異型薄壁長拉桿超大扭矩試驗工藝方法

馬紅梅

（中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司，四川 成都610000）

該項目是在承擔(dān)某型航空發(fā)動機安裝系統(tǒng)組件過程中，為了解決7120XXX811G01 和7120XXX812G01 左側(cè)推力拉桿裝配和右側(cè)推力拉桿裝配中子件中段和接頭間非對稱螺紋超大扭矩裝配問題而形成的，設(shè)計圖要求的6000N·m 擰緊扭矩（見圖1），零件總長1800mm，壁厚只有2mm（見圖2）國內(nèi)從未采用過超大扭矩進行螺紋的裝配，在薄壁中空管上施加的超大扭矩裝配非常容易使零件扭曲變形甚至破壞，裝配難度極大，無先例可以借鑒。為解決該難題，我們探索了一套工藝方案來實現(xiàn)該裝配要求。首先根據(jù)零件結(jié)構(gòu)進行強度計劃，預(yù)先驗證薄壁長拉桿的承載能力；在零件上精準預(yù)留工藝臺，再設(shè)計專用工裝并解決在螺紋處施加力矩困難的問題和與倍增器連接問題；在施加力矩的過程中使用倍增器，簡化操作、實現(xiàn)力矩的可靠實施。該工藝方法已取得成功并已成功運用到某型航空發(fā)動機安裝系統(tǒng)中，裝配質(zhì)量穩(wěn)定可靠，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了超大扭矩裝配“0”的突破，為國家的航空發(fā)動機發(fā)展戰(zhàn)略解除了一項技術(shù)障礙，有力提升我國在世界航空領(lǐng)域的總體實力、影響力和國際地位。

1 對裝配的擰緊力矩的分析

螺紋連接是在航天航空產(chǎn)品中運用最為廣泛的通用機械結(jié)構(gòu)，螺紋性能的優(yōu)劣、安裝質(zhì)量的好壞，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量。螺紋性能雖然是安裝質(zhì)量的決定因素，但是沒有合理的、正確的安裝方法，沒有可靠的安裝質(zhì)量控制手段，是不能保證螺紋間的可靠連接，無法保證其穩(wěn)定的工作狀態(tài)。對于此類零件，保證在安裝過程中能達到設(shè)計圖要求的擰緊力矩以達到期望的鎖緊能力。擰緊力矩是在安裝過程中操作者施加在被安裝零件上的力矩，使螺紋副之間的摩擦力產(chǎn)生的力矩。鎖緊能力是指緊固件在安裝后鎖緊拉力的大小以及在復(fù)雜工作環(huán)境中保持其鎖緊狀態(tài)的時間長短。對同一緊固件而言，安裝時施加的擰緊力矩越大，緊固件的拉力越大，其鎖緊能力越強。在相同擰緊力矩下，凡產(chǎn)生的軸向拉力較大、并且在復(fù)雜環(huán)境下保持較長時間的鎖緊狀態(tài)的，鎖緊能力越強。如果要求螺紋擰緊力矩過大時往往會導(dǎo)致螺紋連接失效，特別是在密封連接的情況下，因此針對大力矩的裝配要求，通常需要在施加最終力矩前施加預(yù)緊力，有效的避免螺紋因為靜強度和疲勞強度不夠而導(dǎo)致的螺紋失效。在左右側(cè)拉桿推力裝配7120XXX811G01 和7120XXX812G01 中，設(shè)計圖要求先施加2250N·m 的擰緊力矩，然后將螺紋松開，反復(fù)三次，最終施加6000N·m 的擰緊力矩，保證螺紋有效、可靠的連接。

圖1 左、右側(cè)拉桿推力裝配設(shè)計圖

圖2 裝配中某子件薄壁示意圖

1.1 對施加力矩的部位和方式的分析。由于螺紋連接處與限力扳手接觸位置為光桿，如果直接用限力扳手施加如此大的擰緊力矩，一方面容易在施力過程中夾傷零件，另一方面直接施力達到6000N·m 的力矩不現(xiàn)實，需要采用特殊工裝完成該力矩試驗。但是采用工裝無法與光滑外圓可靠連接，施力過程中零件與工裝之間容易產(chǎn)生相對滑動，無法保證力矩的有效性，所以通過分析施加扭矩，即工藝臺預(yù)留位置，不僅能實現(xiàn)零件與工裝間的可靠連接，同時又能實現(xiàn)擰緊力矩的有效傳遞，增強該力矩試驗的可靠性。

1.2 分析在施加大力矩過程中的工裝結(jié)構(gòu)和作用。由于要求的擰緊力矩為6000N·m，先前未曾有過如此大力矩的要求，如果直接施加力矩難度很大，另一方面目前無這么大量程的限力扳手所以要借助特定工裝完成該操作。針對這種情況首先考慮使用非標試驗器進行力矩試驗。但是如果使用非標試驗器，首先成本很高，實用性不大，從設(shè)計到制造再到報批，流程復(fù)雜、周期太久，嚴重影響零件交付進度，無法在既定節(jié)點交付零件，對公司聲譽造成影響。所以分析決定放棄使用非標試驗器的想法，在公司現(xiàn)有的工裝中尋找思路。為方便操作，既省力又可靠的施加到6000N·m 的力矩，決定使用專用工裝和兩個倍增器來達到這個目的，針對倍增器的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，采用專用工裝進行轉(zhuǎn)換，最終完成了整套施力工裝（見圖3），具體結(jié)構(gòu)如下：采用兩個倍增器（見圖4），通過兩個轉(zhuǎn)換器（圖5）把倍增器和零件相互連接，有效傳遞力矩，一方面通過轉(zhuǎn)換器中內(nèi)六方與零件接頭工藝臺外六方連接，另一個轉(zhuǎn)換器中花鍵再與倍增器中內(nèi)花鍵連接，兩個轉(zhuǎn)換器再通過8 槽相互配合連接，接頭和中段間再以螺紋連接，中段工藝臺中外六方再與夾具限轉(zhuǎn)板（圖3）中第2 進行連接，實現(xiàn)工裝的可靠連接。（見圖5）

圖3 整體工裝視圖

圖4 倍增器部分

圖5 轉(zhuǎn)換器

一個倍增器放大倍數(shù)為11 倍，另一個倍增器放大倍數(shù)為6.5倍，通過以下計算可得施加在工作部位的預(yù)緊力和施加最終力矩83.92N·m（見公式1、2）。

2 結(jié)論

本項目的成功，首次在國內(nèi)實現(xiàn)了超大扭矩裝配的技術(shù)難題，說明了超大扭矩裝配的可行性，同時也驗證此類設(shè)計的合理性和可行性，可為今后發(fā)動機推力拉桿構(gòu)型的優(yōu)化和升級提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?？墒购娇蘸教焐踔疗嚨阮I(lǐng)域更為廣泛地考慮采用此類構(gòu)型設(shè)計和裝配技術(shù)，提升相關(guān)產(chǎn)品的性能。有效帶動我國相關(guān)基礎(chǔ)工業(yè)的全面發(fā)展，具有重大借鑒意義。