航空發動機及其衍生產品裝配螺栓擰緊分析

韋成余++韓大強++孫慧

摘 要：本文主要介紹了其他行業常用螺栓擰緊方法及航空發動機及其衍生產品裝配過程螺栓擰緊方法的選擇與分析，意在找出最為合理的擰緊方法，為今后裝配過程起到一定的幫助和指導作用。

關鍵詞：發動機；裝配；螺栓；擰緊方法

中圖分類號：TR41 文獻標識碼：A

1 航空發動機及其衍生產品現行擰緊方法

飛機發動機零組件以多種方式連接，如螺紋連接、齒輪連接、軸承連接、焊接等，并且以多種方式進行鎖緊。在發動機的各種連接方式中，最主要、應用最廣泛的是螺紋連接。螺釘、螺母以各種尺寸、各種形式遍布發動機上任何部位，有時單臺一個件號就幾百個。在大組件裝配上，發動機機匣、殼體多以螺釘、螺母連接和鎖緊，仿佛衣服的紐扣將衣服扣上。操作時既要準確、又要快速。

1.1 常見擰緊方法及要求

1.1.1 按力矩要求擰緊法

力矩要求擰緊法是對螺紋連接件施加一定的外力矩，根據力矩與所產生的

擰緊力的對應關系，來保證對螺紋連接件產生一定的擰緊力的方法。此方法操作簡單，易被掌握，是一種常見的擰緊方法。其擰緊要求為：

1.1.1.1 此擰緊方法易受螺紋摩擦力的影響，導致在擰緊力矩符合設計技術要求時，實際產生的擰緊力卻未能達到要求。所以螺紋連接件連接前螺紋表面應清潔，如無其它特殊規定，應對螺紋表面用HH-20潤滑油進行潤滑處理。

1.1.1.2 螺紋連接件擰緊時，應進行預擰緊，按十字交叉順序預先擰緊全部螺紋連接件，確保與被連接的裝配部件結合面緊密貼合。依次松開各螺紋連接件，再依次將螺紋連接件擰至端面貼合狀態，最后用要求力矩將螺紋連接件最終擰緊。不可將螺紋連接件擰緊到一定程度后，再用限力扳手按要求力矩擰緊。

1.1.2 按擰緊角度要求擰緊法

以相對轉角保證擰緊力，擰緊力不受螺紋連接件螺紋表面摩擦力大小的影響，連接擰緊力可靠。但操作時相對轉角不易測量，誤差較大。其擰緊要求為：螺紋連接件擰緊時，應進行預擰緊，按徑向相對順序預先擰緊全部螺紋連接件，確保與被連接的裝配部件結合面緊密貼合，依次松開直徑相對的螺紋連接件，再依次將螺紋連接件擰至端面貼合狀態，最后按規定角度最終擰緊。

1.1.3 按連接件伸長量要求擰緊法

是根據連接件被拉伸量保證連接預緊力的方法。

其擰緊要求為：

1.1.3.1 測量伸長量時應從螺紋連接件兩端測量，如果僅從一端測量，測量前應保證螺紋連接件軸向活動量被向拉緊力方向完全排除。

1.1.3.2 螺紋連接件擰緊時，應進行預擰緊，按順序及規定的擰緊力預先擰緊全部螺紋連接件，確保與被連接的裝配部件結合面緊密貼合。松開其中任一螺紋連接件，按一定力矩要求將其擰至端面貼合狀態，保證其軸向活動量被向拉緊力方向完全排除。按規定的力矩擰緊后，穩定一定時間，再測量該螺紋連接件長度或相對某一測量平面的相對長度，計算螺紋連接件伸長量。

2 其他行業采用螺栓擰緊方法及工具

在化工、石油、汽車等行業都對關鍵部件螺栓擰緊方法進行明確要求，以保證產品裝配質量。下面就較為成熟的汽車行業為例加以分析。

2.1 汽車發動機裝配

在汽車行業，尤其是動力總成系統的裝配作業中，螺栓聯接有著廣泛的應用，其質量直接關系到產品的安全性和可靠性。擰緊作為發動機重要的裝配工藝環節，同樣存在螺栓安裝錯誤、擰緊過程錯誤等風險。然而，我們可以通過零件自身特點或零件之間的差異，利用擰緊設備本身的控制特性，實現一些零件的漏裝和混裝防錯，基于ATLAS等品牌擰緊系統，對擰緊中的一些防錯手段進行說明和例證。擰緊的原理，是通過旋轉緊固件，將擰緊工具作用在緊固件上的扭矩一部分轉化為零件夾緊力，進而實現對零件裝配的目的。電槍傳感器，可以同時記錄擰緊的扭矩和角度。雖然在多數情況下，我們以扭矩作為目標值對擰緊的結果進行控制，但同時可以利用電槍的這一功能，對實現目標扭矩時螺栓所轉過的角度，進行監控。在規模生產中，緊固件和連接零件是一致性很高的零件，擰緊的角度可以高度接近，而對于狀態異常的零件擰緊的監控角度，可能與正常零件的數據偏差較多。對于需要擰緊多顆螺栓的工位，有時會發生對已經完成擰緊的螺栓重復擰緊的錯誤。角度監控則可以防止這種錯誤的發生。

當正常零件進行裝配擰緊時。以T0 為監控起點，當實現目標扭矩時，擰緊的監控角度值，會落在正常的監控區間A 之內；因零件異常，過早達到目標扭矩時。以T0 為監控起點，當達到目標扭矩時，擰緊監控角度低于正常范圍，落在區間B 之內，此時擰緊設備會因該次擰緊的監控角度，未達到設定的正常范圍下限而進行報警。一般導致這種報警的情況，有錯用了螺紋副過短的零件或者螺紋加工深度不足，或者對已擰緊完畢的螺栓進行重復擰緊等. 因零件異常，過遲達到目標扭矩時。以T0 為監控起點，當達到目標扭矩時，擰緊監控角度高于正常范圍，落在區間C 之內，此時，擰緊設備同樣會因該次擰緊的監控角度，超出設定正常范圍上限而報警。一般導致這種報警的情況，有使用了螺紋副過長的零件，或者漏裝墊片或者密封圈等零件。

在擰緊技術日新月異的今天，借鑒汽車行業的成熟經驗，在航空發動機及其衍生品裝配中引入先進螺栓擰緊控制系統—各種電動伺服控制工具（手持式的電動扳手或固定式的擰緊機），高精度的傳感器可以使擰緊精度達到±3%以內；根據擰緊特點選擇不同的擰緊方式，可以獲得高精度、穩定的擰緊質量，所以就連成本控制嚴格的日系汽車生產企業也逐漸大量采用電動工具來保證裝配的產品質量。航空發動機及其衍生品在今后的裝配中引入先進螺栓擰緊控制系統來提高裝配質量將是一個很好的解決方案。

結語

論文從汽車行業方面介紹了螺紋擰緊的使用技術，雖然在汽車行業應用可能比較成熟，但還未應用于航空發動機及其衍生品實際裝配過程中，因此下一步的工作將研究和解決在實際應用中出現的一些問題，使擰緊控制系統在航空發動機行業應用更加成熟。

參考文獻

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