試著翻譯一下大俠上傳的文檔3 s/ m, U! ]1 E1 w9 O/ I" H
潤滑劑的錯誤使用造成直升飛機主旋翼驅(qū)動板裝配螺栓失效
- o; v1 E7 M2 X( A8 c摘要:
5 T; z8 J* a w5 W& S0 ]直升飛機主旋翼驅(qū)動板被定義為飛行安全部件,。不按照保養(yǎng)說明可能導(dǎo)致嚴重傷害或全體機組人員死亡和/或?qū)︼w機造成嚴重損壞。本文主要分析,,通過扭力扳手安裝5個抗剪螺栓的失效過程,。通過可視檢查、端口金相顯微觀察分析,、化學(xué)分析,、靜態(tài)拉伸強度和硬度測試,對照航空軍標要求,,沒有發(fā)現(xiàn)不滿足要求的地方,。一個專門設(shè)計的,基于應(yīng)變測量技術(shù)的螺栓力傳感器,,用來監(jiān)測螺栓擰入螺母的整個過程中的螺栓軸向力情況,。通過比較,,使用抗粘合潤滑劑的螺栓,由于不正確使用抗粘合潤滑劑,,導(dǎo)致過載,,導(dǎo)致螺栓失效。
8 A5 U/ L5 F# p& r- l! k% O; `7 b$ w- @+ b+ W: L
關(guān)鍵詞:螺栓失效,;預(yù)緊力,;擰緊力矩;飛機,;螺紋潤滑
1 w, k" ?& Y8 W. i! Y5 b' K0 c5 h& R6 f+ E$ R) J
1. 簡介:
! h: k) }" Z& {% D2 u5 V直升飛機主旋翼驅(qū)動板被定義為飛行安全部件,。不按照保養(yǎng)說明可能導(dǎo)致嚴重傷害或全體機組人員死亡和/或?qū)︼w機造成嚴重損壞。通過12個抗剪螺栓螺母連接,,主旋翼驅(qū)動板被固定到主旋翼頭上,。主旋翼驅(qū)動板維修手冊包含拆卸、清洗,、檢測及安裝,。5 r* o3 u( C# {$ H" C* l S
維修規(guī)范要求,螺栓需通過事先規(guī)定好的擰緊方式,,以達到規(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械穩(wěn)定性和耐疲勞的螺栓連接。通過下面的公式,,可以估算指定預(yù)緊力所需的擰緊力矩(公式略)
1 ~$ s" t5 a# f! j( K, ?0 a2 P7 p公式解釋:
. W# X+ ?+ O. rdm:中徑
. ] A) r4 `9 z$ z+ M& M, b. D7 U& k0 Pd:螺紋大徑5 E0 W {4 B$ m
λ:螺紋升角
) v; V7 P% D y9 p) Tμ:摩擦系數(shù)
5 w: F/ |+ l: Z, v9 F3 G5 l: v$ F2α:牙形角
/ j* F* A" q6 I6 H5 Rμc:轉(zhuǎn)動環(huán)摩擦系數(shù),?$ ], G0 {" N8 h1 o+ E t
Fi:預(yù)緊力
! V* N% i' ?) ?# Q/ \8 {. L7 j- u摩擦系數(shù)取決于各種參數(shù),例如俯仰角,、螺紋類型,、表面平滑度和潤滑度。就平均而言,,μ和μc一般為0.15.公式中方括號部分簡稱為扭矩系數(shù)K,,其典型值(非電鍍螺栓0.3,潤滑螺栓0.18,,鍍鎘螺栓0.16),。對于給定力矩的扳手,可以估計螺栓的預(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,,螺栓必須仔細選擇,,保證螺釘擰緊,實現(xiàn)指定百分比的最大負載能力。根據(jù)適當負載的重要性,,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)計并使用螺栓受力傳感器,,檢測螺栓擰入螺母整個過程中的受力情況,。傳感器的設(shè)計和使用,下一章節(jié)介紹,。5 v8 i. K( n5 U! B7 q N
本文中,,分析主旋翼驅(qū)動板上失效的5個抗剪螺栓,在小于規(guī)定擰緊力矩下,,螺栓擰斷,。下一章節(jié)描述試驗過程。7 B- ?0 r$ |* f' J. @3 B: G1 O
