力矩控制在雷达装配中的应用

力矩控制在雷达装配中的应用

侯奎

中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽合肥230031

摘要：通过适当的拧紧力矩来控制螺纹装配预紧力是一项重要的装配技术，也是机械装配中的难点，因为拧紧力矩与螺纹连接结构形式、螺纹润滑状态、螺纹加工精度等诸多因素有着密切的关系。在雷达装配中采用力矩工具来控制预紧力的操作标准也不是很明确，大部分紧固件的装配主要依靠操作者的感觉和经验。此外，采用力矩工具控制预紧力在实际应用中也存在一些误区。

关键词：力矩控制；雷达装配；应用

前言

为增强螺栓联接时的紧密性和防松动及防止螺栓联接中滑动，一般螺纹联接装配时都需要一定的预紧力，但是紧力矩如果过大往往会损坏螺纹，联接就会失效，尤其是密封联接的情况下，螺栓使用过程拧紧力矩过大，垫片受压过程密封时会被压死从而去弹性，螺栓也就会被拧断的可能性大，拧紧力矩如果小了就达不到紧固密封的作用。合适的拧紧力矩对可以有效的延长螺栓联接件和被连接件的寿命。

1力矩的合理性

一般情况由几个螺栓螺母的副联接法兰联接体，给与一定的紧固力F的同时，联接体内产生的内压力Fx,对于这种用于有一定的内压力的流的体联接，设计螺栓的拧紧力矩时需考虑以下几点：（1）对垫片、垫圈性能的保证，即保证不因拧紧力矩过小而导致泄漏，也不因拧紧力矩过大而导致垫片的压死，从而在产生内压力后泄露。（2）保证螺栓的强度，即不允许发生因拧紧力矩过大导致螺栓的屈服强度破坏而丧失联接体的机能；一般规定拧紧后的螺纹联接件预紧应力不得大于其屈服点的80％；（3）保证法兰盘的强度，不会因过大力度拧紧力矩导致法兰发生的破坏；（4）保证螺纹的强度，不会因大力度的拧紧力矩而导致螺纹发生脱扣现象；恰当的拧紧力矩需要保证螺纹得以旋紧而不致使螺纹和螺母有所损害。这就要求旋紧扭矩必然介于旋入扭矩及极限扭矩值。

2力矩不当导致的后果

对于螺栓联接承受轴向载荷，扭紧力矩使接合的面上产生压紧力，受外载荷作用后的剩余预紧力是接合面上工作时的压紧力。预紧力的不足将会出现接合面泄露、引起强烈的横向振动，导致螺栓的松脱。在承受横向载荷的螺栓联接，扭紧力矩使被联接件间产生正压力，依靠摩擦力抵抗外载荷，所以预紧力的大小决定了它的承受能力。预紧力的不足，被联接件就会出现滑动，然后被联接件错位、外斜、紧固件被剪断等不同情况发生。

3雷达装配中的力矩控制对象

螺纹连接作为雷达结构装配中的重要连接技术得到了普遍应用。随着现代雷达越来越向着高集成、高精度、轻量化、小型化方向发展，轻金属材料、非金属材料选用以及薄壁结构、弱刚性结构设计越来越多，对螺纹连接也提出了更高的要求。传统的凭操作者工作经验对螺纹紧固件进行紧固的方法，在实际工程应用中出现了一些问题，主要体现在预紧力过载，造成螺纹滑丝、在动载荷的作用下紧固件断裂等问题。因此预紧力的适当控制显得尤为重要。在雷达装配中，力矩控制涉及的范围主要是重要结构件装配、液气连接管路密封装配和电气连接装配等方面。重要结构件装配如天线座轴承装配;液气连接管路密封装配如液压管路连接装配、液冷管路连接装配;电气连接装配如PDS插座装配、SMA和SSMA高频连接器装配等。这些力矩装配对象有的与其他行业的机械装配对象类似，可以类比考虑紧固力矩的选用;有的则具有较强的电子特色，需要针对性地选择适宜的紧固力矩。在雷达装配中，螺纹连接形式主要有螺栓连接和螺钉连接，力矩控制的实质是螺纹副之间的力矩控制。螺栓连接的力矩控制主要是螺栓和螺母之间的力矩控制，螺钉连接的力矩控制主要是螺钉与装配基材螺纹之间的力矩控制。

