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      AG螺紋安裝后脫出故障研究

      2021-01-11 06:20:54中國航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司陜西西安710077孫莉潔
      金屬加工(冷加工) 2020年12期
      關(guān)鍵詞:外螺紋過盈內(nèi)螺紋

      ■中國航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司 (陜西西安 710077) 劉 勇 孫莉潔 金 帆

      帶AG螺紋的鋼制螺套擰入鋁合金殼體內(nèi)螺紋是航空燃油附件常用的一種過盈螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu),可以可靠地起到聯(lián)接固定甚至密封的作用,廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油附件緊固件的聯(lián)接。在安裝時(shí)使用螺紋扳手,當(dāng)螺套安裝到位后,則退出螺紋扳手。針對螺套安裝到位后退出工裝扳手時(shí)將螺套一并帶出的故障進(jìn)行研究,最終確定了主要原因,制定了措施,解決了脫出故障。

      1. 工作機(jī)理及故障現(xiàn)象

      AG螺紋是鋼制外螺紋零件擰入鋁合金機(jī)體時(shí)推薦選用的一種過盈螺紋,在自由狀態(tài)下外螺紋比內(nèi)螺紋中徑大,內(nèi)、外螺紋進(jìn)行裝配的過程中兩者尺寸變得相等,并通過螺紋材料的彈性壓縮和塑性變形,對外在施加的松動(dòng)扭矩產(chǎn)生很大阻力,可靠地防止螺紋松動(dòng)。

      裝配前,先使用塞規(guī)對殼體內(nèi)螺紋進(jìn)行分組,再選用同組別的螺套進(jìn)行配對,以控制合理的過盈量,裝配如圖1所示。使用工裝扳手1先擰入螺套2的內(nèi)螺紋,然后將螺套2的外螺紋擰入殼體4的內(nèi)螺紋,安裝到位后,擰出工裝扳手1。殼體內(nèi)螺紋、螺套內(nèi)外螺紋和工裝扳手螺紋的相關(guān)尺寸見表1。

      圖1 裝配示意

      表1 螺紋相關(guān)尺寸

      從表1可看出,螺套內(nèi)螺紋與工裝扳手外螺紋是間隙配合,螺套外螺紋與殼體內(nèi)螺紋是過盈配合,按照過盈螺紋的機(jī)理,裝配完成后應(yīng)能順利退出工裝扳手,但現(xiàn)場出現(xiàn)了在退出工裝扳手時(shí)將螺套帶出的現(xiàn)象,此現(xiàn)象與過盈螺紋的工作機(jī)理相悖。

      2. 故障再現(xiàn)試驗(yàn)

      為準(zhǔn)確定位故障原因,分別選取了6套殼體及螺套,進(jìn)行了故障再現(xiàn)的試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。

      表2 故障再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果

      從試驗(yàn)結(jié)果可看出,螺套的中徑偏下限時(shí),即配合過盈量偏小時(shí),裝配后不會(huì)脫出;螺套的中徑偏上限時(shí),即配合過盈量偏大時(shí),裝配后會(huì)脫出。

      根據(jù)過盈螺紋的工作機(jī)理,過盈量越大,內(nèi)外螺紋牙型的壓緊力及摩擦力越大,安裝可靠性就越好,試驗(yàn)結(jié)果與過盈螺紋的工作機(jī)理剛好相反。

      3. 原因分析

      針對試驗(yàn)結(jié)果,對螺套的擰入過程進(jìn)行受力分析,如圖2所示。

      圖2 螺套擰入受力分析示意

      螺套擰入過程中共產(chǎn)生3個(gè)力:①螺套的內(nèi)螺紋與工裝扳手外螺紋的摩擦力F1。此處螺紋為間隙配合,摩擦力較小,在分析過程中可忽略。②工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2。因要確保螺套端面與殼體之間的墊片在擰入壓緊力的作用下產(chǎn)生塑性變形,所以此處壓緊力較大,工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2較大,且工裝扳手的硬度為40HRC,螺套的硬度為38HRC,二者硬度比較接近,容易抱緊咬合。③螺套外螺紋與殼體內(nèi)螺紋的摩擦力F3,此處為AG過盈螺紋,裝配后會(huì)發(fā)生彈性壓縮和塑性變形,摩擦力較大。

      當(dāng)工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2小于螺套外螺紋與殼體內(nèi)螺紋的摩擦力F3時(shí),在完成裝配旋出工裝扳手時(shí),工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2的反作用力不會(huì)完全抵消AG過盈螺紋之間的摩擦力F3,就不會(huì)帶出螺套。

      當(dāng)工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2大于螺套外螺紋與殼體內(nèi)螺紋的摩擦力F3時(shí),在完成裝配旋出工裝扳手時(shí),工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2的反作用力完全抵消了AG過盈螺紋之間的摩擦力,就會(huì)帶出螺套。

      綜上,工裝扳手與螺套端面摩擦力對螺套脫出影響最大。當(dāng)螺套AG螺紋的中徑值偏上限時(shí),因其過盈量偏大,導(dǎo)致擰入A G螺紋時(shí)工裝扳手向下施加的壓緊力增大,最終增大了端面的摩擦力,在旋出工裝扳手的瞬間需要較大的反作用力,完全抵消了AG過盈螺紋之間的摩擦力,就容易帶出螺套。此分析與故障再現(xiàn)中中徑偏上限的螺套易脫出的現(xiàn)象吻合。

      4. 改進(jìn)措施

      為減小工裝扳手與螺套端面摩擦力,采取了兩種改進(jìn)措施。

      1)在現(xiàn)有工裝扳手與螺套之間增加高硬度墊片,加大與螺套硬度的差值梯度,以達(dá)到減小工裝扳手與螺套端面的摩擦力,降低抱緊咬合程度的目的。裝配時(shí),在扳手端面與螺套端面分別增加1~2個(gè)高硬度墊片,進(jìn)行安裝試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。通過增加1~2個(gè)墊片,有效降低了螺套處于上限時(shí)的脫出概率,但仍存在脫出故障。

      2)改進(jìn)工裝結(jié)構(gòu),消除工裝與螺套端面的摩擦力。改進(jìn)后的工裝如圖3所示。

      在安裝螺套到位后,旋出螺釘,就消除了墊板與螺套端面的摩擦力,只需克服聯(lián)接頭與螺套內(nèi)螺紋表面極小的摩擦力,就可以順利旋出工裝。使用改進(jìn)后的工裝進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見表5。改進(jìn)工裝后,無論螺套中徑值偏上限或下限,均未出現(xiàn)脫出故障。

      圖3 改進(jìn)后的工裝

      表3 增加1個(gè)墊片的試驗(yàn)結(jié)果

      表4 增加2個(gè)墊片的試驗(yàn)結(jié)果

      表5 使用改進(jìn)后工裝的試驗(yàn)結(jié)果

      5. 結(jié)語

      針對帶AG螺紋的鋼制螺套裝配時(shí)脫出的故障,圍繞AG螺紋的工作機(jī)理,依據(jù)故障現(xiàn)象,進(jìn)行了深入的原因分析,確定了影響螺套裝配的主要因素是工裝與螺套端面的摩擦力,并提出了改進(jìn)措施,通過試驗(yàn)驗(yàn)證,消除了螺套脫出的故障。

      該故障分析得出的結(jié)論,可推廣至航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油附件類似產(chǎn)品的AG螺紋安裝。

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