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航空紧固件常识及螺纹自锁


紧固件常识及螺纹自锁
黄翔

常用紧固件类型
1. 可拆除紧固件 普通螺栓、螺丝、螺帽、垫圈等。一般来说杆部有光杆和螺纹 的称为螺栓BOLT,按头型也可分为平头(pan head)、埋头(100 deg head)、六角(hex head)、梅花(12-point)。而杆部为全 螺纹的称为螺丝SCREW。 IPC里面有的托板螺母nutpl

ate也称其为 nut。垫圈能调节夹紧长度,还能起到保护作用,以及保证在旋转螺 栓和螺母时,不损坏被连接的零件。垫圈按材料分铝垫圈和不锈钢 垫圈等,按形状分平垫圈、带埋头窝垫圈和自调整垫圈等。 2. 不可拆除紧固件 分为实心铆钉、拉铆钉、拉螺栓、锁螺栓、内六角驱动螺栓( Hi-Lok)、托板螺帽等。还可以按材料分类(铝合金,合金钢,不 锈钢,钛合金等),按头型分类(凸头和埋头),按受力类型分类 (抗拉,抗剪),按孔径分类(标准级,加大一级,加大二级等)

紧固件代码
波音飞机使用的紧固件代码 是工程图上使用的一种规范标识 ,主要是工程师用于根据图纸确 定件号,其基本构成如下: 1. 紧固件代码左上角的1-3个字母 为紧固件基本代码,通常出现在 波音生产图纸中,具体含义参考 SRM。 2. 紧固件代码右上角的1-2位数字 为直径代码,对螺栓和螺丝是以 1/16in为单位,对铆钉和Hi-Lok 是以1/32in为单位。例如,对普 通螺栓和螺丝,右上角的数字为 6,则表明该螺栓或螺丝的公称 直径为6/16=3/8in;而对于铆钉 和Hi-Lok,右上角的数字为6, 则表明该铆钉或Hi-Lok的公称直 径为6/32=3/16in。因此,只有 明确了紧固件的类型之后,才能 确定紧固件代码右上角1-2位数 字所代表的公称直径。

紧固件代码
3.紧固件代码右上角的字母 N(near)或F(far)代表的是紧固件安装方向。具体到某一视图中,标N的 紧固件要将其制造头一端安装在视图近边,即图中实线一侧,标F的紧固件要 将其制造头一端安装在视图远边,即图中虚线一侧。如果没有特殊标注N或F ,可根据具体安装位置的要求(尽量以AMM为准而不是IPC),从气动光滑型 、紧固件是否干涉其他零件等方面来确定。在既没有标注N或F,又无法根据 安装位置要求来确定螺栓安装方向时,尽可能地将螺栓头朝上或朝前安装。 4. 紧固件代码右下角的1-2位数字为夹紧长度代码。不分紧固件类型,夹紧长度 均以1/16in为单位,但夹紧长度与紧固件头型有关。 对凸头紧固件,夹紧长度指其光杆部分的长度,以1/16in为单位,不包 括 制造头部分和螺纹部分。 对埋头紧固件,夹紧长度指其光杆和头部的长度,以1/16in为单位,不 包括螺纹部分。

紧固件件号
标准件紧固件件号采用的有波音公司标准(BAC),美国航空标准(NAS),美 国海军标准(AN),美国军标(MS)等。 1. 常用螺栓及Hi-Lok件号的前缀一般为:BACB30,NAS6603-6620,NAS67036720,NAS8702-8716等。 2. 常用螺丝件号的前缀一般为:BACS12,NAS514,NAS563,AS600-606等。 3. 常用实心铆钉件号的前缀一般为:BACR15,MS20426,MS20427等。 4. 常用螺帽件号的前缀一般为:BACN10,NAS1804,NAS1805等。 5. 常用垫片件号的前缀一般为:BACW10,AN960,NAS549等。 紧固件件号中的数字和字母组合隐含了紧固件标准、头型、材料、镀层、公称直 径、夹紧长度、耐热性能等多方面信息。 例如,NAS6706U8这个件号表了这是一种满足美国航空标准(NAS)的六角凸头螺 栓(数字67),公称直径为6/16=3/8in(06),材料为A286不锈钢并经过钝化处理( U),夹紧长度为8/16=1/2in(8),最高耐热温度1200华氏度。 件号为标准件的紧固件,在相应的波音产品标准中给出了其相应的头型、材料、 镀层、公称直径、夹紧长度、耐热性能、合格的生产厂家等内容。

自锁螺纹与自锁螺母
航空器的螺栓连接一般都有防松措施,如保险丝、开口销、保险片、保 险螺杆等,较小的托板螺母通过椭圆孔实现自锁,这种螺母在未安装时孔为 椭圆形,还有通过螺母尾部开槽夹紧的。 除此之外螺纹自锁是一种最常见的防松措施,螺纹自锁一般通过特殊 的螺纹牙型来实现,自锁螺纹的螺距(牙距)较小。 自锁性能一般来说取决于螺母,除非螺杆损坏特别严重,故自锁力太小 故障一般情况下可以通过更换螺母解决。自锁力太大则需要考虑检查螺杆螺 纹。

