機(jī)輪鋼絲螺套使用故障原因分析及改進(jìn)措施

王曉梅

摘要：鋁合金機(jī)輪與其附屬件的連接方式通常為螺紋。但由于鋁合金材質(zhì)偏軟，且螺栓拆裝頻繁，為減少對機(jī)輪內(nèi)螺紋的損傷，通常在螺紋孔內(nèi)預(yù)裝鋼絲螺套。本文就實(shí)際使用中出現(xiàn)的鋼絲螺套故障進(jìn)行原因分析，并給出對應(yīng)的改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：鋼絲螺套;故障;螺紋咬死

飛機(jī)機(jī)輪通常使用鋁合金鍛造而成，其他附屬件與機(jī)輪之間通常以螺紋連接，且需經(jīng)常拆裝螺栓以支持檢查和維修。但鋁合金的抗剪強(qiáng)度低，不具備足夠的連接強(qiáng)度，反復(fù)的拆裝容易損傷鋁合金螺紋。為解決這一問題，當(dāng)前通用方法是在鋁基體內(nèi)螺紋上加裝鋼絲螺套，以提高螺紋連接強(qiáng)度，但實(shí)際使用中鋼絲螺套頻現(xiàn)故障。

1鋼絲螺套的介紹

鋼絲螺套是用菱形截面鋼絲繞制成的彈簧狀絲套（見圖1）。鋼絲螺套旋入鋁合金機(jī)輪內(nèi)螺紋孔時(shí)，與內(nèi)螺紋過盈配合產(chǎn)生新的內(nèi)螺紋。鋼絲螺套以其自身的彈力貼合在內(nèi)螺紋槽內(nèi)，大大減少應(yīng)力集中的發(fā)生，提高了螺紋聯(lián)接的疲勞壽命。試驗(yàn)研究證明，預(yù)裝鋼絲螺套的內(nèi)螺紋比原內(nèi)螺紋的抗拉強(qiáng)度提高50%左右，破壞扭矩提高40%左右，鋼絲螺套能夠?qū)?nèi)螺紋進(jìn)行有效保護(hù)，并大大提高內(nèi)螺紋的力學(xué)性能。若采用鎖緊型鋼絲螺套，其自身即可實(shí)現(xiàn)自鎖功能，避免采用自鎖螺母或螺母加保險(xiǎn)絲等外加鎖緊裝置，因而簡化了鎖緊結(jié)構(gòu)。

2故障現(xiàn)象及原因分析

2.1螺栓卡滯而無法安裝到位

將螺栓裝入預(yù)裝鋼絲螺套的螺紋孔時(shí)卡滯，螺栓無法安裝到位，隨即停止安裝且將螺栓緩緩?fù)顺觥＝?jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)卡滯原因?yàn)椋嚎變?nèi)預(yù)裝的鋼絲螺套第一扣安裝過淺，已高出基體內(nèi)螺紋頂面，因而鋼絲螺套的徑向緊度不夠，拆螺栓時(shí)螺套隨之脫出。

2.2鋼絲螺套被螺栓帶出螺紋孔

拆螺栓時(shí)，鋼絲螺套被帶出螺紋孔。目視檢查螺栓發(fā)現(xiàn)，螺栓頭部第一圈螺紋剪切損傷嚴(yán)重，且前5圈螺紋發(fā)生了粘合損傷（見圖2）。末端四圈螺紋未受損，但可見少量銹跡。圖3所示為電子顯微鏡掃描結(jié)果，可見螺紋上有嚴(yán)重的粘合損傷，表面材料從左向右拖尾（見藍(lán)色箭頭）。

由此推斷此次故障的原因是螺紋配合產(chǎn)生粘合損傷而導(dǎo)致咬死，難以拆卸螺栓，在設(shè)法拆螺栓時(shí)用力過大而將鋼絲螺套帶出螺紋孔。

螺紋發(fā)生咬死，是因?yàn)閿Q緊過程中，螺紋面受壓且相對滑動(dòng)，不銹鋼表面原有的氧化膜層被破壞和擦除，螺紋接觸表面凸出點(diǎn)之間因摩擦過度，發(fā)生局部熔合粘結(jié)并撕裂，使摩擦表面更加粗糙。嚴(yán)重粘合損傷導(dǎo)致螺紋面完全咬死而不能相互運(yùn)動(dòng)。

下面從材料選擇、潤滑情況和螺紋配合壓力等方面分析螺紋咬死的原因。

1）本案例中的鋼絲螺套材料為304號不銹鋼，螺栓為43 1號不銹鋼，兩種材料的硬度差超過HB 50。

2）螺栓的材料表面粗糙度見表l，基本符合0.25≤Ra≤1.5。

3）螺紋無潤滑或者潤滑不足可引起螺紋咬死。本案例中，螺栓尾部螺紋可見少量銹跡，則可認(rèn)為螺栓安裝時(shí)潤滑不足，引起螺栓和鋼絲螺套咬死。

4）對于螺栓和鋼絲螺套間的接觸壓力，由于螺栓所受外部載荷不可能導(dǎo)致超高接觸壓力，則考慮因安裝導(dǎo)致的螺紋面間的接觸應(yīng)力超高。可能因螺栓和螺紋孔的方向不平行，需加大力氣將螺栓擰入，因此摩擦生熱嚴(yán)重而產(chǎn)生粘合損傷。

3改進(jìn)意見

綜合上述分析，導(dǎo)致本案例故障的主要原因是安裝螺栓時(shí)潤滑不足，且安裝時(shí)螺栓與螺紋孔軸線不平行。對此給出如下改進(jìn)建議。

1）在安裝螺栓前，首先檢查鋼絲螺套的第一圈螺紋是否處于正確的位置。

2）安裝前清潔螺紋表面，充分潤滑螺栓和鋼絲螺套，應(yīng)使用防卡咬潤滑劑。

3）安裝螺栓時(shí)應(yīng)保證螺栓和螺紋孔的方向盡量平行。

4）緩慢擰進(jìn)螺栓，減少擰緊過程中的摩擦溫升，若發(fā)現(xiàn)手感不順暢應(yīng)立即停止安裝，仔細(xì)查找具體原因。

按以上改進(jìn)措施執(zhí)行的螺栓拆裝，顯著降低了鋼絲螺套的故障率，且螺栓拆裝順暢，節(jié)約了大量的工時(shí)和人力。

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