某直升機(jī)回中機(jī)構(gòu)凸輪銹蝕解決方案

陳翔

摘? 要：針對某直升機(jī)回中機(jī)構(gòu)凸輪在鹽霧試驗(yàn)中出現(xiàn)銹蝕問題，采用了故障樹對潛在的故障原因進(jìn)行逐條排查，完成了故障原因定位。依據(jù)金屬腐蝕機(jī)理，對已定位的故障原因完成了凸輪銹蝕機(jī)理分析，進(jìn)一步確認(rèn)了導(dǎo)致凸輪銹蝕的本質(zhì)原因。根據(jù)故障機(jī)理分析結(jié)果和其他型號研制經(jīng)驗(yàn)，選用含鉻量更高、防腐性能更好的沉淀硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb進(jìn)行了凸輪改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的凸輪通過了鹽霧試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);鹽霧試驗(yàn);銹蝕;故障分析

中圖分類號：TH112.2? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

直升機(jī)具有不依賴機(jī)場跑道垂直起降、空中懸停、前后左右飛行、超低空飛行等特點(diǎn)，能完成其他航空器、武器和交通工具難以完成的任務(wù)，具有不可替代的重要作用。在軍事應(yīng)用上，直升機(jī)可用于戰(zhàn)場低空快速打擊、后勤保障以及戰(zhàn)場救援;在民用方面，直升機(jī)可用于近海石油平臺(tái)作業(yè)、醫(yī)療救護(hù)、森林防火、地質(zhì)勘探等20多個(gè)領(lǐng)域。直升機(jī)大范圍使用，要求直升機(jī)具備高低溫、高濕、鹽霧等環(huán)境適應(yīng)能力。在進(jìn)行某直升機(jī)回中機(jī)構(gòu)鹽霧試驗(yàn)時(shí)，凸輪出現(xiàn)銹蝕問題。凸輪銹蝕會(huì)導(dǎo)致直升機(jī)回中機(jī)構(gòu)功能失效，影響直升機(jī)出勤效率。為了解決凸輪銹蝕問題，特對該問題進(jìn)行故障分析，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)措施的有效性。

1 回中機(jī)構(gòu)的概述

某型直升機(jī)采用后三點(diǎn)布局，起落架由2個(gè)主起落架和一個(gè)尾起落架構(gòu)成。尾起落架由搖臂、緩沖器、輪叉、回中機(jī)構(gòu)、機(jī)輪、輪胎和尾輪鎖等組成。為保證直升機(jī)在空中或者著陸時(shí)尾機(jī)輪始終處于中立位置，需要通過尾輪鎖將尾輪鎖定在中立位置。由于尾起落架不具有轉(zhuǎn)向控制功能，直升機(jī)在起飛前，尾輪可能不在中立位置，導(dǎo)致無法鎖定尾輪，使直升機(jī)不能按時(shí)起飛。

為提高出勤效率，某型直升機(jī)尾起落架設(shè)計(jì)有回中機(jī)構(gòu)?；刂袡C(jī)構(gòu)用于直升機(jī)離地后轉(zhuǎn)尾輪自動(dòng)回中，以實(shí)現(xiàn)尾輪鎖定?；刂袡C(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)組件、和凸輪組成，其中凸輪通過插銷安裝于輪叉上，驅(qū)動(dòng)組件安裝于搖臂上，如圖1所示。在尾輪偏轉(zhuǎn)情況下，驅(qū)動(dòng)組件通過凸輪給尾輪一個(gè)回中力矩，將尾輪驅(qū)動(dòng)到中立位置。當(dāng)尾輪處于中立位置時(shí)，尾輪鎖上、下鎖孔對齊，尾輪鎖可以通過插銷將尾輪鎖定在中立位置。

2 凸輪銹蝕故障分析

回中機(jī)構(gòu)在進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)時(shí)，凸輪出現(xiàn)比較嚴(yán)重的銹蝕問題，如圖2所示。金屬零件的腐蝕是指零件和周圍介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用引起的一種破壞現(xiàn)象。按腐蝕機(jī)理分類，金屬腐蝕一般分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。從圖1可知，凸輪安裝于為尾起落架外部，與大氣環(huán)境直接接觸。凸輪在安裝時(shí)，采用密封膠與輪叉進(jìn)行了接觸隔離。凸輪選用4Cr13不銹鋼制造，表面經(jīng)鈍化處理。根據(jù)凸輪設(shè)計(jì)情況和金屬腐蝕機(jī)理，通過故障樹的形式列出可能導(dǎo)致凸輪銹蝕的原因，如圖3所示。

2.1 選材不合理

凸輪采用選用含鉻量為12%～14%、高硬度、耐磨不銹鋼4Cr13。飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊第10冊推薦：不銹鋼零件需要較高的耐腐蝕性能時(shí)，一般應(yīng)該選擇含鉻13%以上的材料。存在凸輪選用的材料防腐能力不足導(dǎo)致凸輪在鹽霧環(huán)境銹蝕的可能性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

凸輪結(jié)構(gòu)敞開，并設(shè)計(jì)有排水孔，不會(huì)大量積留腐蝕介質(zhì)，且凸輪設(shè)計(jì)有尖邊倒圓，凸輪表面質(zhì)量要求合理。結(jié)合凸輪銹蝕狀況看，凸輪光滑平面和曲面也銹蝕，排除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致凸輪銹蝕。