自锁螺纹一般有方向性要求, 只能在一个方向实现自锁,此类 螺母一般设计得只能一个方向安 装。如右图中的梅花螺母( 12points nut,也叫双六角螺母 ),从安装的方向性要求也能看 出该螺母是否自锁。

要了解的力及力矩定义(参考Boeing的 20-50-01) 要了解的力及力矩定义(参考Boeing的SOPM 20-50-01) Boeing

主要了解的几个参数
在手册中提及比较多的参数主要是以下四个: (1)自锁力矩(self-locking torque, prevailing torque,locking torque) (2)松开力矩(breakaway torque) (3)保持力矩 (run on torque, running torque, driving torque) (4)安装力矩(installation torque)

一:自锁力矩
自锁力矩(self-locking torque):对有自锁性能的 螺帽,在拧螺帽时,当螺帽和螺栓的螺纹部分100%完全咬 合,但还没有和被紧固的飞机零件接触时的力矩值。 自锁力矩用于检查自锁螺帽能否重复使用。 对于一些重要的螺栓连接,如A320发动机吊点螺母 的自锁力矩要求(要求测量在露出两牙螺纹后继续拧紧时 的力矩)在70-600磅吋之间。如果太小就需要更换螺母后 再次测试,太大则可能是螺母的问题也可能是吊点螺杆的 问题,需要检查后更坏损坏件。

二:松开力矩
松开力矩(breakaway torque):在螺栓头不加载 (即螺母不接触被紧固面)的情况下,将螺帽从原安装位 置拧松转动的扭矩值,一般用最小值,即最小松开力矩。 最小松开力矩小于最小值允许值说明该螺母需更换。 该力矩也用于检查螺母的自锁性能。 A320碳刹车CMM里面对刹车的固定螺母要求检查此 力矩。

三:保持力矩
保持力矩 (run on torque, running torque, driving torque) :对有自锁性能的螺帽,保持力矩和自锁力矩的定 义一样。对于没有自锁性能的螺帽,指的是:在拧紧螺帽和 螺栓时,使紧固件保持转动但还没有和紧固件下面的飞机零 件接触时的力矩值。一般使用最大值,即最大保持力矩值。 对于一些重要部件的紧固件,手册在安装时就需要检查 保持力矩,主要目的是为了确保有足够的夹紧力(clamp up force)。 例如:737NG前轮转弯手轮固定螺母安装时要求力矩为: 大于running torque 100-150 磅吋,所以这种安装首先要 测得其保持力矩(建议用指针式的力矩扳)后才能打力矩。

四:安装力矩
如果AMM中已注明力矩值,则以注明的力矩值为准。在AMM、波音标准大 修工艺手册(SOPM)中给出了螺帽和螺栓的力矩值。结构修理时螺帽和螺栓 的扭矩值参考SRM 51章。 1. 上述手册给出的是拧紧螺帽力矩值范围而不是拧紧螺栓头的扭矩值 范围。在有些情况下,需要拧紧螺栓头,这时拧紧螺栓头的扭矩值应为给出 的螺帽扭矩值最大值±10%。例如,给出的拧紧螺帽的力矩值为280~450 lb-in,那么拧紧螺栓头的力矩值就应该是405~495 lb-in。 2. 上述手册对同一种螺栓和螺帽给出了两类力矩值,一类是润滑螺栓 ,即制造时涂有润滑干膜(MIL-L-46010)的螺栓,以及安装说明要求在螺纹 上涂抗摩擦化合物或防咬合剂或润滑脂(EASE-OFF 990,BOSTIK NEVER-SEEZ, MIL-C-11796,MIL-G-23827, 酒精)的螺栓; 其他的则属于另一类,即干安 装螺栓。

例子
一般来说:前三个力矩值是远小于安装力矩的,例如: 件号为BACN10JC7CD的自锁螺母安装力矩为250-350磅吋(干安 装)和240-300磅吋(润滑安装,如使用防咬剂、也就是黑油 膏的情况),但其最小松动力矩为14磅吋,最大自锁力矩为 100磅吋。 也就是说:在没有夹紧力的情况下,松的方向拧的力矩 不能小于14,无论松还是紧力矩不能大于100磅吋。 以上情况仅仅适用于标准件紧固件的查询,非标准间参 考具体的安装手册。

对细牙和粗牙自锁螺帽的自锁性能要求
满足波音产品标准BPS-N-70的细牙自锁螺帽和满足美军标MIL-N-25027的粗牙自锁螺 帽允许的最小和最大自锁力矩见下表,是否满足该标准可查相应的螺母的产品标准,如查 询件号为BACN10JC7CD的螺母可以在波音网查询标准“BACN10JC”即可知该螺母是适用于 左表的。以下文字节选自SOPM对自锁螺母的描述,提到的表1即为下表 以下文字节选自SOPM对自锁螺母的描述, 以下文字节选自SOPM对自锁螺母的描述 提到的表1

