軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件故障分析方法的探索和討論

崔薇薇

摘要：本文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件故障分析進(jìn)行了總結(jié)和分析，提出了故障分析的基本思路。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);緊固件;故障;分析

0 ?引言

緊固件作為實(shí)現(xiàn)連接功能的基本零件，在工業(yè)行業(yè)內(nèi)被廣泛使用。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，緊固件作為使用數(shù)量最多、分布最廣的一種零件，以三代軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，緊固件數(shù)量已達(dá)到一千余個(gè)圖號(hào)，單臺(tái)裝配數(shù)量已達(dá)到一萬(wàn)五千余個(gè)。

緊固件裝配部位基本覆蓋了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)單元體的轉(zhuǎn)子、靜子和機(jī)匣等部位，其使用溫度也有很大的變化范圍，從幾百K到一千余K。對(duì)于軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)要承受更大的機(jī)動(dòng)載荷和沖擊載荷，使用工況更加惡劣，緊固件的故障也會(huì)更加的頻繁。

本文針對(duì)緊固件故障分析的方法和思路進(jìn)行了分析，歸納總結(jié)出一套更合理的方法，有助于更快速，更準(zhǔn)確的描述故障、定位故障、分析故障、解決故障。

1 ?緊固件故障分析的方法

緊固件故障的分析流程如圖1所示。

1.1 故障信息調(diào)查

故障信息調(diào)查是對(duì)緊固件故障發(fā)生的情況做一個(gè)系統(tǒng)的梳理，對(duì)故障發(fā)生時(shí)的情況做出具體的描述，明確故障現(xiàn)象。主要信息包括故障發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、臺(tái)份、架次、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、試車整機(jī)表現(xiàn);試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)開展?fàn)顟B(tài)、故障發(fā)生時(shí)試驗(yàn)參數(shù);故障件狀態(tài)描述等信息。

1.2 故障定位

在充分獲取故障現(xiàn)象信息后，進(jìn)行故障定位。根據(jù)前期獲取的故障現(xiàn)象信息，通過直觀判斷、分解檢查、微觀分析等方法進(jìn)行故障定位，確定引起故障部位。

1.3 故障原因分析

使用故障樹分析的方法進(jìn)行故障原因分析。故障樹分析是自上而下的故障分析方法，是以邏輯關(guān)聯(lián)的形式對(duì)故障現(xiàn)象和故障原因建立聯(lián)系，最終確定故障發(fā)生原因的一種方法。對(duì)于緊固件的故障，故障樹一般分為頂事件、中間事件和底事件三個(gè)層級(jí)，如圖2。

頂事件一般為緊固件故障的失效形式。如斷裂、疲勞、磨損、腐蝕、變形、燒蝕等。

中間事件一般為產(chǎn)生緊固件失效的一般歸因。如工作狀態(tài)超額、產(chǎn)品質(zhì)量缺陷、裝配和使用因素等。

底事件一般為緊固件一般歸因的具體分解。如工作溫度超限、載荷超限;材料選用不合理、規(guī)格選用不合理、數(shù)量選用不合理;加工質(zhì)量問題、硬度缺陷、毛坯缺陷;裝配扭矩過大、安裝形式不合理等。

1.4 事件排查

針對(duì)原因分析中的底事件進(jìn)行逐一排查。排查的方式主要有設(shè)計(jì)復(fù)查、過程文件復(fù)查、儀器設(shè)備復(fù)查、實(shí)物失效分析、模擬試驗(yàn)驗(yàn)證幾種方式。通過對(duì)事件的排查，排除緊固件的非故障因素，鎖定故障根本原因。

1.5 綜合分析與驗(yàn)證

在事件排查的基礎(chǔ)上，對(duì)故障機(jī)理進(jìn)行分析，判斷故障的根本原因，經(jīng)過改進(jìn)，給出改進(jìn)方案和具體措施，并進(jìn)行驗(yàn)證。最后形成故障分析總結(jié)報(bào)告。

2 ?緊固件故障分析案例

以某型發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行某項(xiàng)試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的安裝邊安裝螺栓斷裂故障為例，對(duì)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件故障分析及解決的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 故障信息調(diào)查

20XX年X月X日，某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行某項(xiàng)葉片包容試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn)，振動(dòng)等各項(xiàng)指標(biāo)正常，葉片斷裂轉(zhuǎn)速正常，預(yù)置缺口葉片正常斷裂。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)部分螺栓斷裂，螺栓和螺母掉落于試驗(yàn)器艙體地面。

