崔薇薇

摘要：本文對航空發(fā)動機緊固件故障分析進行了總結和分析，提出了故障分析的基本思路。

關鍵詞：航空發(fā)動機;緊固件;故障;分析

0 ?引言

緊固件作為實現(xiàn)連接功能的基本零件，在工業(yè)行業(yè)內被廣泛使用。在航空發(fā)動機上，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)動機為例，緊固件數(shù)量已達到一千余個圖號，單臺裝配數(shù)量已達到一萬五千余個。

緊固件裝配部位基本覆蓋了航空發(fā)動機的各個單元體的轉子、靜子和機匣等部位，其使用溫度也有很大的變化范圍，從幾百K到一千余K。對于軍用航空發(fā)動機而言，發(fā)動機要承受更大的機動載荷和沖擊載荷，使用工況更加惡劣，緊固件的故障也會更加的頻繁。

本文針對緊固件故障分析的方法和思路進行了分析，歸納總結出一套更合理的方法，有助于更快速，更準確的描述故障、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 故障信息調查

故障信息調查是對緊固件故障發(fā)生的情況做一個系統(tǒng)的梳理，對故障發(fā)生時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)生的時間、地點、臺份、架次、發(fā)動機狀態(tài)、試車整機表現(xiàn);試驗項目、試驗開展狀態(tài)、故障發(fā)生時試驗參數(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，是以邏輯關聯(lián)的形式對故障現(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層級，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

針對原因分析中的底事件進行逐一排查。排查的方式主要有設計復查、過程文件復查、儀器設備復查、實物失效分析、模擬試驗驗證幾種方式。通過對事件的排查，排除緊固件的非故障因素，鎖定故障根本原因。

1.5 綜合分析與驗證

在事件排查的基礎上，對故障機理進行分析，判斷故障的根本原因，經(jīng)過改進，給出改進方案和具體措施，并進行驗證。最后形成故障分析總結報告。

2 ?緊固件故障分析案例

以某型發(fā)動機在進行某項試驗過程中出現(xiàn)的安裝邊安裝螺栓斷裂故障為例，對軍用發(fā)動機緊固件故障分析及解決的方法進行詳細說明。

2.1 故障信息調查

20XX年X月X日，某型發(fā)動機進行某項葉片包容試驗。在試驗過程中，轉速上升平穩(wěn)，振動等各項指標正常，葉片斷裂轉速正常，預置缺口葉片正常斷裂。試驗后發(fā)現(xiàn)部分螺栓斷裂，螺栓和螺母掉落于試驗器艙體地面。

2.2 故障定位

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

2.3 故障原因分析

根據(jù)以上信息，建立螺栓瞬時過載斷裂的故障樹。故障樹以螺栓瞬時過載斷裂為頂事件，分別從設計、加工和裝配角度進行中間事件的分析，得到三個中間事件：螺栓工作狀態(tài)超出螺栓設計許用范圍、螺栓產(chǎn)品質量存在缺陷、裝配不合理。分別對三個中間事件進行分解，得到十個底事件。如圖3所示。

2.4 事件排查

對故障樹中列出的底事件逐個進行分析，內容見表1。

經(jīng)過對故障樹的底事件進行分析，初步確定10個底事件中能夠排除以下7個：1.1螺栓工作溫度超出許用溫度;2.1螺栓加工質量不合格;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應力過大;3.2螺栓安裝結構形式不合理。

不排除以下3個底事件：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螺栓個數(shù)選用不合適。

在3個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螺栓個數(shù)選用不合適）。

2.5 綜合分析與驗證

采用理論計算的方法對螺栓的承載能力進行分析。

擰緊力矩T與預緊力P0的關系為：

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滑;d——螺紋公稱直徑，單位為mm。

螺栓所受應力計算公式為：

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，進行計算。經(jīng)計算，螺栓所受拉力大于其材料的許用值。

應提高連接螺栓的承載能力，主要措施有兩項：

增大連接處螺栓直徑;

更換強度更高的材料。

由于機匣安裝邊的尺寸無法增大，如增大螺栓直徑，會造影響機匣安裝邊強度，故不能采取增大連接處螺栓直徑的措施。在對幾種經(jīng)固件材料進行分析后，建議對螺栓材料進行更換，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 ?實施效果

此方法已在多型軍用航空發(fā)動機緊固件排故中應用，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，實施效果良好，具有較高的使用價值。

4 ?小結

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

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