AMM对旧螺钉使用的风险提示 AMM对旧螺钉使用的风险提示
A320的AMM20-21-11里对在安装使用过的旧螺栓/螺钉及螺 帽时,有以下描述: 安装使用过的螺栓/螺钉及螺帽时: ? 因为润滑的减少预载荷会削弱(也就是说打同样的力矩旧 螺钉施加在被紧固件上的预紧力会减小)。 ? 可能会造成螺栓/螺钉及螺帽上的防腐涂层损伤,从而导 致被紧固件(如钢板、钛板、不锈钢板上的螺栓/螺钉及 螺帽)的腐蚀及咬死。 ? 可能会造成贴合面损伤

AMM对旧螺钉/螺栓、 AMM对旧螺钉/螺栓、螺帽使用要求 对旧螺钉
A320的AMM20-21-11里对在安装使用过的旧螺栓/螺钉及螺 帽时,有以下要求: ? 禁止再次使用铝制螺母 ? 对于其他材质:确保螺栓/螺钉及螺帽是可用的(经质量 部门或者合格机械员认可) ? 紧固件的涂层无损伤(检查螺栓/螺钉及螺帽的螺纹、螺 母和扳手的贴合面、螺杆头及光杆)

CMM对320碳刹车安装紧固件的检查要求如下图: CMM对320碳刹车安装紧固件的检查要求如下图: 碳刹车安装紧固件的检查要求如下图

螺母安装注意事项
从CMM要求可见每次刹车送修都需要做螺杆目视检查及探 伤、螺母的松动力矩检查、该松动力矩也直接反应了该螺母的 自锁性能。 可见:正常情况下只要是从附件车间经检测合格的刹车, 并且航线在更换时也将螺母一起更换了,螺母的自锁性能应该 能够保证。 但如果我们在安装刹车或其他自锁螺母时发现螺母转动 力矩较小或者很松就需要检查螺纹是否滑丝或有其他损伤,并 按需测试其松动力矩是否满足要求或者更换新的螺母。

注意事项(参考SOPM20 50-01) SOPM20注意事项(参考SOPM20-50-01)
? 螺栓安装需要根据孔的叠加层厚度,通过安装垫圈来调节夹紧长度,以保 证螺栓的正确安装。 ? 螺栓、垫圈和螺帽安装后,螺纹必须完全咬合、螺栓的螺纹端有倒角的要 求将倒角露出螺帽,如果螺纹端头没有倒角,则要求螺栓螺纹露出螺帽至 少1-1/2圈螺纹。 ? 螺帽不能骑在螺栓光杆上,即螺帽不能骑在螺栓螺纹靠近光杆一端的那一 牙不完整螺纹上。安装盖板螺钉时力矩突然增大但盖板却没被压紧就是属 于螺帽顶到了光杆的情况,这是不允许的。 ? 如果AMM在安装里没有提到力矩值不代表安装时没有力矩要求,对于标准 紧固件的力矩可以查询AMM20章或者SOPM(对波音而言)。 ? 城堡螺母找孔时先用力矩下限值打到力矩值后往拧紧的方向找孔。 ? 为保证被连接部分接合、贴紧和受压均匀:圆圈或者多排螺钉的情况下, 不要一个接一个的拧紧相邻的螺杆。在安装螺杆形成一个封闭模式的情况 ,如一个圆圈的情况下,按照对角拧紧。

垫片的安装(参考SOPM20-50-01) 垫片的安装(参考SOPM20-50-01) SOPM20
垫片的安装的一般原则是:一个 螺栓最多使用3个垫圈,埋头窝垫片( 内倒角垫片)安装在螺栓头下(如右 图所示),并确保倒角朝螺杆头的方 向以避免螺栓头与光杆之间的镦造圆 角与紧靠螺栓头的飞机零件孔的棱角 相干涉; 将1~2个平垫圈安装在螺帽 下面。 如果被连接的飞机零件上的螺栓 孔在靠近螺栓头一侧的孔本身有特殊 倒角,则不必在螺栓头下安装带埋头 窝的垫圈。

注意事项(参考SOPM20 50-01) SOPM20注意事项(参考SOPM20-50-01)
? 除非是全螺纹的螺丝,或者靠近螺帽一端的零件的厚度大于 0.093in,螺栓一般不允许其螺纹进入到孔内。如果靠近螺帽 一端单层零件的厚度大于0.093in,最大允许螺栓的螺纹伸进 孔内靠近螺帽一端单层零件厚度的25%,厚度大于0.093in的飞 机结构件最多允许螺纹伸进孔内2牙螺纹。 ? 考虑到防腐要求,对用于平垫圈的材料也有要求,最简单的 方法是安装和手册要求的平垫圈件号一致的垫圈。 ? 螺栓安装需要使用勾尺(单位:1/16in)来测量螺栓孔的深度和 螺栓的夹紧长度,并按需要使用垫圈来调节夹紧长度。

波音电气的标准施工有SWPM参考, 机械的标准施工手册则是SOPM,希望 大家能有空多看看!

谢谢!


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