AG螺紋安裝后脫出故障研究

■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(jī)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(jìn)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(jī)理及故障現(xiàn)象

AG螺紋是鋼制外螺紋零件擰入鋁合金機(jī)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(jìn)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(jìn)行分組，再選用同組別的螺套進(jìn)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(jī)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(jī)理相悖。

2. 故障再現(xiàn)試驗(yàn)

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

表2 故障再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)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(jī)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(yàn)結(jié)果與過盈螺紋的工作機(jī)理剛好相反。

3. 原因分析

針對試驗(yàn)結(jié)果，對螺套的擰入過程進(jìn)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(jìn)措施

為減小工裝扳手與螺套端面摩擦力，采取了兩種改進(jìn)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(dá)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(jìn)行安裝試驗(yàn)，試驗(yàn)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(jìn)工裝結(jié)構(gòu)，消除工裝與螺套端面的摩擦力。改進(jìn)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(jìn)后的工裝進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表5。改進(jìn)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(jìn)后的工裝

表3 增加1個墊片的試驗(yàn)結(jié)果

表4 增加2個墊片的試驗(yàn)結(jié)果

表5 使用改進(jìn)后工裝的試驗(yàn)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(jī)理，依據(jù)故障現(xiàn)象，進(jìn)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(jìn)措施，通過試驗(yàn)驗(yàn)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(jī)燃油附件類似產(chǎn)品的AG螺紋安裝。