺母为合格。经试验，改进后的四个规格柱状螺母与1S637双耳游动托板组件组合进行层板分离间隙值小于0.38mm，符合要求；
6、安装力矩、开启力矩和夹紧能力试验
将改进后的柱状螺母与1S637双耳游动托板组件按要求安装于符合标准要求的试验板上。旋合100°沉头柱状螺母施加拧紧力矩到3.39N.m，上下夹层板应该紧靠100°沉头柱状螺母的地方彼此接触（用0.05mm的塞尺接触不到柱状螺母即可）。再进行拧出力矩试验，拧出力矩值不应该超过3.95N.m，试验结果见表6。
7、耐久性能试验
将改进后的四批柱状螺母与双耳游动托板组件安装于耐久性能试验工装上，从完全脱离的位置旋转至完全锁紧，然后再松脱，经过1500次拧入和拧出操作后，试验的快卸紧固件组件未出现断裂、裂纹或永久变形，产品耐久性能试验合格；
8、振动性能试验
将改进后的四批柱状螺母与游动托板组件安装在振动试验工装上，用扭力扳手施加3.39N.m的拧紧力矩，然后进行振动试验。振动试验后，不能有零件失效或者破坏。用扭力扳手拧紧，拧紧过程中所需的力矩应大于或等于扭力扳手定的力矩值。
9、弹性挡圈硬度试验
根据产品要求，对改进后弹性挡圈的硬度值进行检测。
10、弹性挡圈弹性试验
按GB/T959.2-86《挡圈技术条件——钢丝挡圈》中轴用挡圈的试验要求，测量弹性挡圈的弹性。将挡圈扩大至1.01d0，连续进行3次。测量内径d及开口尺寸B，均符合零件尺寸的规定。
结束语
通过研发，内六方加深后，规格为005的柱状螺母除极限剪切力不合格外，其余各项试验均合格，010、015及020三个规格的全部试验项目均合格；弹性挡圈尺寸调整后，挡圈的推出力提高了1.4倍，防脱能力得到了很大提升。
参考文献
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【5】David A.Smith.Die Design Handbook. Fundamentals of Tool Design.Society of Mannufacturing Engineers.1990
论文作者:姜松
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：柱状论文; 螺母论文; 力矩论文; 载荷论文; 弹性论文; 规格论文; 组件论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;