關(guān)于某型發(fā)動(dòng)機(jī)螺釘脫落故障的研究

朱正凱

摘 要：本文針對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱G型）后支承封氣圈緊固螺釘脫落的問題，通過對(duì)比其它型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱J型）采用相同防松措施、工作環(huán)境類似、安全性更高的緊固螺釘，利用尺寸鏈計(jì)算緊固螺釘與止動(dòng)墊圈的配合關(guān)系、實(shí)驗(yàn)計(jì)算材料線膨脹系數(shù)，從結(jié)構(gòu)和材料方面兩個(gè)方面分析導(dǎo)致螺釘脫落的原因，提出改進(jìn)方案，對(duì)同類故障的分析有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：緊固螺釘；止動(dòng)墊圈；線膨脹系數(shù)

中圖分類號(hào)：TH452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）16-0061-02

1 前言

角形止動(dòng)墊圈防松是螺紋緊固件上常用的一種防松方式，常用于發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部位或其他重要部位，具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。某發(fā)動(dòng)機(jī)后支承封氣圈采用六角頭螺釘緊固，防松方式為雙聯(lián)雙耳止動(dòng)墊圈防松，六角頭螺釘脫落后在機(jī)匣內(nèi)自由活動(dòng)，存在較大安全隱患。本文介紹并分析了該發(fā)動(dòng)機(jī)后支承封嚴(yán)圈緊固螺釘脫落的根本原因。

2 故障現(xiàn)象

某發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子卡滯故障，返廠分解后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子卡滯是由一顆六角頭螺釘卡在渦輪盤與相鄰機(jī)匣之間造成的。造成卡滯的六角頭螺釘從機(jī)匣上脫落，而對(duì)應(yīng)的止動(dòng)墊圈仍在原位，且形貌無明顯異常。

3 故障分析

通過分解檢查發(fā)現(xiàn)，螺釘脫落是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作的直接原因。本文通過對(duì)比與J型發(fā)動(dòng)機(jī)緊固螺釘?shù)牟町?，找出?dǎo)致螺釘脫落的根本原因。

3.1 鎖片保險(xiǎn)失效的原因

螺釘與止動(dòng)墊圈正常裝配情況如圖1所示，計(jì)量螺桿與止動(dòng)墊圈孔的配合間隙，J型發(fā)動(dòng)機(jī)配合間隙δ1=0.25 ～0.32mm，G型發(fā)動(dòng)機(jī)配合間隙為δ2=0.87～1.0mm。G型發(fā)動(dòng)機(jī)六角頭螺釘螺桿與止動(dòng)墊圈孔配合間隙過大，裝配過程中緊密貼合的止動(dòng)墊圈止動(dòng)耳與螺釘六角面在頻繁的振動(dòng)載荷作用下有較大的相對(duì)位移，當(dāng)止動(dòng)墊圈與螺釘?shù)南鄬?duì)位置從圖2變?yōu)閳D3時(shí)，兩者相對(duì)位移最大為配合間隙δ。如圖3所示，當(dāng)螺釘中心點(diǎn)與螺釘頂點(diǎn)之間的距離L2小于螺釘中心點(diǎn)與止動(dòng)墊圈止動(dòng)耳的距離L1時(shí)，止動(dòng)墊圈完全失去防松作用。

由圖3可知，L2=L1*cos60°+δ*sin60°，根據(jù)實(shí)際計(jì)量結(jié)果可得L2=10.12/2+（0.87～1.0mm）*sin60°=5.813～5.926mm，L1=11.2mm/2=5.6mm，此時(shí)L2>L1，止動(dòng)墊圈完全失去防松作用。

3.2 與J型發(fā)動(dòng)機(jī)螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)對(duì)比

G型發(fā)動(dòng)機(jī)與J型發(fā)動(dòng)機(jī)的螺釘結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。對(duì)比兩種螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)，G型與J型發(fā)動(dòng)機(jī)螺釘?shù)穆輻U部位存在差異。G型螺釘設(shè)計(jì)時(shí)選用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件，螺桿為中徑桿型；而J型螺釘?shù)穆輻U部位設(shè)計(jì)為大徑桿型。中徑桿型的設(shè)計(jì)導(dǎo)致螺桿與止動(dòng)墊圈孔的配合間隙過大。

3.3 與J型發(fā)動(dòng)機(jī)螺釘?shù)牟牧蠈?duì)比

通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算后支承組合相關(guān)零件材料線膨脹系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表1。G型六角頭螺釘材料線膨脹系數(shù)比其壓緊的封氣圈材料線膨脹系數(shù)大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，G型螺釘受熱膨脹程度大于封氣圈，螺釘軸向預(yù)擰緊力變小，更容易松動(dòng)脫落。J型螺釘材料線膨脹系數(shù)比其壓緊的封氣圈材料線膨脹系數(shù)小，受熱膨脹時(shí)軸向預(yù)擰緊力變大，不容易松動(dòng)脫落。

4 故障結(jié)論

（1）六角頭螺釘?shù)穆輻U與止動(dòng)墊圈孔配合間隙過大，止動(dòng)墊圈防松作用逐步消失是螺釘脫落的主要原因。

（2）六角頭螺釘材料線膨脹系數(shù)比其壓緊的封氣圈材料線膨脹系數(shù)大，受熱后軸向預(yù)緊力降低是導(dǎo)致螺釘脫落的客觀因素。

綜上，六角頭螺釘與止動(dòng)墊圈孔配合間隙過大和螺釘線膨脹系數(shù)大于封氣圈共同導(dǎo)致螺釘脫落。

5 改進(jìn)措施

（1）采用雙聯(lián)四耳止動(dòng)墊圈，減小螺釘?shù)幕顒?dòng)裕度。

（2）對(duì)六角頭螺釘采用大徑桿型的加工方式，減小螺桿與止動(dòng)墊圈孔的配合間隙。

參考文獻(xiàn)

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