Gegenwärtig wird der Sicherheit von Schraubverbindungen bei der Herstellung, Produktion und Wartung von Triebwerken im Luftfahrtbereich große Aufmerksamkeit geschenkt. Insbesondere für selbstsichernde Muttern wird es aufgrund seiner guten antiseismischen und losen Beständigkeit und Wiederverwendung in der Luftfahrtindustrie häufig verwendet.
Die selbstsichernde Mutter nimmt eine plastische Verformung an, um eine Reibungskraft im Gewindepaar zu bilden, um ein Lösen des Gewindes zu verhindern. Bei wiederholtem Gebrauch nimmt jedoch das Selbsthemmungsdrehmoment zwischen den Gewindepaaren allmählich ab, insbesondere bei einem Aufprall oder einer erheblichen Laständerung des Motors, dieses Phänomen wird deutlicher.
In dieser Studie wird der Einfluss von internen und externen Faktoren auf die lose Gewindeverbindung analysiert, um Hinweise für die Entwicklung, den Einsatz und die Wartung des Triebwerks im folgenden Luftfahrtbereich zu geben.
1、 Lebensdauer der selbstsichernden Mutter
Um die Funktion und Spinnbarkeit der Gewindeverbindung zu gewährleisten, ist es grundsätzlich erforderlich, einen gewissen Abstand zwischen den Passflächen des Gewindes einzuhalten.
Nach der Untersuchung des strukturellen Lockerungsmodus verringert die relative Schwingung zwischen den Gewinden unter dynamischer Belastung den Reibungskoeffizienten des Gewindepaares, lässt die Mutter rotieren oder sogar locker werden. Bei Luftfahrtkomponenten ist die Gewindeverbindungsleitung ein wichtiger Bestandteil. Von großer Bedeutung für die Produkte ist die Gestaltung der Gewindesicherung.
Die üblichen Möglichkeiten, ein Lockern zu verhindern, umfassen drei Arten:
Erstens kann der Anti-Locker-Modus, der die Bewegungsbeziehung des Schraubenpaares zerstört, das Gewinde der Mutter und des Bolzens durch Schweißen oder Füllen lokal verformen und den Effekt des Anti-Losen-Effekts realisieren.
Zweitens bezieht sich die mechanische Entspannung auf die Verwendung zusätzlicher Sicherungselemente nach dem Anziehen der Mutter, um die relative Drehung von Mutter und Schraube zu verhindern. Splint, Anschlagscheibe usw. werden häufig verwendet, was das Gewicht des Gewindepaares und die Demontage erschweren kann.
Drittens ist die Reibungskraft locker, was durch Erhöhen der Reibung der Kontaktfläche erreicht werden kann.
Bei selbstsichernden Muttern kann eine radiale Verformung durch den Sicherungsbereich der Mutter realisiert werden, um den Effekt der Lockerung zu erzielen. Wenn die Schraube in die Verformungsposition der selbstsichernden Mutter geschraubt wird, bildet die Verformungsposition der Mutter eine radiale Extrusionskraft auf die Schraube, wodurch eine Haftreibungskraft auf das Gewinde gebildet wird und die Gewindeoberfläche ein Anti-Lösedrehmoment hat.
Es ist auch eine wichtige Maßnahme, um das Lösen der Komponenten im Luftfahrtbereich zu verhindern. Bei Verwendung von selbstsichernden Muttern verringert sich jedoch der Abstand der selbstsichernden Kraft.
In Kombination mit den bestehenden Forschungsergebnissen wird der Grenzwert der Selbsthemmungskraftstrecke nach 15 wiederholten Versuchen nahe am Grenzwert liegen. Während des Gebrauchs können die von der selbstsichernden Mutter hergestellten Produkte aufgrund der Probleme des Sperrbereichs und des Ausrüstungszustands des Gewindepaares und der Verarbeitungsqualität nicht die erwartete Lebensdauer erreichen Feststelldrehmoment bei Verwendung der selbstsichernden Mutter, um die Lebensdauer zu verbessern.
2、 Analyse der Einflussfaktoren auf die Drehmomentdämpfung der selbstsichernden Mutter
（1） Materialauswahl und Wärmebehandlungsmethode
Für das Befestigungselement im Luftfahrtbereich kann die Konstruktionsbedingung der Triebwerksmontageposition von Edelstahl, Baustahl oder Titanlegierung bis hin zu Befestigungsmaterialien ausgewählt werden, und die Auswahl zeigt allmählich den Trend zu hoher Festigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit. Einige Superlegierungsmaterialien werden häufig bei der Konstruktion von selbstsichernden Muttern für Motoren verwendet.
Eine vernünftige Materialauswahl ist der Schlüssel zur Gewährleistung der Qualität der Produkte. Die Lebensdauer der selbstsichernden Mutter und die vorhandene experimentelle Forschung belegen, dass das verwendete Material und die Wärmebehandlungsmethode der Mutter die Drehmomentdämpfung der selbstsichernden Mutter beeinflussen, und achten auch auf die Material-, Härte- und Beschichtungsanpassung des Gewindes.
