關于某型發動機螺釘脫落故障的研究

朱正凱

摘 要：本文針對某型發動機（簡稱G型）后支承封氣圈緊固螺釘脫落的問題，通過對比其它型號發動機（簡稱J型）采用相同防松措施、工作環境類似、安全性更高的緊固螺釘，利用尺寸鏈計算緊固螺釘與止動墊圈的配合關系、實驗計算材料線膨脹系數，從結構和材料方面兩個方面分析導致螺釘脫落的原因，提出改進方案，對同類故障的分析有一定的借鑒意義。

關鍵詞：緊固螺釘；止動墊圈；線膨脹系數

中圖分類號：TH452 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0061-02

1 前言

角形止動墊圈防松是螺紋緊固件上常用的一種防松方式，常用于發動機的高溫部位或其他重要部位，具有操作簡單、可靠性高等優點。某發動機后支承封氣圈采用六角頭螺釘緊固，防松方式為雙聯雙耳止動墊圈防松，六角頭螺釘脫落后在機匣內自由活動，存在較大安全隱患。本文介紹并分析了該發動機后支承封嚴圈緊固螺釘脫落的根本原因。

2 故障現象

某發動機在外場出現轉子卡滯故障，返廠分解后發現，轉子卡滯是由一顆六角頭螺釘卡在渦輪盤與相鄰機匣之間造成的。造成卡滯的六角頭螺釘從機匣上脫落，而對應的止動墊圈仍在原位，且形貌無明顯異常。

3 故障分析

通過分解檢查發現，螺釘脫落是導致發動機無法正常工作的直接原因。本文通過對比與J型發動機緊固螺釘的差異，找出導致螺釘脫落的根本原因。

3.1 鎖片保險失效的原因

螺釘與止動墊圈正常裝配情況如圖1所示，計量螺桿與止動墊圈孔的配合間隙，J型發動機配合間隙δ1=0.25 ～0.32mm，G型發動機配合間隙為δ2=0.87～1.0mm。G型發動機六角頭螺釘螺桿與止動墊圈孔配合間隙過大，裝配過程中緊密貼合的止動墊圈止動耳與螺釘六角面在頻繁的振動載荷作用下有較大的相對位移，當止動墊圈與螺釘的相對位置從圖2變為圖3時，兩者相對位移最大為配合間隙δ。如圖3所示，當螺釘中心點與螺釘頂點之間的距離L2小于螺釘中心點與止動墊圈止動耳的距離L1時，止動墊圈完全失去防松作用。

由圖3可知，L2=L1*cos60°+δ*sin60°，根據實際計量結果可得L2=10.12/2+（0.87～1.0mm）*sin60°=5.813～5.926mm，L1=11.2mm/2=5.6mm，此時L2>L1，止動墊圈完全失去防松作用。

3.2 與J型發動機螺釘的結構對比

G型發動機與J型發動機的螺釘結構如圖4、圖5所示。對比兩種螺釘的結構，G型與J型發動機螺釘的螺桿部位存在差異。G型螺釘設計時選用航空行業標準件，螺桿為中徑桿型；而J型螺釘的螺桿部位設計為大徑桿型。中徑桿型的設計導致螺桿與止動墊圈孔的配合間隙過大。

3.3 與J型發動機螺釘的材料對比

通過實驗計算后支承組合相關零件材料線膨脹系數，實驗結果詳見表1。G型六角頭螺釘材料線膨脹系數比其壓緊的封氣圈材料線膨脹系數大，發動機工作時，G型螺釘受熱膨脹程度大于封氣圈，螺釘軸向預擰緊力變小，更容易松動脫落。J型螺釘材料線膨脹系數比其壓緊的封氣圈材料線膨脹系數小，受熱膨脹時軸向預擰緊力變大，不容易松動脫落。

4 故障結論

（1）六角頭螺釘的螺桿與止動墊圈孔配合間隙過大，止動墊圈防松作用逐步消失是螺釘脫落的主要原因。

（2）六角頭螺釘材料線膨脹系數比其壓緊的封氣圈材料線膨脹系數大，受熱后軸向預緊力降低是導致螺釘脫落的客觀因素。

綜上，六角頭螺釘與止動墊圈孔配合間隙過大和螺釘線膨脹系數大于封氣圈共同導致螺釘脫落。

5 改進措施

（1）采用雙聯四耳止動墊圈，減小螺釘的活動裕度。

（2）對六角頭螺釘采用大徑桿型的加工方式，減小螺桿與止動墊圈孔的配合間隙。

參考文獻

[1]陶春虎.緊固件的失效分析及其預防[M].北京：航空工業出版社，2013.11.

[2]劉長福，鄧明.航空發動機結構分析[M].西安：西北工業大學出版社，2006.3.endprint