专为轻型航空航天材料而设计的紧固件螺套降低了风险及成本

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　　在航空航天领域的设计方面，不断努力提高燃料有效率，战术机动性和有效负载能力驱使设计工程师们研究大量的战略，通过大量使用轻质材料，如复合材料，铝和塑料来减缩质量。
　　然而，轻质材料的使用会产生其他的危害。一个次要的问题出现了：找到安全可靠的紧固件装配的方法，可以防止紧固件松动，同时最小化装配和维修成本。这些方法必须保证在航空航天环境中，冲击，震动和热循环恶劣条件下连接处的完整性。
　　加入轻质材料的装配会带来额外的挑战。以铝为例，常见的做法是直接为这种材料冷成型螺纹或者利用钢丝螺套，但是大多数复合材料易碎不能敲打。为了确认特定的负载和振动环境是可以承受的，剪切强度和集中力度都需要仔细审查。特别是结构的连接处，需要高强度来提高用于安装的紧固件的预紧力。
　　在多数结构连接处都会用到轻质材料，母材需要通过使用钢丝螺套或者超声波螺套来增加强度。与直接在较软材料上的螺纹孔相比，螺套的应用允许更高的连接张力和扩展的可重用性。
　　在铝材料上攻螺纹会增加刮花，磨损和螺纹剪切的危险。尤其是当考虑到螺纹孔的可重用性时，情况确实如此，因为较小的螺纹更容易破坏软质材料。
　　一种解决方案是选择用在航空航天应用中的各种螺纹钢筋：铝或软质材料选择钢丝螺纹套，复合材料选择密封螺套，塑料则选择超声波或模制螺套。然而，在标准60度螺纹形式下，振动引起的螺纹松动是固有的，而这些螺套的绝大多数还是不能为这种情况解决局限性和潜在性。
　　幸运的是，紧固件螺套技术的进步防止了紧固件松动及在这领域的失败，并且带来了额外的利处，减少了安装时间，降低了维修成本，甚至是减轻了整体的重量。
　　传统的紧固件，在传统的外螺纹和内螺纹60度V形螺纹之间的径向间隙可以在冲击，振动或者横向载荷发生时，允许相对的侧移或横向移动。前几个啮合螺纹的集中压力会增加剪切的概率，并有可以能导致疲劳破坏。极端的温度也会使表面面积和材料扩大或者收缩，有可能影响连接处的完整性。
　　因此，从钢丝和垫圈到普通的转矩螺纹，通常各种各样的锁闭装置都会被添加以防止松动。不过与优点相比，这些方法往往有更多的缺点，因为在极端的条件下它们不是总能起作用，并且不能重复使用。螺套提供了一个独特的挑战，因为没有多少材料应用了锁定功能。
　　用一个普通的转矩钢丝螺套，中间线圈就变成了变形的螺纹，这个地方就是锁闭的地方。通常将螺套拧到底是非常困难的，可能需要一个扳手。正如预期的那样，螺丝锁紧螺套很难通过重复使用来提高零件的使用寿命。
　　对于新的或重新设计的应用程序，答案可能是实施由施必牢提供的30度楔形斜面设计。这种自锁技术已经被很多航空航天领军企业应用，如BAE公司，波音公司，霍尼韦尔公司，美国航空航天局，哈里斯公司，雷神公司，汉胜公司及美国军方。各种材料的各种特定应用螺套都在使用这种自锁技术，并且额外的利处是可以容易地将传统的60度V形螺纹转换到30度楔形斜面设计。
　　30度的楔形斜面允许螺栓相对自由地在内螺纹内旋转，直至螺栓已经夹紧，无法转动。然后，标准外螺纹形式的齿顶绘制要紧靠楔形斜面，消除径向间隙并沿螺纹啮合的整个长度建立一个连续的螺旋线接触。这种连续的线接触可以使夹紧力均匀地分散在螺纹啮合部分，提高振动性松动，轴向扭转载荷，接头疲劳及极端温度的抵抗力。
　　此螺纹形式是自由运行的。一旦施加转矩时，螺栓/螺钉会被拉紧，夹紧力在连接处产生。当螺栓齿顶与楔形斜面啮合时，带有独特内部螺纹的内螺纹紧固螺栓的锁闭开始起作用了。因此，它会考虑到没有螺纹，螺栓易于破旧，刮花和磨损，也许其它螺套也会出现这个问题。此外，使用这些螺纹和紧固件，最终的结果基本上是可重用性。
　　楔形斜面设计除了利用在螺纹孔和钢丝螺套上，也被集成到许多其它封套，如钥匙螺套，浮动螺母和其它军用标准或国家航空航天标准系列，这些都要求内螺纹。这种螺纹形式能够提供同样的抗振性和重复使用性，同时能给软性材料或要求安全自锁螺纹的情况下，带来更大强度和夹紧力。
　　在航空航天领域，钢丝螺套的应用范围从散热片和电子底盘，到微型连接器，电路板夹具和航空电子设备箱外壳。
　　为了达到使用范围最广，钢丝螺套的标准尺寸从#2-56到带柄舌的7/16-2，或无柄舌的驱动凹槽，从M3到到只有柄舌的M16。无柄舌的驱动凹槽钢丝螺套在尺寸上符合NAS1130，但内螺纹形式却有这个专利螺纹牙形。
　　螺套由不锈钢制成。如果在软性材料上打螺纹孔，那么在这些螺纹开始剪切和磨伤之前，这个孔只能承受一定数量的安装。如果在铝材料上打螺纹孔，螺纹的强度大概有30 psi。一个由300系列不锈钢制成的钢丝螺套的强度是200psi，这是这个巨大的差异，并大大减少了对螺纹磨伤和剪切的关注。
　　自锁紧固件已经在领先机构公布的测试研究中得到了验证，这些机构包括麻省理工学院，戈达德太空飞行中心，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和英国航空航天公司。它已被用在极端的紧固应用中，几乎不存在召回的可能性，从美国航空航天局的航天飞机主发动机到土星的卡西尼轨道器和土卫六的惠更斯探测器。
　　自锁紧固件在巨大冲击，振动和极端温度下保持夹紧负载重量，其重量轻巧，复杂性低及维修费用低，这些使得它很自然地成为了航空航天的选择。 即使是外来材料，如复合材料和钛，它也保持夹紧负载重量，这在降低组件重量方面是很重要的。
　　美国国家航空航天局是最早在设计主要引擎航天飞机轨道器时配置这种螺纹的。三个主发动机的每一个都要形成4000磅的推力和极好的振动。但是宇航局也想要每个紧固件可以重复使用15次。在他们自己的测试中，美国宇航局决定了这种带有其独特螺纹形式螺纹孔的紧固件，这种紧固件在经受10倍指定穿梭振动时，没有后退，松动。
　　对于跨越750万英里的卡西尼-惠更斯的任务，美国航天局在质谱仪仪器上使用这种螺纹形式来抵抗振动及由温度引起的螺纹松动，从而测量土星和土卫六的大气层。总共有几百个紧固件应用在卡西尼轨道器和惠更斯探测器，从最后的安装和测试到发射，直至七年任务的结束，它们必须保持真空密封腔。
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