（2） Verriegelungsstruktur
Die Auswahl geeigneter Werkstoffe und die Kontrolle des Wärmebehandlungsverfahrens haben maßgeblichen Einfluss auf das Sicherungssystem der Hubmutter. Da die selbstsichernde Mutter jedoch hauptsächlich auf Reibungskraft angewiesen ist, um ein Lösen zu verhindern, ist der Einfluss der Bewegung von Gewindeverbindungsteilen auf das Lösen des Gewindes beim Kraftvorgang offensichtlich. Daher wird die Lebensdauer der selbstsichernden Mutter beeinflusst durch die strukturellen Eigenschaften des Nussschlosses und die Verformung des Schlossbereichs.
Erstens ist die typische Schlossstruktur, die häufig im Luftfahrtbereich verwendet wird, eine elliptische Abflachungsstruktur, eine nichtmetallische Einsatzstruktur und eine geschlitzte Verschlussstruktur.
Die nichtmetallische Einlage nutzt die elastischen Eigenschaften des nichtmetallischen Materials, um den Anti-Lockerungseffekt der Folie zu erzielen. Der Rest nutzt die Selbstsperrwirkung des Sperrbereichs, um das Lockern zu verhindern.
Durch die tatsächliche Verwendung von selbstsichernden Muttern im Motor wurde festgestellt, dass die Wiederverwendungsstabilität von selbstsichernden Muttern in verschiedenen Schließbereichen unterschiedlich ist. Die Simulationsanalyse verschiedener Verriegelungsstrukturen von Schraubenpaaren wird mit Hilfe von Finite-Elemente-Software realisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verformung der Liganden im Schraubenpaar die Kontaktfläche und die gleichmäßige Leistung der Verriegelungsfläche beeinflusst und in direktem Zusammenhang steht mit die Stabilität der Schließleistung.
3、 Experimentelle Analyse
（1） Material der selbstsichernden Mutter
Um den Einfluss der Strukturverformung im Schlossbereich auf die Dämpfung des Sperrmoments weiter zu analysieren, wurde in dieser Studie die Leistungsanalyse des Sperrmoments mit 10 Produkten als Gruppe durchgeführt. Die Analyse des Drehmomentexperiments wurde durchgeführt, indem die gleiche Spezifikation von nichtmetallischen Einsatzmuttern, elliptischen, geschlitzten und selbstsichernden Dreipunktmuttern unter Innenbedingungen ausgewählt wurde. Die experimentellen Ergebnisse sind wie folgt.
Es hat sich gezeigt, dass die selbstsichernde Mutter des Einsatzes im gesamten Prozess durch die elastischen Eigenschaften von nichtmetallischen Materialien einen großen Toleranzbereich aufweist und der theoretische Grad der selbsthemmenden Drehmomentdämpfung gering ist. Im tatsächlichen Verwendungsprozess ist das selbstsichernde System der selbstsichernden Mutter mit Nyloneinsatz jedoch im ersten und zweiten Experiment besser, das stark von der Temperatur beeinflusst wird. Das Drehmoment wird nach dem Erwärmen der Montage schnell abklingen und die Betriebstemperatur sollte niedriger als 100 ℃ sein, so dass der Einfluss der Leistungstemperatur von nichtmetallischen Materialien auf diese Art von selbstsichernder Mutter relativ groß ist.
Bei der selbstsichernden Mutter aus Metall beruht die Hauptsache auf der Verschlussverformung im Verschlussbereich und dem Störbetrag des Extrusionskontakts des Schraubenpaars. Im Vergleich zur nichtmetallischen selbstsichernden Mutter wird die Lebensdauer des Materials weniger von der Temperatur beeinflusst und der Einfluss der Verformung und Verformungskontrolle im Verschlussbereich ist relativ groß.
Bei selbstsichernden Muttern gibt es zwei Verformungsarten, nämlich geschlitzt und elliptisch flach, die technisch einfach sind und auch bei einigen selbstsichernden Muttern im Haushalt häufig verwendet werden. Da der Verformungsmodus nur von der Zweipunkt-Kontaktkraft abhängt, hat der Verformungsbetrag einen großen Einfluss auf die Dämpfung des Selbsthemmungsmoments.
Das geschlitzte Ende bezieht sich hauptsächlich auf die radiale Verschlussverformung, nachdem 6-8 gleichmäßige Kerben am Ende der Mutter geöffnet wurden, damit ein Mehrpunkt-Störkontakt mit dem Außengewinde erreicht werden kann. Durch die Analyse ist das Verformungsverfahren gleichmäßiger und das Sperrmoment stabiler als das des elliptischen Kompressionsverformungsverfahrens.
Die Konstruktionsmethode der neuen selbstsichernden Mutter ist die Dreipunkt-Nichtschlitzung, die die traditionellen Prozessfehler der Schlitzmutter überwinden kann und die Gesamtkraft gleichmäßig ist. Durch die vorhandene Forschung wurde festgestellt, dass das Dreipunkt-Verformungsverfahren für die Lebensdauer der Hubmutter sehr wichtig ist.
