[发明专利]一种航空发动机螺栓预紧力精确控制方法

说明书

一种航空发动机螺栓预紧力精确控制方法，以螺栓的形变量表征螺栓的实际预紧力，用拉力机对螺栓施加拉力F，用超声回波法测量拉伸前的螺栓回波时间T₀和受拉力F拉伸后的螺栓回波时间T₁，将拉力作为预紧力，建立预紧力‑声时差曲线；确定装配工艺条件，在指定工艺条件下建立终值扭矩与螺栓形变量的对照关系库；工艺条件包括：润滑条件和、或拧紧速度和、或力矩扳手的加载步和、或螺栓拧紧次数，和、或螺母类型。本发明通过压电超声回波法标定预紧力，可以避免对螺栓连接结构及其自身性能的破坏，实现螺栓预紧力的低误差率标定，实现不同工艺参数条件下预紧力的精确控制。

技术领域：

本发明涉及航空发动机装配技术领域，特别涉及一种航空发动机螺栓预紧力精确控制方法。

背景技术：

螺栓连接配合是航空发动机装配中最常见的连接方式，通过法兰外止口螺栓连接实现高压转子多级盘轴同轴安装，通过精密螺栓和法兰内止口螺栓连接实现多级机匣级联装配，螺栓预紧力精确控制对装配性能一致性及整机性能稳定性有着重要的影响。

螺栓预紧力是在拧螺栓过程中拧紧力矩作用下的螺栓与被联接件之间产生的沿螺栓轴心线方向的预紧力。对于一个特定的螺栓而言，其预紧力的大小与螺栓的拧紧力矩、螺栓与螺母之间的摩擦力、螺母与被联接件之间的摩擦力相关。

螺栓预紧力的控制可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。事实上，大量的试验和使用经验证明，较高的预紧力对连接的可靠性和被连接的寿命都是有益的，特别对有密封要求的连接更为必要。但是过高的预紧力，如若控制不当或者偶然过载，也常会导致连接的失效。因此，准确确定螺栓的预紧力非常重要。

但是对于航空发动机使用螺栓装配时，装配性能的一致性指的是螺栓本身实际的预紧力，而不是力矩扳手施加给螺栓的力。这是因为，当使用力矩扳手向螺栓施加力矩时，螺栓和被连接件支撑面之间存在摩擦力，出现力的损耗，螺栓的螺纹副传动时，螺纹副摩擦做功，也出现摩擦损耗等等。因此，力矩扳手施加的力无法100％传递到螺栓上，并且，装配工艺，比如螺栓的材料、被连接件的材料、拧紧速度、润滑条件、温度等，都会对力的损耗造成影响，从而造成螺栓本身的实际预紧力不可预知。在装配时，即使使用高精度的力矩扳手，也会出现螺栓的装配一致性差，并且螺栓的实际预紧力不可控且不可预知的问题。

发明内容

本发明的目的在于在航空发动机装配时，能够提供精确的参考依据，精确控制螺栓的实际预紧力的控制方法。

一种航空发动机螺栓预紧力精确控制方法，其特征在于，以螺栓的形变量表征螺栓的实际预紧力，用拉力机对螺栓施加拉力F、用超声回波法测量拉伸前的螺栓回波时间T₀和受拉力F拉伸后的螺栓回波时间T₁，将拉力作为预紧力，建立预紧力-声时差曲线；确定装配工艺条件，在指定工艺条件下建立终值扭矩与螺栓形变量的对照关系库；工艺条件包括：润滑条件和、或拧紧速度和、或力矩扳手的加载步和、或螺栓拧紧次数，和、或螺母类型。

预紧力与形变量的关系为：F＝E*S*ΔL，其中F为螺栓预紧力，E为螺栓材质的弹性模量，S为螺栓截面积，ΔL为螺栓的变形量，L为螺栓副的夹持长度；以超声回波法测量螺栓形变量，其中v为机械纵波在螺栓内的传播速度，T₀为螺栓在自由状态下发射和接收电信号之间的时间差，T₁为螺栓在紧固状态下发射和接收电信号之间的时间差。

进一步，预紧力-声时差曲线通过超声回波法和拉伸机标定确定，标定方法包括：

步骤1、获取一批材料成分相同、制作工艺相同的同一型号的航空发动机用螺栓，在这一批次的螺栓中随机采样几根用于标定，对标定用螺栓标记为B1、 B2、……、Bn，n表示第n个螺栓；将在标定用螺栓的端部设置压电超声贴片，获取一根螺栓作为当前标定螺栓；