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試著翻譯一下大俠上傳的文檔% Q j& u7 G& `
潤(rùn)滑劑的錯(cuò)誤使用造成直升飛機(jī)主旋翼驅(qū)動(dòng)板裝配螺栓失效
+ H' J0 s% f2 t2 i& G摘要:
1 D5 h2 e7 N( @直升飛機(jī)主旋翼驅(qū)動(dòng)板被定義為飛行安全部件,。不按照保養(yǎng)說(shuō)明可能導(dǎo)致嚴(yán)重傷害或全體機(jī)組人員死亡和/或?qū)︼w機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p壞,。本文主要分析,通過(guò)扭力扳手安裝5個(gè)抗剪螺栓的失效過(guò)程,。通過(guò)可視檢查,、端口金相顯微觀察分析、化學(xué)分析,、靜態(tài)拉伸強(qiáng)度和硬度測(cè)試,,對(duì)照航空軍標(biāo)要求,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不滿足要求的地方,。一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)的,,基于應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的螺栓力傳感器,用來(lái)監(jiān)測(cè)螺栓擰入螺母的整個(gè)過(guò)程中的螺栓軸向力情況,。通過(guò)比較,,使用抗粘合潤(rùn)滑劑的螺栓,由于不正確使用抗粘合潤(rùn)滑劑,,導(dǎo)致過(guò)載,,導(dǎo)致螺栓失效。
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關(guān)鍵詞:螺栓失效,;預(yù)緊力,;擰緊力矩;飛機(jī),;螺紋潤(rùn)滑3 Z) X5 U% P& J9 o
0 r8 Y% [( o: y# h1. 簡(jiǎn)介:
$ D& @2 Z- O( ]4 ?直升飛機(jī)主旋翼驅(qū)動(dòng)板被定義為飛行安全部件,。不按照保養(yǎng)說(shuō)明可能導(dǎo)致嚴(yán)重傷害或全體機(jī)組人員死亡和/或?qū)︼w機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p壞。通過(guò)12個(gè)抗剪螺栓螺母連接,,主旋翼驅(qū)動(dòng)板被固定到主旋翼頭上,。主旋翼驅(qū)動(dòng)板維修手冊(cè)包含拆卸,、清洗、檢測(cè)及安裝,。
4 K" z* W1 m: C+ f1 D0 r, ]維修規(guī)范要求,,螺栓需通過(guò)事先規(guī)定好的擰緊方式,以達(dá)到規(guī)定力值的預(yù)緊力,。高的預(yù)緊力經(jīng)常被希望提供良好的機(jī)械穩(wěn)定性和耐疲勞的螺栓連接,。通過(guò)下面的公式,可以估算指定預(yù)緊力所需的擰緊力矩(公式略)
: a( d6 s- B$ C1 l p* V8 b公式解釋:
8 r6 N% I' e& Y( R" w9 L8 J9 bdm:中徑# E% s3 O7 N: T3 B9 ?/ m& a
d:螺紋大徑4 w7 T0 Y% N. k' J5 H7 a/ I9 z4 u
λ:螺紋升角; \% N! G0 {3 ?" B) o
μ:摩擦系數(shù)
( P/ N: T1 N: q9 x) B2α:牙形角' o# H, R' ? p
μc:轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)摩擦系數(shù),?' B4 y: n9 {- H) ~6 G
Fi:預(yù)緊力