2.2 故障定位

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分解檢查后，除機(jī)匣安裝邊螺栓有部分缺失外，其余部件上螺栓均未見缺失，判定故障部位為機(jī)匣安裝邊螺栓斷裂，根據(jù)理化分析，確定螺栓為瞬時(shí)斷裂。

2.3 故障原因分析

根據(jù)以上信息，建立螺栓瞬時(shí)過載斷裂的故障樹。故障樹以螺栓瞬時(shí)過載斷裂為頂事件，分別從設(shè)計(jì)、加工和裝配角度進(jìn)行中間事件的分析，得到三個(gè)中間事件：螺栓工作狀態(tài)超出螺栓設(shè)計(jì)許用范圍、螺栓產(chǎn)品質(zhì)量存在缺陷、裝配不合理。分別對(duì)三個(gè)中間事件進(jìn)行分解，得到十個(gè)底事件。如圖3所示。

2.4 事件排查

對(duì)故障樹中列出的底事件逐個(gè)進(jìn)行分析，內(nèi)容見表1。

經(jīng)過對(duì)故障樹的底事件進(jìn)行分析，初步確定10個(gè)底事件中能夠排除以下7個(gè)：1.1螺栓工作溫度超出許用溫度;2.1螺栓加工質(zhì)量不合格;2.2螺栓硬度不合格;2.3螺栓毛坯材料成分不合格;2.4螺栓材料組織不合格;3.1螺栓扭緊力矩不合適造成預(yù)應(yīng)力過大;3.2螺栓安裝結(jié)構(gòu)形式不合理。

不排除以下3個(gè)底事件：1.2螺栓規(guī)格選用不合適;1.3螺栓材料選用不合適;1.4螺栓個(gè)數(shù)選用不合適。

在3個(gè)無法排除的底事件中，主要原因可以歸納為：

螺栓承載能力不足（1.2螺栓規(guī)格選用不合適、1.3螺栓材料選用不合適、1.4螺栓個(gè)數(shù)選用不合適）。

2.5 綜合分析與驗(yàn)證

采用理論計(jì)算的方法對(duì)螺栓的承載能力進(jìn)行分析。

擰緊力矩T與預(yù)緊力P0的關(guān)系為：

T=KP0d

式中：K—擰緊力矩系數(shù)，螺紋表面為一般加工表面且無潤(rùn)滑;d——螺紋公稱直徑，單位為mm。

螺栓所受應(yīng)力計(jì)算公式為：

式中：P∑—螺栓所受的總拉力，N;d1—外螺紋小徑，mm;σ—拉伸應(yīng)力，MPa。

將螺栓的材料、尺寸和飛斷葉片的離心力代入公式中，進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，螺栓所受拉力大于其材料的許用值。

應(yīng)提高連接螺栓的承載能力，主要措施有兩項(xiàng)：

增大連接處螺栓直徑;

更換強(qiáng)度更高的材料。

由于機(jī)匣安裝邊的尺寸無法增大，如增大螺栓直徑，會(huì)造影響機(jī)匣安裝邊強(qiáng)度，故不能采取增大連接處螺栓直徑的措施。在對(duì)幾種經(jīng)固件材料進(jìn)行分析后，建議對(duì)螺栓材料進(jìn)行更換，并增加定距離套，以增加該處螺栓的承載能力及承載能力裕度。

3 ?實(shí)施效果

此方法已在多型軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件排故中應(yīng)用，具有較為良好的適用性，思路也較為清晰，能夠清楚的描述故障、分析故障、解決故障，實(shí)施效果良好，具有較高的使用價(jià)值。

4 ?小結(jié)

①根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了緊固件故障分析的一套有效方法;②對(duì)該方法進(jìn)行舉例說明，說明該方法具有良好的適用性;③對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了說明，證明實(shí)施效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉風(fēng)坤.航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室內(nèi)錐組件故障原因分析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（01）：84-86.

[2]王錦邦，杜紅喜，董永耀，蔡震.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)混合器連接螺釘斷裂故障分析與預(yù)防[J].航空維修與工程，2018（10）：86-87.

[3]田野，唐旭.螺紋摩擦系數(shù)檢測(cè)對(duì)緊固件失效率影響的探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（03）：136-137.