航空紧固件尺寸快速测量法及力矩扳手使用事项

1、什么是紧固件力矩?

力矩,是力(F)和力臂(L)的乘积(M)。对于航空紧螺纹固件,需要使紧固件之间有合适的接触来克服两个独立部件之间的张力或者剪力,同时不能损坏紧固件的内部结构。因此,对螺纹紧固件设定合适的力矩就显得尤为重要。设定力矩或者打力矩时,就需要使用力矩扳手。

2、航空紧固件都有哪些呢?

飞机上常见的螺纹紧固件包括螺栓、螺钉、螺帽和垫圈。值得一提的是螺纹紧固件不论大小、型号和安装位置,都有其相应的安装力矩要求。

(1)螺栓

螺栓可以将两个或者更多的部件固定在一起,大部分螺栓头部是六边形或者十二边形。螺栓的尺寸通过杆长和直径确定(如图1所示)。

图1 螺栓尺寸的定义

按照累纹齿牙间距的不同,又可分为粗牙螺纹螺栓和细牙螺纹螺栓(见图2)。在实际应用中,力矩的大小只和螺栓的直径和螺纹的齿牙类型有关。一般情况下,不同型号螺栓的直径间隔为1/16;螺纹齿牙用每英寸的数量来表示。如图3所示,圆圈中的螺纹尺寸0.375-24意味着这个螺栓的直径是3/8,每英寸螺纹的齿牙是24个。而当我们拿到一个螺栓时,如何能够快速确定螺栓的尺寸呢?

我们知道常用的开口扳手的尺寸间隔一般也是1/16,因此用合适的开口扳手卡住螺杆,可以很快确定螺栓的直径。

图2

图3 粗牙螺栓(上)和细牙螺栓(下)(两个螺栓的直径皆为3/8)

而对于齿牙尺寸的确定,就需要用到专用工具螺纹牙规(screwpitchgage)或者螺距规(见图4)。螺纹牙规由很多薄片组成,每个薄片上的齿牙都和某一尺寸的螺纹齿牙相互补。测量时,将牙规的齿形钢片卡在螺栓上,如果不密合,就换一片,直到密合为止。这时该钢片上标记的尺寸即为被测螺纹的齿牙尺寸(见图5)。

图4 螺纹牙规

图5 16的牙规与3/8-16的螺栓密合

(2)螺钉(screws)

螺钉是在飞机上使用较为广泛的另—种带螺纹的紧固件,其结构与螺栓类似,它与缧栓的主要区别是制作材料的强度低,因此几乎不用在承力结构上。

飞机结构上常用的螺钉有三种,即广泛使用的机械螺钉、强度性能和缧栓接近的结构螺钉和常用在轻便材料上的自攻螺钉。

(3)螺帽(nuts)

螺帽是另外—种常用的螺纹紧固件,常与螺栓和螺钉配合使用。

在飞机上,特别是在一些高震动区域,起落架发动机区域,必须要采取一些方式防止其意外松动或者脱落。常用的方法有安装开口销,打保险丝和使用自锁螺帽。对于开口销螺帽,不能为了强求螺帽的合适安装位置而随意更改力矩。应当尝试更换不同的垫片从而在合适的安装位置获得符合要求的力矩。

而对于自锁螺帽,必须将螺帽拧到位以后,再开始打力矩。此外,由于自锁螺帽的自锁能力使得其自身具有不可忽视的毛力矩,即需用较大的扭力才能将螺帽拧到位。因此,在打力矩时,必须要将毛力矩和目标力矩值相加,才能获得正确的力矩值。对于毛力矩的测量,有很多种方法。最常用的是将自锁螺帽拧到露出齿牙,然后使用偏转梁式或刻度盘式力矩扳手缓慢带紧自锁螺帽,从而在刻度盘上获得毛力矩的读数。而对于可重复使用的自锁螺帽,需要对其自锁能力进行测量,从而判断该自锁螺帽是否能够再次使用。

(4)垫圈(washers)

垫圈为螺帽提供了支撑面,同时也为螺帽和螺栓提供了合适的夹紧段长度。同时它也常用来调整开口销螺帽的安装位置。此外,它还可以增加螺母和构件之间的张力,从而防止螺帽因震动而松动。在飞机结构中常用到三种垫圈——大面积垫圈、自锁垫圈和特殊垫圈。

3、力矩扳手的使用注意事项

力矩扳手是贵重的精密仪器。为了能够实现航空维修的规范化并且延长力矩扳手的使用寿命,以下几点需要注意。

(1)力矩扳手不能用于拆卸

力矩扳手是一种计量器具,特别是业内普遍使用的机械预置式力矩扳手,只能用于在拧紧螺丝时确定扭矩,绝不能作为拆卸工具去拧松已经紧固的螺丝。虽然有些力矩扳手可以通过棘轮的拨片切换为逆时针操作,但仅能用于拧出已经松脱的螺丝。螺纹在紧固状态下的静摩擦力远大于松脱状态下的动摩擦力,特别是螺丝安装一段时间后,松开螺丝所需要自勺扭矩远大于拧紧时的扭矩(可达到1.5倍),反向使用容易使扳手内部结构损坏,导致无法正常使用。有的力矩扳手,如刻度盘式力矩扳手可以双向测量扭矩,但逆时针操作并不是用来拧松螺丝的,而是用来拧紧反向螺纹的。因此,在拆卸螺丝时,应当先使用普通扳手拧松,再用力矩扳手或棘轮扳手提高拆卸速度。

(2)选择正确的量程

力矩扳手都有扭矩范围,称为量程。为了防止对扳手和零件的损害,在使用力矩扳手前,务必正确了解扳手的使用量程。一般来说,选择力矩扳手时,最好是工作值在该扳手量程的20%-80%之间,这样可以确保扳手内部结构不会经常触及临界点,增加扳手的使用寿命,保证长期使用的精确度。

(3)保持正确的施力过程

在对力矩扳手施力前,务必要确保扳手头和紧固件接触紧密,手持的部位应在扳手手柄后端,同时锁上调节旋钮。打力矩的过程中,越是接近预置扭矩越是应当平稳均匀缓慢用力,不可以使用中力,以免超出标准扭矩。达到预置扭矩后,应立即停止用力。如果对紧固件施加的力矩超过了所要求的力矩值,应当先将紧固件拧松,然后重新打力矩。此外,为了确保力矩符合要求,应该至少再做两次力矩检验。

(4)使用后及时归零

对于拖跳式力矩扳手,在使用前都需要对力矩值进行预设。在使用后对其及时归零有利于避免内部弹簧发生塑性形变,从而延长力矩扳手的使用寿命并有利于保持力矩扳手的精度。对于在设计上不能归零的力矩扳手,应当在使用后归位到最小零刻度。

(5)轻拿轻放

力矩扳手是精密仪器,精度容易受到震动的影响。为了能够使力矩扳手保持精度,延长使用寿命,在使用中务必要轻拿轻放。对于有包装盒的力矩扳手,应在运输过程中将力矩扳手放置于包装盒内。