幾種常見的緊固件預緊力控制形式在飛機維修中的應用

朱寧

摘 要：文章介紹了幾種飛機維修中常見的緊固件預緊力控制形式和方法，對比討論了幾種預緊力控制形式之間的優缺點，為飛機維修人員使用提供了參考。

關鍵詞：螺栓;預緊力;定力

在飛機制造與維修過程中，螺栓安裝是一種廣泛采用的連接形式，特定的螺栓連接都有相應的定力要求。螺紋緊固件的緊固過程涉及扭力輸入和轉角的控制，以達到預期的預緊力。有許多方法可以使螺栓螺母安裝的被連接件連接部位達到一定的預載（預緊力）。預緊的目的在于增強連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件出現縫隙和相對的滑移。

1? ? 力矩扳手確定螺栓預緊力

在飛機維修工作中，使用最廣泛的方法是使用帶有指示或者限制扭矩的力矩扳手，按規定預設的力矩值擰緊安裝螺栓，并達到連接有限定扭矩緊固件的擰緊力矩。對于力矩值，在維修手冊中通常會給出一個范圍，定力時可以在這個范圍內進行取值，一般是取中間值。通常在手冊中給出的是擰緊螺帽的力矩范圍而不是擰緊螺栓頭的扭矩范圍，在有些情況下需要擰緊螺栓頭，這時擰緊螺栓頭的扭矩值應為給出螺帽扭矩最大值的±10%。

使用力矩扳手控制預緊力測量工具相對容易，操作也比較簡便，但是由于螺紋不可避免的存在制造誤差，螺栓本身可能會在使用中產生一些損傷和缺陷;批量裝配中涂敷潤滑劑的多少及擰緊速度、溫度不相同等因素，摩擦阻力不能保持恒定，使用力矩扳手控制預緊力的連接精度可能會產生一定偏差。所以力矩扳手定力一般用在機體結構中對軸向預緊力精度要求不高的連接位置[1]。

2? ? 高鎖螺栓和高鎖螺母連接確定預緊力

高鎖螺栓和高鎖螺母連接作為一種不可拆卸的永久連接，同時也是一種無需定力的連接形式。高鎖螺栓和高鎖螺母在飛機結構修理中的應用也極為廣泛。高鎖螺栓頂桿尾部鉆有內六方孔，用于裝配時止動銷插入，以防止擰螺母時螺栓隨之轉動。高鎖螺栓具有足夠的強度，能承受較大的剪切和擠壓載荷，具有良好的抗疲勞強度;能從單面緊固，一般用于鉚釘無法滿足強度要求、普通螺栓難以安裝的地方和要求緊固扭矩值嚴格并很少拆卸的位置。高鎖螺母是由保留和擰斷兩部分組成的一個整體零件，安裝后只存保留部分。安裝高鎖螺栓的擰緊力矩取決于高鎖螺母的擰斷力矩。

高鎖螺栓無需力矩扳手，裝配時已設置好螺母的擰緊力矩，只需將螺母擰斷即可，而且保證部件上數量眾多的高鎖螺栓能達到相同的預緊力，不會造成單獨連接的應力集中，從而有利于部件的載荷分布、增加部件的疲勞壽命。

3? ? 預載指示墊圈安裝確定預緊力

預載指示（Preload Indicating，PLI）墊圈，可以用來控制螺栓的擰緊程度。這種墊圈由4個零件組成，兩個普通平墊圈，一個直徑較小而厚度較厚的內圈和一個直徑較大而厚度較薄的外圈（內環比外環略高）。由供應商制造的PLI墊圈應滿足供應商的標準、規范。Standard Pressed Steel公司的規范是SPS-W-150。

在安裝高強度的抗拉螺栓時，為了提高疲勞壽命，應將螺帽擰緊到要求的程度，對螺栓施加預緊的拉應力。在螺帽或螺栓頭下使用預載指示墊圈可以對螺栓進行定力。預載指示墊圈的工作原理為：在擰緊螺母時，內圈受到壓力不斷被壓縮，直到屈服，并且厚度逐漸變薄，當厚度降到外圈高度時，即表示螺栓的預緊力到達了設定值。使用者可以使用撥動工具插入檢測孔，通過檢查外圈的移動情況，進而確定安裝是否正確到位。如外環不再轉動，說明螺栓已經擰緊到要求的程度，螺栓定力結束。

PLI墊圈通常分為螺母端下的安裝PLI墊圈和螺栓頭下的安裝PLI墊圈。螺母端下的PLI墊圈是在螺栓上放一個平墊圈，再加內外PLI墊圈，在螺栓上放第2個平墊圈;螺栓頭下的PLI墊圈是在螺栓上放埋頭墊圈，墊圈的埋頭一側緊挨螺栓頭部，再加上內外PLI墊圈及平墊圈。根據標準螺栓的長度，可按需使用附加的間隙墊圈，以避免擰到螺桿上的螺紋根部。在這種情況下，允許使用2個附加墊圈。在螺栓長度增量大于1/16英寸的特殊情況下，允許使用3個墊圈。在擰緊螺母或螺栓的同時，使用撥動工具旋轉外PLI墊圈，當PLI外墊圈不再移動時，就獲得了要求的預載荷。除非難以達到，外墊圈上3個孔中至少應有2個孔用于檢查移動情況，以便驗證安裝是否正確。

使用預載指示墊圈進行定力精確，使用方便，定力的準確性也不受裝配條件影響。通常情況下，大部分力矩扳手在指示讀數上可以精確到±2%，但仍然存在一些變化的因素影響著力矩設定的準確性，如緊固件與孔壁之間的磨損，緊固件潤滑，材料的種類，表面光滑度以及其他一些可以影響定力準確性的因素，有時偏差甚至可以高達25%。而且許多結構的連接設計預設的力矩值通常只有螺栓屈服的50%，這潛在的25%偏差就可能是螺栓小于或者大于要求屈服強度的50%。而使用預載指示墊圈可以在不增大螺栓直徑的前提下使預設的力矩值達到螺栓屈服強度的72%，同時在減少螺栓直徑和螺栓數量的情況下，得到更高的連接強度，也一定程度實現了減重的目的。

4? ? 結語

現階段，使用力矩扳手定力和應用高鎖螺栓與螺母完成結構修理已經被廣泛地應用在飛機維修當中，而對于預載指示墊圈，維修人員并不熟悉，但隨著預載指示墊圈在新型飛機的大量應用，了解和熟悉使用這幾種預緊力控制形式對于飛機維修人員來說也變得更加重要。

[參考文獻]

[1]朱虹，陳海龍，朱海兵，等.現代飛機結構中螺栓預緊力控制方法探討[J].科學與信息化，2017（22）：42-43.