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当一颗螺丝想去太空,要经历怎样的考验?
2021-11-25 13:20:11 酷扯儿

从生活到生产,都离不开被称为“工业之米”的紧固件。

比如小小的一颗螺丝钉,无论是近在掌上的智能手机还是远到探索太空的航天器,工业社会处处都有它的身影。

当一颗螺丝钉想去太空翱翔,要经历怎样的考验?

从原材料开始千锤百炼,按最高标准千挑万选,经过重重工序,一颗小小的螺丝钉才有资格上天。

在中国空间站建设、“嫦娥”探月、“天问”探火等重大工程任务中,中国航天科工航天精工为航天器配套了数以百万计的紧固件,以“百万无一失”的标准圆满完成任务,俨然成为中国紧固件领域的“隐形冠军”。

小产品,大学问

“同样尺寸的螺丝钉,宇航级产品比民用级产品轻一半。”航天精工科研人员举起一枚螺丝钉介绍。

仔细端详,它是钛合金材质,外部镀了一层蓝紫色的涂层,像美妆达人的渐变色眼影盘一样光泽多变。

按应用领域分,紧固件产品可分为民品级紧固件、型号装备级紧固件和宇航级紧固件三大类。

在能“上天”的紧固件中,最常见的是高强度铆钉,使用量能达到几十万件。

“最重要的是火箭点火起飞的那段时间,一定得撑住。”科研人员说,作为连接整个飞行器的“筋骨”,螺丝钉形体虽小,但作用极大,航天器上的紧固件要承受冲击、振动和变载,不少连接点要在高温或低温下工作。

“箭体里操作环境复杂,为此我们专门开发出‘定制化’产品,一插、一粘、一托就能装上。”科研人员演示着手里的紧固件补充道。

空间站核心舱使用的特殊结构紧固件,大多能满足单面安装、快速安装等特殊要求。

“这是‘会说话’的螺栓,现在已经应用在高铁上。”科研人员手里的螺栓头部有一个浅色小圆环,通过类似刺绣的工艺,把厚度不超过5微米的传感器装在螺栓顶部。

结合专用测量仪器,可实时原位精准测量智能螺栓预紧力,提醒使用者螺栓是否安装到位,并使测量精度提升了10倍。

在现场,科研人员还展示了为飞机设计的“隐身螺栓”,所有产品沉头高度尺寸都控制在0.05毫米以内,仅为头发丝的1/2左右,使组装蒙皮后的飞机表面顺滑如绸缎。

耐高温螺栓则采用含有铌、钨、钽等难熔合金材料加工,并在螺栓表面烧结一种抗氧化陶瓷涂层,穿上“陶瓷外衣”的螺栓能够经受1800℃高温。

在航天精工的生产车间里,经历过冷镦、螺纹成型、冲压成型、热处理、表面处理等一道道工序后,粗糙的原材料变成一颗颗颜色各异、结构完美的螺丝钉。

经过检测和重重考验后,一枚合格的螺丝钉才能拿到太空“通行证”,进入整箭、整星组装环节。

航空紧固件的基本知识

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带螺纹的紧固件

螺纹紧固件:螺栓、螺钉、垫圈和螺帽

螺旋线——动点在一圆柱体的表面上,一边绕轴线等速旋转,同时沿轴向作等速移动的轨迹。

螺纹——平面图形沿螺旋线运动,运动时保持该图形通过圆柱体的轴线,就得到螺纹。

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螺纹类型、配合等级和标识符号

一、螺纹类型

标准:AmericanNational Coarse

American National Fine

American Standard United Coarse

American Standard United Fine

区别:1、同尺寸号数的粗牙螺纹系列与细牙螺纹系列的螺纹具有相同 的螺纹公称直径,只是每英寸长度具有的牙数不同。

2、公差的分布不同;还有对直径为1英寸的螺纹规 定不同:

NF规定——每英寸14牙,用1——14NF表示

UNF规定—— 每英寸12牙,用1——l2UNF表示

二、配合等级

螺纹还有等级之分,螺纹的等级表示螺纹副具有的配合松紧程度, 它设有五级:

