航空發(fā)動(dòng)機(jī)同軸度技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)分析探討

薛華 胡彥彬 孔雅嬋

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)體型大，質(zhì)量重，在運(yùn)行過(guò)程中影響其整機(jī)振動(dòng)的一個(gè)重要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)支點(diǎn)間的同軸度安裝調(diào)整，否則，易導(dǎo)致封嚴(yán)環(huán)超量磨損、葉片葉尖異常磨損等問(wèn)題，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和運(yùn)行安全。本文以一臺(tái)雙轉(zhuǎn)子、7支點(diǎn)結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)為例，針對(duì)其軸承支撐方案、低壓和高壓運(yùn)行情況中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子偏擺情況進(jìn)行了分析，并提出了實(shí)際安裝方案，現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量結(jié)果滿足要求，具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；同軸度；結(jié)構(gòu)分析；支撐；偏擺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.031

某型發(fā)動(dòng)機(jī)為雙轉(zhuǎn)子、7支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，依次如下圖1中1-7個(gè)支撐點(diǎn)，在安裝過(guò)程中，因機(jī)匣零組件的加工表面之間存在多種形位公差，當(dāng)多個(gè)機(jī)匣裝配后，公差被疊加導(dǎo)致相鄰支點(diǎn)間的同軸度偏移量變大，因此，裝配過(guò)程中通常對(duì)相鄰支點(diǎn)支撐位置進(jìn)行組合加工或安裝調(diào)整裝置，以保證其安裝精度符合要求[1-2]。

1 裝配方法

該發(fā)動(dòng)機(jī)的支點(diǎn)同軸度要求中沒(méi)有依靠組合加工保證的項(xiàng)目，均需在發(fā)動(dòng)機(jī)總裝中調(diào)整保證。具體裝配方法是：以分隔機(jī)匣為基準(zhǔn)面，首先進(jìn)行高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前后支點(diǎn)的同軸度測(cè)量（即3、4號(hào)支點(diǎn)同軸度測(cè)量）、低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前后支點(diǎn)的同軸度測(cè)量（即1、2號(hào)支點(diǎn)同軸度測(cè)量），以選擇適合的機(jī)匣零件；再依次進(jìn)行低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸線與高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)（3號(hào)支點(diǎn)）的同軸度測(cè)量、低壓傳動(dòng)軸后端與低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸線的同軸度測(cè)量、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與高壓渦輪前支點(diǎn)（6號(hào)支點(diǎn)）的同軸度測(cè)量、低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與高壓渦輪前支點(diǎn)（6號(hào)支點(diǎn)）的同軸度測(cè)量、低壓渦輪轉(zhuǎn)子軸與高壓渦輪轉(zhuǎn)子軸間的同軸度測(cè)量，選擇或調(diào)整、加工機(jī)匣零件，保證各位置的許用殘留偏移量。發(fā)動(dòng)機(jī)完成上述同軸度檢查、調(diào)整后，即完成了發(fā)動(dòng)機(jī)主體裝配。

2 同軸度技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)分析

因該發(fā)動(dòng)機(jī)同軸度較多，本文只敘述了該此裝配前1-4個(gè)同軸度技術(shù)要求及相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析：

高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前后支點(diǎn)的同軸度要求（1號(hào)偏擺），即燃燒室內(nèi)機(jī)匣軸承座（高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子滾珠軸承支座，4號(hào)支點(diǎn)）相對(duì)于分隔機(jī)匣軸承座（高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子滾柱軸承座，3號(hào)支點(diǎn)）的同軸度要求：不超過(guò)0.1mm，偏心方向向上，在發(fā)動(dòng)機(jī)垂直狀態(tài)保證，水平面實(shí)測(cè)值不大于垂直面的一半。燃燒室內(nèi)機(jī)匣軸承座（高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子滾珠軸承支座，4號(hào)支點(diǎn)）端面相對(duì)于分隔機(jī)匣軸承座（高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子滾柱軸承座，3號(hào)支點(diǎn)）軸線的跳動(dòng)應(yīng)不大于0.04mm。用楔形調(diào)整墊（位置見(jiàn)圖1）保證，燃燒室內(nèi)機(jī)匣軸承座相對(duì)于分隔機(jī)匣軸承座的同軸度初始（使用零級(jí)調(diào)整墊時(shí)，調(diào)節(jié)之前）值不大于0.6mm時(shí)可調(diào)。

1號(hào)偏擺的作用是通過(guò)選擇、確定機(jī)匣上的楔形調(diào)整墊以保證高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前后支點(diǎn)同軸，確定同軸精度。尺寸鏈計(jì)算分析顯示，在不使用楔形調(diào)整墊時(shí)，即使在所有機(jī)匣都合格的情況下，也不易保證高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前后支點(diǎn)同軸度在0.05mm以內(nèi)（即跳動(dòng)量不超過(guò)0.1mm），并且偏心方向?qū)⒃谥芟蛉我?、不受控制。使用了楔形調(diào)整墊后，調(diào)整墊的楔形結(jié)構(gòu)不但可以提高轉(zhuǎn)子前后支點(diǎn)的同軸度精度，并且可以調(diào)整偏心方向、獲得理想的同軸度偏心位置。