（2） Abmessungen der Schlossstruktur
In Kombination mit typischen Konstruktionsmuttern kann der selbstsichernde Bereich dünnwandig zylindrisch sein, so dass seine Größe das axiale Längenmaß des Sicherungsbereichs, den Durchmesser des Außenkreises und die Verformung des Sicherungsbereichs umfasst.
Es hat sich herausgestellt, dass die Kontaktfläche des Gewindepaares durch geeignetes Vergrößern der axialen Länge des Verriegelungsbereichs unter bestimmten Verformungsbedingungen vergrößert werden kann. Die Steigung der Drehmomentdämpfung nach mehrmaligem Einschrauben der Schraube nimmt ab, was die Lebensdauer der selbstsichernden Mutter verbessern und das Gewicht des Schraubenpaares in gewissem Maße erhöhen kann. Diese Methode entspricht nicht dem Konzept der tatsächlichen Produktqualitätskontrolle.
Zweitens kann der Radius des Außenkreises des Sperrbereichs unter den gleichen variablen Bedingungen richtig geändert werden, aber die Dämpfungssteigung ist im Grunde die gleiche wie die des Ganzen. Es ist notwendig, die Wandstärke des Schließbereichs entsprechend zu erhöhen, damit das erste Anzugsdrehmoment den Nennbereich nicht überschreitet und die Lebensdauer der Mutter erhöht werden kann. Die Verformung des Sicherungsbereichs kann bis zu einem gewissen Grad den radialen Eingriff im Gewindepaar widerspiegeln. Dies ist auch ein wichtiger Faktor, der die Sicherungsleistung der gesamten Mutter beeinflusst.
Um das Mindest-Sicherungsdrehmoment zu erreichen, muss die selbstsichernde Mutter genügend Übermaß haben. Wenn die Störung gering ist, ist der Verschlussdrehmomenttest unqualifiziert. In diesem Fall kann die Verformung des Verschlusses erhöht werden, um die Produktqualifizierungsrate zu verbessern.
Es zeigt sich, dass der Anstieg des Anzugsdrehmoments und die Verformung des Verschlusses nicht nur linear verläuft. Insbesondere wenn die Verformung der Mutter größer ist, erhöht sich die Steigung der Momentdämpfung und die Lebensdauer der Mutter wird verringert.
Aus dem Blickwinkel der Strukturoptimierung hat die selbstsichernde Mutter zwar unterschiedliche Verbindungsstrukturen und -verfahren, sie kann jedoch in verschiedenen Formen ausgeführt werden, aber für Flugzeugtriebwerke ist die Struktur der Komponenten kompakt, die konventionelle Mutternstruktur ist die Zwölfwinkel-Plattenschraube Struktur, und der selbstsichernde Verschlussbereich kann die Funktion der selbstsichernden Mutter verwirklichen.
Um die normale Verwendung der Plattenschraubenstruktur zu gewährleisten, muss der Sicherungsbereich eine große Auflagefläche aufweisen und die axiale Abmessung der Mutter ist lang. Die vorhandene Technologie kann einen einfachen elliptischen Verschluss verwenden, um einen Selbsthemmungseffekt zu erzielen. Nach dem Optimierungsdesign wird der ursprüngliche, unabhängige Verschlussdeformations-Ellipsoidabschnitt aufgehoben und der Bereich mit zwölf Eckplattenschrauben mit der Achsenposition entsprechend erweitert. In diesem Bereich kann der Anziehbereich der Mutterplatte durch drei Öffnungen geschlossen werden, um eine Sperrbereich.
Das Design dieser Struktur kann die Montagestabilität der Plattenschraubenstruktur richtig verbessern und auch die Stabilität des selbstsichernden Bereichs erhöhen.
Nach der Optimierung ist der Mutternverschlussbereich eine 12-Winkel-Montagefläche, die ihre Selbsthemmungsleistung gewährleisten kann, ohne die Verwendung der Plattenschraubenstruktur zu beeinträchtigen. Für die Schließstellung wird die Dreipunktmethode gewählt. Die Verformung ist kleiner als die des elliptischen Verschlusses. Es berührt den Riegel und der Selbsthemmungsbereich vergrößert sich. Da der Schließbereich unter gleichmäßiger Krafteinwirkung steht, wird die Stabilität der Selbsthemmung bis zu einem gewissen Grad verbessert.
4. Fazit
Kurz gesagt, als ein wichtiges Anti-Lockerungsprodukt beeinflusst die Stabilität der selbstsichernden Leistung der selbstsichernden Mutter die Verbindungsleistung des Produkts.
In dieser Studie analysiert das Papier den Nutzungszyklus von selbstsichernden Muttern und erläutert, dass die Optimierung des selbstsichernden Mutterzyklus das Ziel ist. Nach der experimentellen Optimierung wurde die Sicherungsleistung der selbstsichernden Mutter deutlich verbessert. Weiterhin wird gezeigt, dass das Verfahren für die Verbesserung der Wartungssicherheit von Verbindungselementen von großer Bedeutung ist.