3 J9 [6 @& \+ P4 W' Q8 n7 l' ~# r+ f2. 試驗過程:
( r( C: S {# U+ F# Z/ G) S( o. {試驗過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,新螺栓靜力試驗測試,, 新螺栓你進入過程中受力,。試驗過程中確認螺栓的材料特性及斷裂特性。通過裸眼和3D顯微鏡進行目測(一般選擇M8),。斷口檢測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EDS分析確定,防粘材料通過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,。原料硬度通過維氏硬度方法測試,,施加10kg負載( 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,,使用熒光滲透測試。根據(jù)NASM1312-8,,新螺栓靜態(tài)拉伸斷裂試驗,,在室溫下進行,使用一個標準的50噸液壓伺服MTS荷載框架,。(本段主要描述試驗項,,試驗設(shè)備,翻譯有點亂)
7 \8 N4 U5 u7 |; B基于應(yīng)變測試技術(shù)的螺栓力傳感器,,專門設(shè)計用于控制和監(jiān)測螺栓軸向力,,當螺栓擰入螺母時。設(shè)備的操作原則和結(jié)構(gòu),,附錄文件中有詳細描述,。直升機的維修手冊規(guī)定,規(guī)定以下表面準備(例如清洗),,適用于螺栓螺紋的薄薄一層二硫化鉬潤滑噴劑(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扭矩扳手,。5 |/ j& I, ^: z+ v v
3. 結(jié)果及討論:
V) F+ O. C; Z. \ ]7 V這項工作的第一階段包括收集背景數(shù)據(jù),。結(jié)果發(fā)現(xiàn),廠商沒有指定的螺栓和螺母的重復(fù)使用任何政策,,維護協(xié)議涉及只更換螺母,、螺栓復(fù)用。其次,,雖然直升機的維修手冊要求螺栓固定,,擰螺母,但是現(xiàn)場施工時,,因為方便,,固定螺母,擰螺栓的現(xiàn)象隨處可見,。為了消除兩種方式對螺栓的影響,,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,,直升機維修手冊要求螺栓的螺紋部分涂防粘潤滑劑,,現(xiàn)場工作人員經(jīng)常噴涂整個螺栓。盡管存在這些差異,,在過去的以色列空軍并沒有類似的故障報道,。7 s9 I+ E# N4 k1 N$ b! M" ?
按照圖紙要求,測量失效螺栓尺寸,,沒有發(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,。選擇任意沒有失效的螺栓做非破壞性的熒光測試,,沒有任何裂縫存在。) b) L3 Q0 G n
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。以上通過相關(guān)規(guī)范可以查到[2],Inconel 718/AMS 5662(標準),,拉伸強度最小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、有機粘合劑,,摩擦系數(shù)接近0.03,,適宜在-198℃--300℃之間工作。(標準太多,,翻譯的亂,,主要說螺栓、鍍層,、潤滑劑依據(jù)標準)2 ^5 Q% C4 ^2 R7 V2 q0 ^ N* n
可視化檢測,,宏觀及微觀斷口檢測在實驗室執(zhí)行。檢測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)沿整個長度的螺栓,,不只在螺紋區(qū)。螺母沒有發(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,,沒有發(fā)現(xiàn)任何特殊發(fā)現(xiàn),,如不尋常的或嚴重的冶金缺陷。% _9 `5 ^( B+ m