1级-松配合(只需用手指即可轻松拧转螺母)

2级-自由配合(航空螺钉采用)

3级-中度配合(大多数航空螺栓采用)

4、5级-紧配合(需要用扳手才能拧上螺母)

等级数愈大,螺纹副配合的紧度愈紧。

三、标识符号

标识:螺栓直径、长度、材质等

注:直径计量单位1/16in,机体螺栓的杆长计量单位1/8 in;螺栓的制造材料是以英文字母或符号来表示,如

“C”表示不锈钢;

“DD”表示2024铝合金;

“-”表示镍合金钢。

带螺纹紧固件的类型和应用

螺栓-传递剪切和拉伸载荷

应用:较大集中载荷或需要拆卸的部位

分类:受拉为主

受剪为主

一、标准航空螺栓

1、通用螺栓

一种具有六方头的螺栓,它广泛用于飞机结构装配,能承受拉伸和剪切载荷。这种螺栓是按AN型号规格标准制造的,螺栓的螺纹为细牙螺纹(NF)。

螺栓的材料:镀铬镍钢 不锈钢 2024铝合金

螺栓标记:

AN系列螺栓AN3DD14A 为例说明:

AN——为美国空军海军规格的标准型螺栓

“3”——表示螺栓直径为3/16in的机体螺栓

DD——表示该螺栓用2024铝合金制造

“14”——表示螺栓杆长为1.5in

A——表示螺杆尾无保险孔

AN6H34A :

AN——为美国空军海军规格的标准型螺栓

“6”——表示螺栓直径为6/16in的机体螺栓

H——表示该螺栓用来将螺旋桨叶固定在法兰盘上

“34”——表示螺栓杆长为3.5in

A——表示螺杆尾无保险孔

2、头部钻孔的发动机螺栓

AN73到AN81 MS20073 MS20074 如图:

发动机螺栓的形状与机体螺栓一样,只是它的头部稍厚且有穿保险丝的通孔。它与机体螺栓具有相同的拉伸和剪切强度。

发动机螺栓的螺纹有:

细牙螺纹(无“A”字母)

粗牙螺纹(螺纹直径数字后加上“A”字母)

3、紧公差螺栓(AN173~AN186和NAS80~NAS86)

螺栓光杆段的直径制造精度比通用型的高,螺栓经研磨或磨削加工,它的直径误差在0,-0.0005in之间。

4、内六角螺栓(MS20004~MS20024)

构造:螺栓的头部是圆柱形或圆锥台形的,在螺栓头上制有内六方孔。

材料:是用高强度钢制造,它的强度比AN系列的六角 头螺栓的强度高,因而它与AN系列的六角头螺栓不能互换使用。

应用:内六角螺栓主要用于承受拉伸和剪切复合应力的部位。它的头部与螺杆连接处有圆角,避免尖角相连,提高疲劳寿命。

注意:1、安装于钢件上时,安装孔口要划窝使圆角沉入孔内;

2、安装于铝合金件上时,它的头下要安装MS20002C垫圈。

型号规格编码:MS20004~MS20024

其末两位数字分别为04、05、06、07、08、09、10、12、14、16、18、20、22和24,它们表示螺栓直径为4/16英寸~24/16英寸,即1/4英寸~3/2英寸。

5、带槽扁圆头螺栓(AN2l~AN36)

特点:轴销螺栓的头部为圆头,圆头上有一字或十字槽,螺杆部分光杆与螺纹杆段之间一般都有一空刀槽。

螺纹:采用细牙螺纹(NF)。

型号规格编码:

AN2l、AN22、和AN23中的第二位数字“1”、“2”和“3”分别表示“6-40”、“8-36”和“10-32”螺纹。从AN24到AN36螺杆直径以1/16英寸为单位。轴销螺栓的杆长也以1/16英寸为单位。