, V. ?* c& S& m; B) O5 k2 k" _: G摩擦系數(shù)取決于各種參數(shù),,例如俯仰角、螺紋類型,、表面平滑度和潤(rùn)滑度,。就平均而言,,μ和μc一般為0.15.公式中方括號(hào)部分簡(jiǎn)稱為扭矩系數(shù)K,,其典型值(非電鍍螺栓0.3,潤(rùn)滑螺栓0.18,,鍍鎘螺栓0.16),。對(duì)于給定力矩的扳手,可以估計(jì)螺栓的預(yù)緊力,。很明顯,,從公式可以看出,同等扭矩情況下,,K值越小,,比如加潤(rùn)滑油,預(yù)緊力越大,。例如,,在研究的比較典型幾何參數(shù)的螺栓(dm=1.374cm,d=1.426cm,,λ=0.008°,,α=30°),扭矩為19.01kgm,,當(dāng)K=0.12,,F(xiàn)i=10986kg,K=0.09,,F(xiàn)i=14797kg,,K=0.08,F(xiàn)i=16397,。值得注意的是,,螺栓必須仔細(xì)選擇,,保證螺釘擰緊,實(shí)現(xiàn)指定百分比的最大負(fù)載能力。根據(jù)適當(dāng)負(fù)載的重要性,,預(yù)緊力的精確性由擰緊力矩決定,。(前邊幾句意思不太明白)因此,設(shè)計(jì)并使用螺栓受力傳感器,,檢測(cè)螺栓擰入螺母整個(gè)過(guò)程中的受力情況,。傳感器的設(shè)計(jì)和使用,下一章節(jié)介紹,。
9 S. t- W9 k, |% n" i本文中,,分析主旋翼驅(qū)動(dòng)板上失效的5個(gè)抗剪螺栓,在小于規(guī)定擰緊力矩下,,螺栓擰斷,。下一章節(jié)描述試驗(yàn)過(guò)程。/ _2 M$ O3 J; c! W/ n7 k0 U
4 v' J8 h0 W- m9 y) R" f9 v' L, K
2. 試驗(yàn)過(guò)程:
. D% N+ p5 v$ S# {- p- v4 s1 T. L$ z試驗(yàn)過(guò)程包含失效螺栓的廣泛特性,,任意選擇已使用,、未損壞的螺釘做非破壞性試驗(yàn),新螺栓靜力試驗(yàn)測(cè)試,, 新螺栓你進(jìn)入過(guò)程中受力,。試驗(yàn)過(guò)程中確認(rèn)螺栓的材料特性及斷裂特性。通過(guò)裸眼和3D顯微鏡進(jìn)行目測(cè)(一般選擇M8),。斷口檢測(cè)使用配備牛津色散普儀(EDS)的Jeol JSM-840A電子掃描顯微鏡,。金相檢查使用賴克特榮MEF3光學(xué)顯微鏡(OM)。螺栓的化學(xué)成分,,通過(guò)EDS分析確定,,防粘材料通過(guò)傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)與EDS組合。紅外光譜儀使用Magna-IR 550 machine from Nicolet,。原料硬度通過(guò)維氏硬度方法測(cè)試,,施加10kg負(fù)載( Leco model V-100A)。任意選擇非失敗螺栓卸載并檢查,,根據(jù)與麥道公司規(guī)范,,使用熒光滲透測(cè)試。根據(jù)NASM1312-8,,新螺栓靜態(tài)拉伸斷裂試驗(yàn),,在室溫下進(jìn)行,使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的50噸液壓伺服MTS荷載框架,。(本段主要描述試驗(yàn)項(xiàng),,試驗(yàn)設(shè)備,翻譯有點(diǎn)亂)# x! R6 a N1 K7 Q! G$ [
基于應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的螺栓力傳感器,,專門(mén)設(shè)計(jì)用于控制和監(jiān)測(cè)螺栓軸向力,,當(dāng)螺栓擰入螺母時(shí),。設(shè)備的操作原則和結(jié)構(gòu),附錄文件中有詳細(xì)描述,。直升機(jī)的維修手冊(cè)規(guī)定,,規(guī)定以下表面準(zhǔn)備(例如清洗),適用于螺栓螺紋的薄薄一層二硫化鉬潤(rùn)滑噴劑(防粘材料),,并干 燥,。然后,螺栓固定,,母施加扭矩17.28kgm(125ftlb),,使用扭矩扳手適配器和一個(gè)扭矩扳手。/ e4 T+ h0 _6 K# E+ s8 K5 y
3. 結(jié)果及討論:
