螺钉装配及防松技术

45

技术交流

螺钉装配及防松技术

航天科工集团第三研究院第三十三研究所 赵蕴懿 李金萍

摘要 螺纹连接以其简单、可靠、便于调节、多次拆装而无需更换的优点，在装配过程中占有很大的比重。装配过程中屡屡出现因拧紧力矩过大或过小出现螺纹紧固件或连接件失效的问题，为了提高螺钉连接的一致性和可靠性，首先通过工程方法计算确定不同规格螺钉的理论拧紧力矩值，并对防松方法进行了总结，其次通过振动试验验证螺钉拧紧力矩工程计算值是否正确、合理。最后，对螺钉拧紧力矩选取原则进行了归纳总结，以便工艺设计人员根据不同的使用环境选择。

关键词 螺纹连接 拧紧力矩 振动试验

1 引言

螺钉联接安全性的关键在于保持足够的剩余预紧力。当惯导系统在振动过程中，螺钉所受的工作力大到足以抵消预紧力时，就会出现螺钉松动或折断的危险。为预防螺钉连接失效，保证产品的可维修性和可拆卸性，常用螺纹紧固胶防松和弹平垫防松。其中螺纹紧固胶方法防松，在粘接剂的作用下，拆卸力矩成倍增长。弹平垫方法防松，平垫圈主要用于改善支承面的接触状态，保证支承面的摩擦因数稳定，对防松有一定的作用。弹簧垫圈利用其弹性产生轴向力使螺纹副轴向压紧而产生摩擦力防松，但一般用于不重要的螺纹副连接。

2 螺纹紧固力矩的工程计算方法

在工程设计中，螺纹连接件拧紧力矩一般按式（1）计算，其中拧紧力矩系数K 与螺纹大小、螺纹升角、螺纹当量摩擦角、螺纹当量摩擦系数，螺钉头与被连接件支撑面的摩擦系数有关，可针对特定的工况条件按GJB715.15规定的试验方法测出，当被联接件表面为氧化无润滑状态时，取0.24。

310−×=KdF M （1）

式中：M ——拧紧力矩，单位N·m ；

F ——轴向力，即设计时确定的预紧力，

单位N ；

K ——拧紧力矩系数；

d ——螺纹公称直径，单位mm ； 对于碳素钢螺钉，预紧力为：

F =(0.6～0.7)σs A s （2）

对于合金钢螺钉，预紧力为：

F =(0.5～0.6)σs A s （3）

式中：σs ——螺钉材料的屈服极限；

A s ——螺纹公称应力截面积，

23

2)2

(

4d d A s +=

π；

d 2——外螺纹中径；

d 3——螺纹的计算直径6

13H d

d −

=；

H ——为螺纹的原始三角形高度； d 1——外螺纹小径。

3 螺纹紧固力矩的工程计算值

螺钉常见机械性能等级有4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。小数点前的数字代表材料抗拉强度（σb ）的1/100，小数点后的数字代表材料的屈服极限（σs 或σ0.2）与其抗拉强度（σb ）比值的10倍。例如等级为 4.8的螺钉，其抗拉强度为4×100＝400MPa ，屈服极限为8×0.1×400＝320MPa 。

螺钉常见性能等级的抗拉强度和屈服极限见表1，常见螺纹紧固件的拧紧力矩见表2。

作者简介：赵蕴懿（1973-），高级工程师，机电一体化专业；研究方向：激光惯导系统专调技术。

收稿日期：2008-06-06

表1 螺钉常见性能等级的抗拉强度和屈服极限

性能等级 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 抗拉强度400 500 600

800

900

1000 1200 屈服强度320 300 400 480 640 720 900 1080

表2 常见螺纹紧固件拧紧力矩工程计算结果

螺钉标准国家标准航空行业标准

性能等级/材料牌号 4.8 5.8 6.8 1Cr17Ni2 30CrMnSiA ML25 螺纹规格螺栓拧紧力矩/N·m 螺栓拧紧力矩/N·m

M2 0.220

0.272

0.310 0.350 0.492 0.194

M2.5 0.450

0.555

0.635 0.716 1.007 0.397

M3 0.801

0.989

1.130 1.275 1.793 0.706

M4 1.862

2.300

2.629 2.966 4.170 1.643

M5 3.761

4.646

5.310 5.990 8.423 3.318

M6 6.403

7.909

9.039 10.198 14.341 5.650

M8 15.534

19.189

21.930 24.741 34.793 13.706

M10 30.758

37.995

43.423 48.984 68.884 27.139

4 螺纹紧固胶的选取方法

螺钉紧固件防松较为常用的为使用螺纹紧固胶进行防松。其中环氧胶粘接力较大，在螺钉紧固中使用后一般不可拆卸，且环氧胶一般都为双组分，操作复杂。厌氧胶具有良好的耐振性、粘结力和密封性，防松功能强，厌氧胶为单组分胶，在空气中呈液态，隔绝空气后，发生聚合反应固化，而且使用厌氧胶可进行螺纹紧固件的重复拆卸，因此厌氧胶较为常用。厌氧胶一般为系列胶，按粘接强度分为不同牌号，可根据螺纹紧固、密封等不同需要选择不同性能的胶液。乐泰200系列为螺纹锁固密封胶，应用广泛，其性能见表3。

表3 乐泰200系列产品性能特点

产品代号222

243 262 271 277 290 最大填充间隙/mm 0.13 0.13 0.13 0.13 0.25 0.10 工作温度/℃ -54～149 -54～149 -54～149 -54～149 -54～149 -54～149

室温固化速度（固定-全固）20min/24h

20min/24h 20min/24h 20min/24h 30min/24h 20min/24h 颜色紫蓝红红红绿适用螺纹直径/mm ＜M6 ＜M20 ＜M20 ＜M26 ＞M24 M2～M12

强度低强度中强度高强度超高强度超高强度大粘度中强度低粘度

使用乐泰锁固胶后,可使螺纹松开力矩增大，用胶后松开力矩增大情况见表4。

表4 使用不同螺纹紧固胶螺纹松开力矩增大情况 序号螺纹紧固胶松开力矩增大情况

1 乐泰22

2 13％

2 乐泰24

3 25％

3 乐泰262 40％5 螺钉紧固件拧紧力矩的试验验证

5.1 试验条件

为了验证螺钉拧紧力矩选取原则的正确性，进行了螺钉紧固件振动试验。确定了振动试验条件，试验条件如表5所示。因X向和Z向振动试验对螺钉的受力方向相同，故只振动X向方向和Y方向。

表5 振动试验条件

试验方向频率/Hz 功率谱密度值/g2·Hz-1 总均方值/g 时间/min

20～355 0.0338

355～710 0.0857

710～1400 0.1183

X、Y向

1400～2000 0.0761

13 10

46