某型螺旋卡箍合格鉴定试验问题分析

2014-03-04刘涛

航空标准化与质量 2014年3期

关键词：卡箍蜗杆螺纹

刘涛

(中航工业综合技术研究所，北京 100028)

某型螺旋卡箍合格鉴定试验问题分析

刘涛

(中航工业综合技术研究所，北京 100028)

介绍了某厂生产的螺旋卡箍合格鉴定试验情况，并对试验过程中存在的问题进行了总结分析，提出了该型螺旋卡箍改进的研究方向。

螺旋卡箍；合格鉴定试验；问题；改进

飞机内部燃油、滑油以及冷气系统管路密布，广泛应用各种形式的卡箍。在低压管路中，现在软管和金属导管的连接越来越多地使用螺旋卡箍。许多国产机型中也大量采用了螺旋卡箍。流体和气体系统是飞机的动脉，多是关键和重要系统，螺旋卡箍如果存在质量隐患，可能影响到飞机的系统安全，因此必须引起高度重视。

近期，航空标准件检测中心承担了某厂螺旋卡箍合格鉴定试验任务，通过对多种规格的螺旋卡箍进行合格鉴定试验后，发现多个鉴定试验项目存在不合格现象。经分析，该类卡箍存在一些工艺和设计问题。同时由于近年来该类螺旋卡箍多次在使用过程中出现质量故障，这给我们敲响了警钟，可以说螺旋卡箍的技术改进刻不容缓。

1 螺旋卡箍及其特点

图1 螺旋卡箍的结构形式

螺旋卡箍（或称蜗杆式卡箍）一般由蜗杆（或称螺栓、螺钉）、罩壳和箍带组成。其结构如图1所示。其主要特点是结构紧凑、锁紧牢固、拆卸迅速、维护方便、重量轻、调节范围宽、便于加工成形，因此在军品和民品中得到了广泛应用。

2 合格鉴定试验情况及分析

2.1 送试产品及规范

本次试验送试的产品，如图2所示，卡箍箍带带宽分别为7.5mm和9mm，卡紧范围为8mm～300mm。罩壳和箍带的材料为钢FE-PA3601丝材或板材（EN3488），蜗杆的材料为钢FEPA3601棒材（EN3487）。

本次螺旋卡箍鉴定试验技术条件为某厂企标，鉴定试验项目主要有材料、尺寸、外观、卡紧范围、拧紧力矩、极限拧紧力矩、重复可用性、盐雾试验和产品标志。

图2 试验产品

2.2 鉴定试验问题情况

本节主要介绍合格鉴定试验中出现问题的试验项目。

2.2.1 拧紧力矩

本试验项目主要考查卡箍在规定的安装力矩下，能否箍紧至产品标准规定值。试验分别在最大和最小直径的心轴上进行。

通过试验发现，卡箍在最小直径心轴上较容易发生难以卡紧的现象。

2.2.2 极限拧紧力矩

极限拧紧力矩是螺旋卡箍拧紧至出现失效时所能承受的最大拧紧力矩，同时也对箍带的强度进行考核。

本试验出现的普遍问题是卡箍还没有达到规定的力矩值就已经发生破坏，其中破坏形式主要为罩壳变形和箍带断裂（断裂位置在螺纹处），如图3和图4所示，同时有螺栓的一字槽出现变形的现象。

图3 罩壳变形图

图4 箍带断裂图

2.2.3 重复可用性

重复可用性考核的是卡箍在多次安装和拆卸后的可靠性。试验在最大直径的心轴上进行，需重复安装和拆卸5次。试验过程中应保证卡箍是在完全打开的状态下通过心轴。

试验后发现，卡箍罩壳与箍带的连接位置是个薄弱环节，在经过几次装拆后出现箍带与罩壳脱落的现象。如图5所示。

2.3 试验问题分析

通过对鉴定试验情况总结分析，认为造成不合格的原因主要有3方面，一是拧紧力矩向箍带张力转化不充分；二是箍带抗弯刚度太高而强度不足；三是罩壳刚度不足。

图5 箍带与罩壳脱落

拧紧力矩向箍带转化不充分可能与螺纹啮合时的摩阻系数有关，也可能与螺纹的螺旋角有关，或者与蜗杆和箍带的材料有关。如果螺纹啮合时的摩阻系数较大，则会出现当卡箍的拧紧力矩已经达到规定值时，却不能使箍带和心轴卡紧。同样如果螺纹的螺旋角过小，达到同样卡紧状态时需要的拧紧力矩就会过大；螺旋角过大，箍带的自锁力矩就会过小，也会影响卡箍的卡紧性能。蜗杆与箍带的材料会影响螺纹啮合时的摩阻系数，进而也会影响拧紧力矩向箍带张力的转化。

箍带的抗弯刚度和强度则主要与箍带的材料有关。箍带的抗弯强度过大，则也会出现当卡箍的拧紧力矩达到规定值时，却不能使箍带和心轴卡紧。而如果箍带强度不足，就会在极限拧紧力矩试验过程中出现箍带断裂的现象。

罩壳的刚度可能与罩壳的材料有关，也可能与其和箍带的结合方式有关。罩壳的刚度不足，罩壳与箍带的结合方式不合理，都会造成箍带与罩壳脱落的现象。

3 该型螺旋卡箍产品改进方向

结合该型螺旋卡箍合格鉴定试验结果分析和查询相关国内外资料，建议对该型螺旋卡箍产品应在如下方向进行研究改进。

3.1 材料

箍带是卡箍的重要零部件，在使用中主要用来承受卡箍的箍紧张力，多次使用后较易损坏或变形，因此箍带必须选用高强度、低刚度的材料；蜗杆的材料在选用时，要考虑头部解锥槽有承受多次装拆后抵抗变形的能力。表1是目前国内外相关螺旋卡箍产品所用材料的情况。建议对不同材料进行对比试验验证后选取最优材料。

表1 国内外卡箍标准对比

3.2 箍带的结构形式

螺旋卡箍箍带螺纹啮合段的结构形式主要有月牙形通孔、斜向长方孔、齿形槽3种形式，不同的啮合方式，对卡箍的性能有不同的影响。箍带螺纹啮合段的结构形式应既要保证模具制造的方便耐用，又要考虑箍带与蜗杆的啮合状态最佳，建议进行相关验证试验和工艺的对比分析，优化箍带的结构形式。

3.3 罩壳的结构形式

罩壳的结构应能保证卡箍在多次使用后罩壳或蜗杆不会脱落。目前罩壳与底板（或箍带，此种不带快卸结构）的结合方式主要有3种：罩壳与底板（或箍带，此种不带快卸结构）靠弯边抱合，并采用止口限位；罩壳弯边与箍带或底板点焊结合方式；通过底板或箍带与罩壳翻边铆合方式。后两种由于箍带可替换性差和工艺操作性差，不常被采用，第一种结构方式相对较好。然而，试验中出现的罩壳与箍带之间脱落的现象说明，弯边的抱合方式和止口限位方式还需要改进优化。

3.4 增加箍带强度考核试验

该型产品的试验技术条件没有对箍带自身强度考核的试验项目，而在极限拧紧力矩试验中出现的箍带断裂现象说明对箍带自身强度的考核也是非常有必要的。美国军用标准NAS1923早就规定了对螺旋卡箍箍带强度进行考核（抗拉强度试验）的先例。根据NAS1923中规定，试验时用两件卡箍与罩壳相对连接成180º，然后按图6所示安装在拉伸试验机上。缓慢加载直至卡箍发生破坏，破坏载荷值即是卡箍箍带所能承受的最大拉伸强度。