应用: 轴销螺栓只能承受剪切载荷,常在转动部件 中作为铰接点的轴销;与之配合的剪切螺帽与螺栓螺纹紧密配合,并用开口销进行保险。

例:AN24 - 14A

“A”——表示螺栓杆尾无保险孔,在这种情况下 ,与该螺杆配合的螺母要用自锁螺母。如无“A”则表示螺栓杆尾部有保险孔。

“14”——螺栓杆长14/16英寸

“-”——螺杆材料为镍合金钢

“4”——螺栓直径4/16英寸

“2”——轴销螺栓

“AN”——美国空军海军规格标准

二、螺帽

1、标准航空螺帽

(1)AN310 槽顶螺帽(castlenut)

名称:这种类型的螺母又称为堞型螺母

应用:它是与AN3~AN2O机体螺栓配合使用

螺纹:为NF(细牙螺纹)

材料:有镍合金钢、不锈钢和2024铝合金

“-”、 “C” 和“D”

例1:标记 AN3l0 C 6

表示为:不锈钢制造与AN6螺栓配合使用的槽顶螺帽;

(2) AN320

名称:剪切槽顶螺帽(shear castlenut)

应用:仅有剪切应力的部位,它与AN2l~AN36轴销螺栓配合使用。

构造、制造材料:与AN310螺母的相同,只是螺母的厚度稍薄一些。

例:标记AN320D6

表示为:2024铝合金制与AN26轴销螺栓配合使用的抗剪型六角槽形扁螺母。

(3)AN315

名称: 普通螺帽

应用:用于受大拉力的部位。它的缺点是必须再用一个防松螺帽或一个弹性垫圈来保证其紧固性。

材料:与AN310螺帽的相同。

螺纹:有右旋螺纹和左旋螺纹两种。

例:标记 AN315-7R

表示:镍合金钢制、与AN7螺栓配用的右旋螺纹螺帽。

标记:AN3l5C4L

表示:不锈钢制、螺纹直径为1/4英寸的左旋螺纹螺帽。

(4)AN316

名称:防松螺帽

特点:这是一种采用双螺帽防松措施中的六角防松螺帽。它用于AN315普通螺帽之上,防止普通螺帽松脱。但由于比其它类型的防松措施增加的重量大,所以目前在飞机上很少应用。

(5)AN340和AN345

名称:机械螺钉螺帽

应用:与机械螺钉配合使用的,因此,其螺纹规格是按螺钉的规格制造的。

螺纹:AN340为粗牙螺纹螺帽;AN345为细牙螺纹螺帽。

材料:有碳合金钢(-),不锈钢(C)、黄铜(B)和2024铝合金(DD)。

例:标记AN340B6

表示为:由黄铜制造、与6-32安装螺钉配合使用的粗牙螺纹螺母。

(6)AN350

名称:蝶形螺帽

应用:专门用于拆装频繁,而且只需用手指拧紧即可的装配件。这种螺母可与安装螺钉或螺栓配合使用。配合安装螺钉的螺母由螺钉的号数给出。

材料:为合金钢或黄铜。

例:标记AN350-6

表示:与6-40安装螺钉配合使用的螺母。而配合螺栓使用的螺母则以1/16英寸制螺栓规格给出,同时加数字16。

2、自锁螺帽

(1)低温自锁螺帽及锁紧原理

型号:AN365、AN364

锁紧原理:低温自锁螺帽在螺纹中插入一个弹性环,内径比之配合的螺纹略小。当转动螺母使螺栓拧过底段螺纹后而欲进入顶段螺纹时,必须克服弹性环的阻力,才能使螺栓的螺纹与螺母顶段螺纹协调啮合。在螺栓全部拧紧后,弹性环段就迫使顶段螺纹紧紧咬住螺栓螺纹从而达到防松目的。

(2)高温自锁螺帽及锁紧原理

型号:AN363

这两种自锁螺母都是在拧紧后收口胀开,靠弹性锁紧。它们可以多次重复使用,由于其制造工艺较为简单,所以这两种自锁螺母在飞机上的应用日益广泛。

(3)自锁螺帽的应用

应用:固定减摩轴承、操纵系统的滑轮、发动机摇臂箱口盖、排气管。

注意事项:

