摘要:针对航空发动机装配过程中出现的螺栓预紧力误差大、控制精度低等问题,基于 TC4 钛合金单螺栓连接工艺实验,分 析了不同拧紧策略对装配预紧力大小及稳定性的影响,具体包括扭矩法、扭矩-转角法等拧紧方法和拧紧速度。在扭矩法的基 础上,研究了分步拧紧对预紧力的影响。以单螺栓连接结构和航空发动机典型的法兰螺栓连接结构为研究对象,探索了螺栓 预紧力短时衰减规律。结果表明,重复拧紧时扭矩-转角法预紧力标准差大致是扭矩法的三分之一,使用扭矩-转角法、采用 分步拧紧和提高拧紧转速均可使拧紧扭矩系数 K 值趋于平稳,降低预紧力分散程度,提高预紧力控制精度;预紧力在拧紧完 成后的短时间内会发生衰减,前 5~10 min 衰减最快,大致占总衰减量的 80%,20~30 min 后预紧力保持稳定。

关键词:航空发动机;螺栓连接;拧紧工艺;拧紧速度;预紧力

(1) 使用扭矩-转角法进行拧紧,预紧力数值比 使用扭矩法拧紧时更接近理论目标值,并且重复拧 紧时预紧力分散程度也更低,扭矩法预紧力标准差 大致是扭矩转角法的 3 倍,因此扭矩-转角法相较扭 矩法拧紧质量更高。

(2) 分步拧紧有利于提高螺栓组预紧力一致 性,两步拧紧(50%~100%)与三步拧紧(30%~ 70%~100%)预紧力一致性非常接近,三步拧紧略微 优于两步拧紧,而单步拧紧得到的螺栓组预紧力分 散度最大。

(3) 在 20/40/60/80 rpm 四组拧紧转速范围区间 内,拧紧速度越大,拧紧扭矩系数 K 值越小,越有 利于拧紧扭矩向预紧力的转换;拧紧速度越大,拧 紧扭矩系数 K 值越趋于平稳,即预紧力离散程度越 平稳。

(4) 在拧紧完成后的短时间内,螺栓预紧力会 发生一定程度的衰减,且衰减规律基本一致,即前 5~10 min 衰减最快,大致占总衰减量的 80%,在 20~30 min 后,预紧力基本保持稳定。通过对 M8 螺栓与 M10 螺栓两种装配工艺实验的对比发现,预 紧力衰减数值、衰减比例以及衰减速度可能与温度、 螺栓及被连接件结构、材料、润滑条件等因素有关。

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