■中國航發(fā)西安動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)動機燃油附件緊固件的聯(lián)接。在安裝時使用螺紋扳手，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將螺套一并帶出的故障進行研究，最終確定了主要原因，制定了措施，解決了脫出故障。

1. 工作機理及故障現(xiàn)象

AG螺紋是鋼制外螺紋零件擰入鋁合金機體時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，對外在施加的松動扭矩產(chǎn)生很大阻力，可靠地防止螺紋松動。

裝配前，先使用塞規(guī)對殼體內(nèi)螺紋進行分組，再選用同組別的螺套進行配對，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將螺套帶出的現(xiàn)象，此現(xiàn)象與過盈螺紋的工作機理相悖。

2. 故障再現(xiàn)試驗

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

表2 故障再現(xiàn)試驗結(jié)果

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

根據(jù)過盈螺紋的工作機理，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，試驗結(jié)果與過盈螺紋的工作機理剛好相反。

3. 原因分析

針對試驗結(jié)果，對螺套的擰入過程進行受力分析，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，在完成裝配旋出工裝扳手時，工裝扳手與螺套端面的摩擦力F2的反作用力不會完全抵消AG過盈螺紋之間的摩擦力F3，就不會帶出螺套。

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，在完成裝配旋出工裝扳手時，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，因其過盈量偏大，導(dǎo)致擰入A G螺紋時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. 改進措施

為減小工裝扳手與螺套端面摩擦力，采取了兩種改進措施。

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，在扳手端面與螺套端面分別增加1～2個高硬度墊片，進行安裝試驗，試驗結(jié)果見表3、表4。通過增加1～2個墊片，有效降低了螺套處于上限時的脫出概率，但仍存在脫出故障。

2）改進工裝結(jié)構(gòu)，消除工裝與螺套端面的摩擦力。改進后的工裝如圖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。使用改進后的工裝進行試驗，結(jié)果見表5。改進工裝后，無論螺套中徑值偏上限或下限，均未出現(xiàn)脫出故障。

圖3 改進后的工裝

表3 增加1個墊片的試驗結(jié)果

表4 增加2個墊片的試驗結(jié)果

表5 使用改進后工裝的試驗結(jié)果

5. 結(jié)語

針對帶AG螺紋的鋼制螺套裝配時脫出的故障，圍繞AG螺紋的工作機理，依據(jù)故障現(xiàn)象，進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，并提出了改進措施，通過試驗驗證，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)動機燃油附件類似產(chǎn)品的AG螺紋安裝。