军用航空发动机紧固件故障分析方法的探索和讨论
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军用航空发动机紧固件故障分析方法的探索和讨论

2021-02-04 16:09:46 投稿作者: 点击:

zoޛ)j馟iviJ+iu)uuiuiuii^?设计复查、过程文件复查、仪器设备复查、实物失效分析、模拟试验验证几种方式。通过对事件的排查,排除紧固件的非故障因素,锁定故障根本原因。

1.5 综合分析与验证

在事件排查的基础上,对故障机理进行分析,判断故障的根本原因,经过改进,给出改进方案和具体措施,并进行验证。最后形成故障分析总结报告。

2  紧固件故障分析案例

以某型发动机在进行某项试验过程中出现的安装边安装螺栓断裂故障为例,对军用发动机紧固件故障分析及解决的方法进行详细说明。

2.1 故障信息调查

20XX年X月X日,某型发动机进行某项叶片包容试验。在试验过程中,转速上升平稳,振动等各项指标正常,叶片断裂转速正常,预置缺口叶片正常断裂。试验后发现部分螺栓断裂,螺栓和螺母掉落于试验器舱体地面。

2.2 故障定位

经现场分解检查后,除机匣安装边螺栓有部分缺失外,其余部件上螺栓均未见缺失,判定故障部位为机匣安装边螺栓断裂,根据理化分析,确定螺栓为瞬时断裂。

2.3 故障原因分析

根据以上信息,建立螺栓瞬时过载断裂的故障树。故障树以螺栓瞬时过载断裂为顶事件,分别从设计、加工和装配角度进行中间事件的分析,得到三个中间事件:螺栓工作状态超出螺栓设计许用范围、螺栓产品质量存在缺陷、装配不合理。分别对三个中间事件进行分解,得到十个底事件。如图3所示。

2.4 事件排查

对故障树中列出的底事件逐个进行分析,内容见表1。

经过对故障树的底事件进行分析,初步确定10个底事件中能够排除以下7个:1.1螺栓工作温度超出许用温度;2.1螺栓加工质量不合格;2.2螺栓硬度不合格;2.3螺栓毛坯材料成分不合格;2.4螺栓材料组织不合格;3.1螺栓扭紧力矩不合适造成预应力过大;3.2螺栓安装结构形式不合理。

不排除以下3个底事件:1.2螺栓规格选用不合适;1.3螺栓材料选用不合适;1.4螺栓个数选用不合适。

在3个无法排除的底事件中,主要原因可以归纳为:

螺栓承载能力不足(1.2螺栓规格选用不合适、1.3螺栓材料选用不合适、1.4螺栓个数选用不合适)。

2.5 综合分析与验证

采用理论计算的方法对螺栓的承载能力进行分析。

拧紧力矩T与预紧力P0的关系为:

T=KP0d

式中:K—拧紧力矩系数,螺纹表面为一般加工表面且无润滑;d——螺纹公称直径,单位为mm。

螺栓所受应力计算公式为:

式中:P∑—螺栓所受的总拉力,N;d1—外螺纹小径,mm;σ—拉伸应力,MPa。

将螺栓的材料、尺寸和飞断叶片的离心力代入公式中,進行计算。经计算,螺栓所受拉力大于其材料的许用值。

应提高连接螺栓的承载能力,主要措施有两项:

增大连接处螺栓直径;

更换强度更高的材料。

由于机匣安装边的尺寸无法增大,如增大螺栓直径,会造影响机匣安装边强度,故不能采取增大连接处螺栓直径的措施。在对几种经固件材料进行分析后,建议对螺栓材料进行更换,并增加定距离套,以增加该处螺栓的承载能力及承载能力裕度。

3  实施效果

此方法已在多型军用航空发动机紧固件排故中应用,具有较为良好的适用性,思路也较为清晰,能够清楚的描述故障、分析故障、解决故障,实施效果良好,具有较高的使用价值。

4  小结

①根据经验,总结出了紧固件故障分析的一套有效方法;②对该方法进行举例说明,说明该方法具有良好的适用性;③对实施效果进行了说明,证明实施效果良好。

参考文献:

[1]刘风坤.航空发动机加力燃烧室内锥组件故障原因分析[J].企业科技与发展,2019(01):84-86.

[2]王锦邦,杜红喜,董永耀,蔡震.某型航空发动机混合器连接螺钉断裂故障分析与预防[J].航空维修与工程,2018(10):86-87.

[3]田野,唐旭.螺纹摩擦系数检测对紧固件失效率影响的探讨[J].内燃机与配件,2019(03):136-137.

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