低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前后支點(diǎn)的同軸度要求（2號(hào)偏擺），即進(jìn)氣機(jī)匣內(nèi)彈性軸承支座（1號(hào)支點(diǎn)）相對(duì)于分隔機(jī)匣軸承支座（2號(hào)支點(diǎn)）的同軸度要求：不超過(guò)0.25mm，偏心方向向上，在發(fā)動(dòng)機(jī)垂直狀態(tài)保證。通過(guò)對(duì)低壓壓氣機(jī)機(jī)匣（接合面①，②）徑向位移調(diào)整保證。

高壓壓氣機(jī)滾柱軸承支座相對(duì)于低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸線的同軸度要求（3號(hào)偏擺）：不超過(guò)0.1mm，在發(fā)動(dòng)機(jī)垂直狀態(tài)保證，最大跳動(dòng)值應(yīng)在垂直方向。通過(guò)對(duì)機(jī)匣（接合面①，②）徑向位移調(diào)整保證。

低壓壓氣機(jī)傳動(dòng)軸的后部對(duì)低壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)要求（4號(hào)偏擺）：在離開傳動(dòng)軸后端面80mm的位置上檢查，該跳動(dòng)應(yīng)不超過(guò)1mm，在發(fā)動(dòng)機(jī)垂直狀態(tài)下保證。用修磨低壓壓氣機(jī)傳動(dòng)軸前端面的方法保證。對(duì)修磨過(guò)的端面進(jìn)行著色檢查。密接面積按圓周均勻分布，并不得小于70%，單獨(dú)的色痕和色點(diǎn)應(yīng)位于著色面積以內(nèi)。對(duì)修磨過(guò)的端面進(jìn)行冷氧化處理。

3 調(diào)整方式

該型發(fā)動(dòng)機(jī)的7個(gè)同軸度要求主要使用了以下兩種調(diào)整方式：

3.1 使用楔形調(diào)整墊調(diào)整

1號(hào)偏擺使用該方法調(diào)整同軸度。楔形調(diào)整墊是將墊子的一面做成傾斜面，像一個(gè)楔形塊，安裝使用時(shí)撬動(dòng)、調(diào)整檢測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的偏心量。這種方式的特點(diǎn)是：

（1）斜面兩端的厚薄差異量能以一定的系數(shù)關(guān)系在檢測(cè)點(diǎn)被放大或縮小。1號(hào)偏擺的楔形調(diào)整墊共分9組，每組在斜面的高點(diǎn)增加0.05mm，以增大傾斜度，其在檢測(cè)點(diǎn)的放大系數(shù)是1.0651。

（2）無(wú)論檢測(cè)點(diǎn)初始偏心方向在哪里，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整楔形調(diào)整墊斜面的最高點(diǎn)在圓周上的位置，都可以將其調(diào)整至目標(biāo)要求的偏心方向上。因此，使用楔形調(diào)整墊時(shí)，機(jī)匣上不能使用有限位作用的防錯(cuò)安裝方式，如螺栓偏置定位、定位銷定位等。一般使用刻線定位。

3.2 使用機(jī)匣間隙調(diào)整

2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)偏擺均使用機(jī)匣徑向間隙進(jìn)行同軸度調(diào)整。低壓壓氣機(jī)機(jī)匣在兩個(gè)位置預(yù)留了0.15-0.26mm的徑向間隙，通過(guò)在配合面位置移動(dòng)機(jī)匣、增大或減小局部的徑向間隙，可以起到杠桿一樣的撬動(dòng)作用，調(diào)整目標(biāo)檢測(cè)點(diǎn)的同軸度。這種調(diào)整方式的特點(diǎn)是：（1）有放大系數(shù)。（2）不影響機(jī)匣的防錯(cuò)裝配方式，可以用偏置螺栓定位等機(jī)械防錯(cuò)法。（3）可以將初始位置任意的偏心調(diào)整到目標(biāo)偏心方向。（4）機(jī)匣安裝螺栓需預(yù)留足夠間隙，以支持機(jī)匣的徑向間隙調(diào)整需求。

4 結(jié)論

綜合前文對(duì)各偏擺相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，2號(hào)偏擺和3號(hào)偏擺的作用是選擇合格機(jī)匣，4號(hào)偏擺修正低壓傳動(dòng)軸，6號(hào)偏擺依靠2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)的檢查調(diào)整成果、借助機(jī)匣（接合面①，②）的徑向間隙調(diào)整保證低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于高壓轉(zhuǎn)子的同軸度。因此，2號(hào)、6號(hào)調(diào)整相互獨(dú)立，它們與3號(hào)、4號(hào)、7號(hào)偏擺共同確定低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線。針對(duì)偏擺產(chǎn)生的原因及采用不同的調(diào)整方式，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，其結(jié)果滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉梅，張春青.航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣同軸度的測(cè)量與調(diào)整[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2015，41（02）：76-80.

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作者簡(jiǎn)介：薛華（1960-），男，四川成都人，本科，工程師，總經(jīng)理助理，主要研究方向：技術(shù)管理。