2.3 制造材料不合格

用于生產(chǎn)凸輪的材料4Cr13來自于合格材料供應(yīng)商，且材料需進(jìn)行了入廠復(fù)驗(yàn)，材料合格后才用于零件生產(chǎn)?？梢耘懦圃觳牧喜缓细駥?dǎo)致凸輪銹蝕的原因。

2.4 加工工藝不合理

經(jīng)核查凸輪加工工藝路線，凸輪表面處理安排在所有機(jī)加工序后，不存在表面鈍化層不被機(jī)加工破壞的可能，保證了凸輪的環(huán)境防護(hù)能力。凸輪熱處理按航空用不銹鋼熱處理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，鈍化處理質(zhì)量控制執(zhí)行不銹鋼酸洗鈍化質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。核查凸輪整個(gè)加工工藝路線和每道加工工序的結(jié)果表明，凸輪加工工藝路線安排合理，可以排除加工工藝不合理導(dǎo)致凸輪銹蝕的原因。

2.5 發(fā)生接觸腐蝕

凸輪在進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)時(shí)未和其他零件進(jìn)行接觸，可以排除接觸腐蝕導(dǎo)致凸輪銹蝕的原因。

2.6 試驗(yàn)條件不合理

鹽霧試驗(yàn)的條件按GJB150.11A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第11部分：鹽霧試驗(yàn)》中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，鹽霧試驗(yàn)機(jī)處于校準(zhǔn)期內(nèi)，可以排除試驗(yàn)條件不合理導(dǎo)致凸輪銹蝕的原因。

3 凸輪銹蝕機(jī)理分析

凸輪采用材料4Cr13不銹鋼，鈍化處理。在鹽霧環(huán)境下，氯離子本身不能直接滲透不銹鋼鈍化膜，但是由于水蒸氣和氯離子吸附在不銹鋼表面，從微觀角度來看，微觀區(qū)域間成分的不均勻性，容易形成多個(gè)微電極，當(dāng)區(qū)域電極存在一定電位差以及凹凸不平的表面形成電解液時(shí)，則在不銹鋼表面容易形成許多微小的原電池。原電池中作為負(fù)極的金屬或金屬氧化物失去電子被氧化，形成陽離子進(jìn)入溶液。隨著鈍化層逐漸溶解，電阻變?。ㄢg化層有一定的電阻），電流變大，腐蝕加速，空氣中的氧氣和水蒸氣中的氯離子同時(shí)進(jìn)入不銹鋼裸露面。當(dāng)鐵原子的溶解速度不足完全消耗電解液中滲透的氧氣時(shí)，則在不銹鋼表面仍能形成防護(hù)層，表現(xiàn)出一定的防銹能力。當(dāng)鐵原子的溶解速度完全消耗電解液中滲透的氧氣生成氧化亞鐵時(shí)，不銹鋼由于沒有氧化層阻擋，微電池腐蝕直接與裸露金屬接觸，腐蝕金屬基體。

不銹鋼的主要化學(xué)成分是Fe、Ni、Cr、C。其中Cr電位值較低，容易與氧結(jié)合形成氧化層，氧化層勢能較高，電阻也較大。因此含Cr成分較高的不銹鋼表面的氧化層的耐腐蝕性能較好。因此Cr含量不高的不銹鋼可能在鹽霧環(huán)境下發(fā)生銹蝕。

綜上所述，回中機(jī)構(gòu)鹽霧試驗(yàn)發(fā)生凸輪銹蝕的原因?yàn)椋和馆嗊x用的不銹鋼材料4Cr13耐鹽霧腐蝕能力不足，在鹽霧環(huán)境下會(huì)發(fā)生銹蝕。

4 改進(jìn)措施及試驗(yàn)驗(yàn)證

依據(jù)上述故障原因定位和機(jī)理分析，凸輪需要選用含鉻量更高的不銹鋼制造。根據(jù)其他型號研制經(jīng)驗(yàn)，高強(qiáng)度沉淀硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb含鉻為15%～17%，已應(yīng)用于制造飛機(jī)零件，防護(hù)能力較強(qiáng)，并通過了鹽霧試驗(yàn)驗(yàn)證。采用不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb來制造凸輪，可滿足凸輪高硬度、耐磨和耐腐蝕性要求。改進(jìn)后的凸輪重新進(jìn)行了鹽霧試驗(yàn)，如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果滿足試驗(yàn)合格判據(jù)要求。

5 結(jié)論

通過對凸輪銹蝕問題故障分析，完成了凸輪銹蝕故障定位和相關(guān)機(jī)理分析，確定了4Cr13含鉻量不高導(dǎo)致凸輪銹蝕。通過采用含鉻量更高的沉淀硬化不銹鋼可滿足凸輪高硬度、耐磨和耐腐蝕性要求。改進(jìn)后的凸輪通過了鹽霧試驗(yàn)，能滿足產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性要求。綜上所述，在進(jìn)行直升機(jī)外露、無噴漆要求不銹鋼零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用含鉻量較高的不銹鋼材料，以避免出現(xiàn)零件銹蝕問題。

參考文獻(xiàn)

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