, [0 p; X) R x `% m" h; d這項(xiàng)工作的第一階段包括收集背景數(shù)據(jù),。結(jié)果發(fā)現(xiàn),,廠商沒(méi)有指定的螺栓和螺母的重復(fù)使用任何政策,維護(hù)協(xié)議涉及只更換螺母,、螺栓復(fù)用,。其次,雖然直升機(jī)的維修手冊(cè)要求螺栓固定,,擰螺母,,但是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),,因?yàn)榉奖�,,固定螺母,擰螺栓的現(xiàn)象隨處可見(jiàn),。為了消除兩種方式對(duì)螺栓的影響,,扭矩需要比規(guī)定值高出10%(即137.5英尺磅,而不是125英尺磅),。第三,,直升機(jī)維修手冊(cè)要求螺栓的螺紋部分涂防粘潤(rùn)滑劑,現(xiàn)場(chǎng)工作人員經(jīng)常噴涂整個(gè)螺栓,。盡管存在這些差異,,在過(guò)去的以色列空軍并沒(méi)有類似的故障報(bào)道。
1 Y% K h0 H0 q3 v按照?qǐng)D紙要求,,測(cè)量失效螺栓尺寸,,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何重大偏差。所有螺紋都是type 0.562-18 UNJF-3A,,與要求一致,。選擇任意沒(méi)有失效的螺栓做非破壞性的熒光測(cè)試,沒(méi)有任何裂縫存在,。
& f6 q$ P: a. l# V7 a8 l失效螺栓化學(xué)成分與Inconel 718相似,。螺栓表面鍍鎘,,硬度在49-51HRC之間。以上通過(guò)相關(guān)規(guī)范可以查到[2],Inconel 718/AMS 5662(標(biāo)準(zhǔn)),,拉伸強(qiáng)度最小220 ksi,。鍍鎘層符合-P-416 Type 2 Class2。螺母化學(xué)成分與Inconel 718相似,。硬度46-48HRC,。依據(jù)HS 5489,關(guān)于Inconel 718 ,,AMS 5662或者AMS 5663,,熱處理后硬度達(dá)到44-50HRC。防粘合材料的化學(xué)成分依據(jù)Molykote 3402-C,。這里有一種固態(tài)抗摩擦材料,、腐蝕抑制劑、有機(jī)粘合劑,,摩擦系數(shù)接近0.03,,適宜在-198℃--300℃之間工作。(標(biāo)準(zhǔn)太多,,翻譯的亂,,主要說(shuō)螺栓、鍍層,、潤(rùn)滑劑依據(jù)標(biāo)準(zhǔn))
) a2 y& f* V# u9 s; e( A/ f, s可視化檢測(cè),,宏觀及微觀斷口檢測(cè)在實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行。檢測(cè)表明所有橫向斷裂螺栓都發(fā)生在螺紋區(qū)域,。防粘材料的殘留物被發(fā)現(xiàn)沿整個(gè)長(zhǎng)度的螺栓,,不只在螺紋區(qū)。螺母沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何特殊的異常,。目視螺栓斷裂面,,發(fā)現(xiàn)從螺栓外圍向內(nèi)的深灰色顆粒。顯微觀察斷裂面等軸晶粒裂縫凹陷,,由韌性過(guò)載所致,。垂直于斷裂面金相截面,在光學(xué)顯微鏡下金相檢查,,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何特殊發(fā)現(xiàn),,如不尋常的或嚴(yán)重的冶金缺陷。
$ a5 n" y" x% U1 L8 i在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的MTS機(jī)進(jìn)行靜態(tài)拉伸斷裂試驗(yàn)的相同類型的新螺栓,,得到拉伸強(qiáng)度的平均值為50645磅(22972公斤力),,高于制造商的規(guī)格要求的最低值47,900磅(21,727公斤力)。螺栓螺母擰緊過(guò)程中,表面處理效果對(duì)螺栓軸向力的影響,,通過(guò)軸向力傳感器和校準(zhǔn)扳手評(píng)估,。這些實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)表1看到摘要。通過(guò)表格可以看出,,甲基 - 乙基酮清洗處理或者添加二硫化鉬潤(rùn)滑劑對(duì)螺栓軸向力的不同影響,。直升機(jī)操作手冊(cè)要求,添加潤(rùn)滑劑前需要表面清洗,。然而,,我們希望評(píng)估,如果這一要求得不到滿足,,可能會(huì)發(fā)生什么,。因此,幾個(gè)螺栓清洗甲基 - 乙基酮(MEK)和并用干凈的抹布擦凈,,其他螺栓不清洗,。甲基 - 乙基酮是一種無(wú)色液體,有類似丙酮?dú)馕�,。在其他�?yīng)用中,,它是用來(lái)作為溶劑油,涂料和膠粘劑,。從表1中可以輕易看出,,MEK清洗過(guò)的螺栓,在擰入螺母時(shí),,軸向力增加了約20%(通過(guò)螺栓14和螺栓11,、12、13的對(duì)比),。/ W- f+ a f* g% w2 [