1、飞机使用自锁螺帽有限制,应符合要求;

2、低温自锁螺帽使用环境温度T≤2500F;

3、自锁螺帽拧进螺栓时,要有足够深度;

4、承受转动力矩的螺栓不能用自锁螺帽。

三、垫圈

垫圈的作用:

1、是使螺帽或螺栓头下面受力均匀。

2、并可用来调整螺纹到构件表面之间的距离。

3、有锁紧、防松、保护和预紧指示等作用。

1、普通垫圈

AN960为最常用的普通垫圈(图(a))

应用:它广泛用于六角螺母之下。

材料:有碳、钢、黄铜、不锈钢和铝合金。

规格:有从与1号安装螺钉配合使用的规格到与1英寸螺栓配合使用的规格。

2、AN935开口式弹性垫圈(图(d))

3、AN936B型外齿型弹性垫圈(图(e))

4、AN936A型内齿型弹性垫圈(图(f))

AN936内、外齿型弹性垫圈,弹力均匀,防松效果较好。外齿型应用较多。

四、螺钉

制造螺钉的材料往往低于制造螺栓所用材料的强度。

因为它应用在非结构性的连接上及整流罩,可拆卸面板等非主要受力结构上。

特点:

1)它的结构与螺栓的类似,螺钉杆身一般为全螺纹杆身,螺纹按2级自由配合精度制造。

2)钉尾有平头和尖头的两种。

3)安装时,螺钉一般都是拧装于构件上的螺孔内, 通常拧转螺钉来达到紧固目的。

按用途分类:1、机械螺钉 2、结构螺钉 3、自攻螺钉。

1、机械螺钉

机械螺钉常用在非结构件上,如轻小型机件以及齿轮箱盖板等铸铝件的装配。

特点:

1)螺钉头端面的螺刀槽与结构螺钉的相同

2)螺钉杆身为全螺纹杆段

3)螺纹有粗牙和细牙两种

材料:有低碳钢、不锈钢、黄铜和铝合金等

常见型号有:

(1)AN500为粗牙圆头螺钉 AN501为细牙圆头螺钉

(2)AN505为粗牙82°埋头螺钉 AN507为细牙82°埋头螺钉

(3)AN515为粗牙圆头螺钉 AN526为细牙大圆头螺钉

2、结构螺钉

材料:合金钢制成

特点:

(1)其拉伸和剪切强度与同尺寸、材质的AN型螺栓相同

(2)该型螺钉具有同尺寸螺栓完全相同的长度

(3)钉杆身有光杆(无螺纹)段,螺纹为NF,螺杆的配合精度也与AN型六角头螺栓同级,因此可作为结构螺栓来使用。

螺钉的头型:有圆头、扁圆头、100°埋头等型。

螺钉头的螺刀槽口:十字式(phillips) 尖十字式(Reed-prince)一字槽

常见结构螺钉的型号有:

(1)AN509 100°平头螺钉

(2)AN525 垫圈头螺钉,这种螺钉有一个类似垫圈的大头,承载面积较大。

(3)AN502和AN503圆头螺钉

AN502为细牙圆头螺钉,AN503为粗牙圆头螺钉,这两种螺钉的圆头钉头上有一字槽并有一穿保险丝的小孔。

3、自攻螺钉

自攻螺钉常用于薄金属板,塑料板等的紧固特点:

(1)靠自身在装配孔里攻丝而紧固的。

(2)自攻螺钉的头型有:扁圆头、100°埋头、大扁圆头等。

(3)钉尾有:尖头(A型)钝头(B型)。

常见型号有:

(1)AN504和AN506它们常用来安装诸如标牌之类的可拆卸件。

(2)AN530和AN531它们是用于金属板料的自攻螺钉。AN530为扁圆头、AN531为埋头自攻螺钉-B型

4、螺钉型号

标记AN501B-416-7

表示:416——直径4/16英寸,7——杆长7/16英寸,B —— 表示材料为黄铜 ,AN——空、海军标准 501—— 凹槽圆柱头,细牙螺纹。

最后附一些英文资料供金粉们参考


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