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試著翻譯一下大俠上傳的文檔
, ^9 M- Q0 W- V; p6 _0 r5 V9 T潤滑劑的錯(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$ {6 f, ]3 T2 k H2 s6 `
摘要:, L7 o' p2 F! h3 i
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,通過扭力扳手安裝5個(gè)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(qiáng)度和硬度測(cè)試,對(duì)照航空軍標(biāo)要求,沒有發(fā)現(xiàn)不滿足要求的地方。一個(gè)專門設(shè)計(jì)的,基于應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的螺栓力傳感器,用來監(jiān)測(cè)螺栓擰入螺母的整個(gè)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。
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關(guān)鍵詞:螺栓失效;預(yù)緊力;擰緊力矩;飛機(jī);螺紋潤滑 B& z" Y+ V! A) W6 `/ N' `
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1. 簡(jiǎn)介:" y: O) T6 |# {. l" T" Q& r# D
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。
/ N M& G5 V6 l8 o& Z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(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)
% }$ X1 x5 _2 t/ `) Q5 m4 e+ C公式解釋:
" g' ? B5 u; M$ Y9 G2 vdm:中徑
7 x( ~- J9 [! T( pd:螺紋大徑
7 ^; p9 a; P4 t0 X: {! l( L0 P. cλ:螺紋升角6 R. Z% K# ~: u! K' @
μ:摩擦系數(shù)
* n! \" ]2 ?* L6 @) F0 P1 F2α:牙形角
: D' \. g9 _+ ~9 ^: Zμc:轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)摩擦系數(shù)?
& x |6 ]5 k/ j) H. nFi:預(yù)緊力! L. \. Z$ K3 G; d) w& d! f
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(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。
+ n% h- P5 ^2 s3 {' s1 ]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)過程。
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2. 試驗(yàn)過程:/ `# x1 d! K5 U/ `! @
試驗(yàn)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(yàn),新螺栓靜力試驗(yàn)測(cè)試, 新螺栓你進(jìn)入過程中受力。試驗(yàn)過程中確認(rèn)螺栓的材料特性及斷裂特性。通過裸眼和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(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)% |" L: q: x+ W+ j; {6 h
基于應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的螺栓力傳感器,專門設(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。& L$ D' g) ?) n# r6 b
3. 結(jié)果及討論:8 L. g! E. r4 G& ~
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)榉奖悖潭菽福瑪Q螺栓的現(xiàn)象隨處可見。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,在過去的以色列空軍并沒有類似的故障報(bào)道。# S5 C8 x6 s0 u+ z1 F
按照?qǐng)D紙要求,測(cè)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(cè)試,沒有任何裂縫存在。6 M4 }0 a# I* [7 ^# E
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(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,主要說螺栓、鍍層、潤滑劑依據(jù)標(biāo)準(zhǔn))
6 h7 ] r4 B4 V- P4 v# _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(yán)重的冶金缺陷。1 A$ ~4 G- Z0 ?8 t& m8 c' k
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)。螺栓螺母擰緊過程中,表面處理效果對(duì)螺栓軸向力的影響,通過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(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 - 乙基酮是一種無色液體,有類似丙酮?dú)馕丁T谄渌麘?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(shí),軸向力增加了約20%(通過螺栓14和螺栓11、12、13的對(duì)比)。1 H9 q6 A2 R5 V0 Z% n
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。潤滑對(duì)軸向力的影響可以通過螺栓14和17對(duì)比看出,同樣可以通過螺栓19和11、12、13對(duì)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(gè)螺栓涂潤滑劑比不涂潤滑劑,軸向力更大。
9 S9 B' {, G1 N$ p9 r因此,可以得出結(jié)論,防粘合潤滑劑施加的方式,對(duì)螺栓的軸向力的大小有顯著的影響。誠如上文所述,潤滑會(huì)減小扭矩系數(shù),并且在給定扭矩情況下,增加軸向力。0 F# g+ B1 o: D- Z- S5 v" u
為了估計(jì)開發(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。5 \( `; W: X; z1 M! ^
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?)
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2 a( O9 d3 k' j6 ~基于以上事實(shí),結(jié)論如下:4 a2 o( O. R7 ~/ f, N$ W! v0 Y
1. 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/ ]2 `+ {, X0 B0 w
2. 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(duì)失效沒有影響。
5 ?+ z5 X1 a& I* z6 H4 j3. 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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