4雷达装配紧固力矩的确定原则

4.1螺栓连接的紧固力矩确定原则

4.1.1适当预紧力的确定

碳钢螺栓连接预紧力主要选取螺栓材料屈服极限的60%作为预紧力控制选取原则，合金钢螺栓连接预紧力主要选取螺栓材料屈服极限的50%作为预紧力控制选取原则。如性能等级为6．8，M8的粗牙螺纹螺栓的轴向预紧力Fo=0．6σsAs=0．6×480×36．6=10541N。而性能等级为8．8，M8的粗牙螺纹螺栓的轴向预紧力Fo=0．5σsAs=11712N。

4.1.2适当紧固力矩的确定

此处拧紧力矩系数按照表3进行选取。螺栓连接拧紧力矩计算得出，按螺栓本身强度等级4．8、5．8、6．8、8．8、10．9、12．9、A2-50、A2-70分类，列举了M4～M6粗牙螺纹在非润滑状态下的拧紧力矩值。安装螺栓时一般应采用旋动螺母的办法拧紧，当必须从螺栓头部拧紧时，其拧紧力矩值应再增加10%。

4.2螺钉连接的紧固力矩确定原则

4.2.1适当预紧力的确定

当螺钉紧固时，除了考虑螺钉本身的保证力矩外，还要考虑承载基体的材料强度，以避免在拧紧过程中出现基体被压变形或者基体中的螺纹滑丝、脱扣等现象。对于雷达装配中的螺钉连接结构，不仅要考虑连接紧固件本身的强度等级，还需考虑被连接件装配母材的强度等级，适当预紧力主要参考德国标准中的按螺纹副中较弱材料屈服极限的70%作为预紧力控制选取原则。以性能等级为A2-50，M3的粗牙螺纹螺钉拧入16Mn钢材料中为例，A2-50螺钉紧固件的屈服极限为210MPa，小于16Mn的屈服极限275MPa。在计算适当预紧力时，主要选取屈服极限较弱的螺钉材料作为屈服极限理论依据，螺钉拧紧预紧力Fo=0．7σsAs=0．7×210×5．03=739N。而同样性能等级为A2-50，M3的粗牙螺纹螺钉拧入6063材料中时，螺钉拧紧预紧力Fo=0．7σsAs=634N。在实际工程应用中螺钉拧入屈服极限较弱的母材中时，一般在母材螺纹孔中安装钢丝螺套或插销螺套。此类情况计算螺钉拧紧力时，屈服极限的选取就不能单纯选取较弱母材的屈服极限，而是需要将紧固件材料与螺套材料进行比较，选取屈服极限更弱的材料作为预紧力计算对象。

4.2.2适当紧固力矩的确定

在相同装配对象上，一般无润滑条件下的紧固力矩大于有润滑条件下，细牙螺纹的紧固力矩大于粗牙螺纹。

5合适拧紧力矩的试验验证

合适拧紧力矩的确定不仅需要理论计算，还应依据拧紧力矩理论值装配一批样品，实际观察螺钉是否拧紧到位，有无螺纹滑牙和损伤，以及有无拧断螺钉等现象;同时按产品环境试验标准做具体的振动试验，振动试验后，检查标志漆是否完好无损，同时用力矩工具按试验力矩值检查螺钉是否发生松动。

结束语

三维装配工艺设计技术实现了以三维模型作为单一数据源贯穿于产品设计、工艺、制造全过程的目标，是建立全三维数字化样机的重要环节。作为CAD/CAPP/CAM一体化工作的关键，设计、工艺、工装并行协同设计的核心就是建立基于全三维的产品、工艺和资源的统一工作模式以及三维结构化的数据信息无损传递的规范。实现雷达研制中的单一数据源和三维数据共享是全三维制造技术首先面临的问题。探索适合军工电子行业的MBD设计规范，是实现全三维设计的关键。三维装配工艺设计的实施将为三维工艺的全面开展打下扎实的基础，特别是三维设计标准规范的制定和实施将会给整个雷达产品的工艺设计工作带来一次全新的变革。

参考文献：

[1]丁立强，王晓晖，孙东梅，等．雷达结构中的螺纹连接预紧力控制研究［J］．现代雷达，2011，33(S):407－410．

[2]姚敏茹．螺纹联接防松技术的研究应用与发展［J］．新技术新工艺，2006(6):26－28．
[3]黄琼琼.车载雷达天馈系统风荷的有限元分析[J].机械强度,2016,38(2):419-424

[4]阎彦，刘锐，史婷娜，等.基于反推自适应控制的永磁同步电机摩擦力矩补偿策略[J].中国电机工程学报，2013，33(33)：76-84.