因此,,如果不按要求進(jìn)行清洗,對(duì)螺栓機(jī)械性能不產(chǎn)生有害影響,。從表1中可以明顯看出,不清洗,,螺栓全涂潤(rùn)滑劑的11,、12、13號(hào)螺栓軸向力基本相同,。這一發(fā)現(xiàn)確保軸向力傳感器的精確,。附錄證明傳感器也是準(zhǔn)確的。潤(rùn)滑對(duì)軸向力的影響可以通過(guò)螺栓14和17對(duì)比看出,,同樣可以通過(guò)螺栓19和11,、12、13對(duì)比看出(注意19的扭矩比其他略�,。�,。很顯然,,螺紋的潤(rùn)滑導(dǎo)致螺栓出現(xiàn)最低的軸向力。在整個(gè)螺栓涂潤(rùn)滑劑比不涂潤(rùn)滑劑,,軸向力更大,。
8 e9 I7 Y; r$ i c" p# k2 z因此,可以得出結(jié)論,,防粘合潤(rùn)滑劑施加的方式,,對(duì)螺栓的軸向力的大小有顯著的影響。誠(chéng)如上文所述,,潤(rùn)滑會(huì)減小扭矩系數(shù),,并且在給定扭矩情況下,增加軸向力,。. }4 S/ X/ f8 B# z
為了估計(jì)開(kāi)發(fā)中的螺栓的應(yīng)力的大小,,實(shí)際的軸向力的值按螺栓非螺紋區(qū)域的橫截面面積計(jì)算。按此計(jì)算,,螺栓17,,11、12,、13和14應(yīng)力值分別為98,,145和174ksi。174ksi是清洗并涂潤(rùn)滑劑的螺栓,,高于材料的屈服點(diǎn)(170ksi),,但是低于材料斷裂應(yīng)力。每個(gè)人都應(yīng)該注意的是,,如果用螺紋區(qū)域計(jì)算面積,,實(shí)際應(yīng)力值會(huì)更高。的確,,通過(guò)表1的注釋a和c,,可以看出當(dāng)螺栓14按137.5ftlb擰緊時(shí),其軸向應(yīng)力非常接近材料斷裂應(yīng)力,。" Y5 c" T6 L. Y* Q/ {* g3 d
總之,,直升機(jī)的主旋翼驅(qū)動(dòng)板組件的裝配螺栓是由過(guò)載導(dǎo)致失效。失效的原因是螺栓整個(gè)長(zhǎng)度上的防粘材料應(yīng)用不當(dāng),,這導(dǎo)致高出約1.7正常的軸向應(yīng)力(1.7是什么,?)。通過(guò)本次調(diào)查,,要求維修小組只在有螺紋部分涂潤(rùn)滑劑,,并且沒(méi)有表面清洗的必要性。雖然沒(méi)有限制復(fù)用螺栓(見(jiàn)表1中附注b),建議制造商澄清這一問(wèn)題,。(沒(méi)明白是否可以復(fù)用,?)4 B# |( s& C) } \7 A; u
4.結(jié)論
0 t. k& B* U& u* M3 S基于以上事實(shí),結(jié)論如下:
1 k/ W& Z4 r( E$ t J1. 直升機(jī)主旋翼驅(qū)動(dòng)板裝配螺栓由于機(jī)械超載失效,。原因是防粘合潤(rùn)滑劑使用不當(dāng)(涂整個(gè)長(zhǎng)度的螺栓),,導(dǎo)致軸向力約高出額定值1.7。
" ^4 v# Y8 z7 ^/ H4 d: J2. 防粘合潤(rùn)滑劑只需要涂在有螺紋部分,,表面清洗的預(yù)處理對(duì)失效沒(méi)有影響,。& g& z( L( r% N: C: O& a1 N
3. 螺栓力傳感器,它被設(shè)計(jì)用于在這項(xiàng)工作中,,當(dāng)螺栓擰入螺母時(shí),,提供準(zhǔn)確和精確的軸向力測(cè)量值,它是插入螺帽扭矩扳測(cè)量,。
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