在一個標準的MTS機進行靜態(tài)拉伸斷裂試驗的相同類型的新螺栓,,得到拉伸強度的平均值為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)。螺栓螺母擰緊過程中,,表面處理效果對螺栓軸向力的影響,,通過軸向力傳感器和校準扳手評估。這些實驗可以通過表1看到摘要,。通過表格可以看出,,甲基 - 乙基酮清洗處理或者添加二硫化鉬潤滑劑對螺栓軸向力的不同影響。直升機操作手冊要求,,添加潤滑劑前需要表面清洗,。然而,我們希望評估,,如果這一要求得不到滿足,,可能會發(fā)生什么。因此,,幾個螺栓清洗甲基 - 乙基酮(MEK)和并用干凈的抹布擦凈,,其他螺栓不清洗。甲基 - 乙基酮是一種無色液體,,有類似丙酮氣味,。在其他應(yīng)用中,它是用來作為溶劑油,,涂料和膠粘劑,。從表1中可以輕易看出,MEK清洗過的螺栓,,在擰入螺母時,,軸向力增加了約20%(通過螺栓14和螺栓11、12,、13的對比),。
/ u) F& M! ?0 q, L a7 a因此,如果不按要求進行清洗,對螺栓機械性能不產(chǎn)生有害影響,。從表1中可以明顯看出,,不清洗,螺栓全涂潤滑劑的11,、12,、13號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確的,。潤滑對軸向力的影響可以通過螺栓14和17對比看出,同樣可以通過螺栓19和11,、12,、13對比看出(注意19的扭矩比其他略小),。很顯然,,螺紋的潤滑導(dǎo)致螺栓出現(xiàn)最低的軸向力。在整個螺栓涂潤滑劑比不涂潤滑劑,,軸向力更大,。4 v! P- C; P& `. Y7 q5 {& _% S5 W0 L
因此,可以得出結(jié)論,,防粘合潤滑劑施加的方式,,對螺栓的軸向力的大小有顯著的影響。誠如上文所述,,潤滑會減小扭矩系數(shù),,并且在給定扭矩情況下,增加軸向力,。
+ D: W3 J, h- V3 ]. b" h為了估計開發(fā)中的螺栓的應(yīng)力的大小,,實際的軸向力的值按螺栓非螺紋區(qū)域的橫截面面積計算。按此計算,,螺栓17,,11、12,、13和14應(yīng)力值分別為98,,145和174ksi。174ksi是清洗并涂潤滑劑的螺栓,,高于材料的屈服點(170ksi),,但是低于材料斷裂應(yīng)力。每個人都應(yīng)該注意的是,,如果用螺紋區(qū)域計算面積,,實際應(yīng)力值會更高,。的確,通過表1的注釋a和c,,可以看出當螺栓14按137.5ftlb擰緊時,,其軸向應(yīng)力非常接近材料斷裂應(yīng)力。: U) B- E7 M( Q {6 `. ^( C
總之,,直升機的主旋翼驅(qū)動板組件的裝配螺栓是由過載導(dǎo)致失效,。失效的原因是螺栓整個長度上的防粘材料應(yīng)用不當,這導(dǎo)致高出約1.7正常的軸向應(yīng)力(1.7是什么,?)。通過本次調(diào)查,,要求維修小組只在有螺紋部分涂潤滑劑,,并且沒有表面清洗的必要性。雖然沒有限制復(fù)用螺栓(見表1中附注b),,建議制造商澄清這一問題,。(沒明白是否可以復(fù)用?)& {7 B3 \1 f% a
4.結(jié)論# m& S5 a) { b" y$ z) d/ N
基于以上事實,,結(jié)論如下:% a3 P+ W, D) |6 w7 ^
1. 直升機主旋翼驅(qū)動板裝配螺栓由于機械超載失效,。原因是防粘合潤滑劑使用不當(涂整個長度的螺栓),導(dǎo)致軸向力約高出額定值1.7,。
: o0 V# Q; s% ~+ \: a' T/ j2. 防粘合潤滑劑只需要涂在有螺紋部分,,表面清洗的預(yù)處理對失效沒有影響。" P) I @: C/ Y
3. 螺栓力傳感器,,它被設(shè)計用于在這項工作中,,當螺栓擰入螺母時,提供準確和精確的軸向力測量值,,它是插入螺帽扭矩扳測量,。
! i, B7 Z' J% } |