某航空發(fā)動機(jī)輸出軸卡滯問題分析

李欣

（海裝駐常州地區(qū)軍事代表室，江蘇常州213022）

0 引 言

某航空發(fā)動機(jī)大修交付外場后，進(jìn)行地面調(diào)整試車時，發(fā)動機(jī)達(dá)到空中慢車轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后拉回地面慢車轉(zhuǎn)速停留約2 min，停車后，盤轉(zhuǎn)輸出軸轉(zhuǎn)子有輕微卡滯，并有異常響聲；發(fā)動機(jī)冷卻后盤轉(zhuǎn)輸出軸無異常。發(fā)動機(jī)在前兩次地面調(diào)整試車時均無異常。

為進(jìn)一步檢查發(fā)動機(jī)工作情況，后續(xù)又對該發(fā)動機(jī)進(jìn)行了3次地面試車，其中前2次檢查均正常。第3次地面試車時，發(fā)動機(jī)在空中慢車轉(zhuǎn)速附近停留10 min，拉回地面慢車轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定2 min左右,停車后立即反向盤轉(zhuǎn)該發(fā)動機(jī)和另一臺發(fā)動機(jī)輸出軸，另一臺發(fā)動機(jī)無異常，該發(fā)動機(jī)有輕微卡滯，增加盤轉(zhuǎn)力后卡滯現(xiàn)象消失。輸出軸停止轉(zhuǎn)動后重新盤轉(zhuǎn)，無卡滯現(xiàn)象。

1 問題定位

1.1 發(fā)動機(jī)有關(guān)結(jié)構(gòu)

某型渦軸發(fā)動機(jī)自由渦輪部分主要包括兩級自由渦輪及與其相連的減速器，還有將燃?xì)馀畔虼髿獾呐艢夤?。自由渦輪轉(zhuǎn)子支承在減速器機(jī)匣的兩個滾動軸承上，前端由篦齒和篦齒封嚴(yán)環(huán)保證封嚴(yán)油氣，少量漏到篦齒封嚴(yán)環(huán)中間腔的油氣將經(jīng)通氣管接至滑油箱。由篦齒封嚴(yán)環(huán)來封嚴(yán)沿軸線方向流動的燃?xì)?。一個套齒固定在渦輪軸上，套齒把轉(zhuǎn)矩傳給自由渦輪減速器。減速器位于發(fā)動機(jī)的后部，在其后面驅(qū)動輸出軸，在前面帶動附件傳動盒內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)。

1.2 建立故障樹

結(jié)合以往發(fā)動機(jī)卡滯故障分析的有關(guān)經(jīng)驗，分析發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，輸出軸輕微卡滯可能與轉(zhuǎn)子、靜子刮磨有關(guān)，也可能與篦齒刮磨或軸承有關(guān)，或者與某些齒輪、花鍵間隙過大導(dǎo)致輸出軸轉(zhuǎn)動滯后有關(guān)。按照裝備質(zhì)量問題處理的有關(guān)要求，采用故障樹分析方法，列出發(fā)動機(jī)輸出軸卡滯現(xiàn)象底事件，如圖1所示。

圖1 輸出軸卡滯故障樹

發(fā)動機(jī)工作過程中，自由渦輪一級導(dǎo)向器可能與一、二級轉(zhuǎn)子葉尖刮磨；自由渦輪二級導(dǎo)向器上的篦齒可能與轉(zhuǎn)子圓弧端齒外徑刮磨；篦齒封嚴(yán)環(huán)可能與自由渦輪軸刮磨，如圖2所示；從動齒輪上的擋油環(huán)及篦齒封嚴(yán)環(huán)可能與后蓋刮磨，如圖3所示。

1.3 發(fā)動機(jī)返廠后進(jìn)行的工作

1.3.1 臺架試車及檢查

發(fā)動機(jī)返廠后盤轉(zhuǎn)自由渦輪轉(zhuǎn)子，自由渦輪轉(zhuǎn)子與自由渦輪一級、二級導(dǎo)向器之間無卡滯或異響。測量自由渦輪二級轉(zhuǎn)子與一級導(dǎo)向器徑向間隙，符合發(fā)動機(jī)裝配要求。

圖2 篦齒封嚴(yán)環(huán)與自由渦輪配合示意圖

圖3 從動齒輪配合示意圖

發(fā)動機(jī)上臺架進(jìn)行試車，在地面慢車轉(zhuǎn)速和空中慢車轉(zhuǎn)速分別停留2 min，再將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高1000 r/min并停留15 min，拉回油門桿至地面慢車轉(zhuǎn)速，停留1 min后停車，發(fā)動機(jī)試車過程中工作正常，燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)時間符合指標(biāo)要求，停車后立即盤轉(zhuǎn)自由渦輪轉(zhuǎn)子，無卡滯現(xiàn)象。

1.3.2 分解檢查

1）分解發(fā)動機(jī)后段，取出自由渦輪轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子葉尖無任何刮磨痕跡，自由渦輪軸與篦齒封嚴(yán)環(huán)相配合的軸徑有輕微刮磨痕跡，沿周向約1/4圓周，未見深度。2）分解取出篦齒封嚴(yán)環(huán)，發(fā)現(xiàn)大篦齒封嚴(yán)環(huán)無刮磨痕跡，兩處篦齒封嚴(yán)環(huán)均有刮磨痕跡，部分篦齒表面見輕微金屬色。3）分解取出后蓋、封嚴(yán)篦齒、擋油環(huán)，發(fā)現(xiàn)后蓋與封嚴(yán)篦齒、擋油環(huán)均有刮磨痕跡；后蓋半邊內(nèi)環(huán)內(nèi)孔與封嚴(yán)篦齒刮磨，另外半邊外環(huán)面與擋油環(huán)內(nèi)孔刮磨。4）分解取出后段所有軸承，軸承轉(zhuǎn)動靈活，軸承游隙均合格。5）軸承與其余零部件目視檢查未見異常。

1.3.3 計量情況

1）計量篦齒封嚴(yán)環(huán)、后蓋、封嚴(yán)篦齒等配合尺寸，均滿足發(fā)動機(jī)裝配要求。2）對發(fā)動機(jī)后段傳動零部件的進(jìn)行計量，除主動齒輪與從動齒輪中心距比圖樣要求偏小0.005～0.028 mm、主動齒輪與齒輪軸中心距比圖樣要求偏小0.026 mm外，其余尺寸計量結(jié)果均合格。

中國教育學(xué)學(xué)科的發(fā)展從20世紀(jì)初的“引進(jìn)來”開始，經(jīng)過數(shù)代人的努力，教育學(xué)的中國化已經(jīng)取得顯著的成效。教育學(xué)學(xué)科理論的發(fā)展離不開我國的教育改革和教育學(xué)教材編寫的推動，從翻譯和介紹國外教育學(xué)著作，到編寫具有中國特色的教育學(xué)教材，我們從來沒有停止探索的腳步。2017年11月22日，圍繞教育學(xué)教材編寫和學(xué)科發(fā)展的問題，我們專門向郭文安先生求教。他從教育學(xué)的學(xué)科屬性和發(fā)展、教材編寫的性質(zhì)和功能、《教育學(xué)》的理論基礎(chǔ)與作用方式及其內(nèi)在邏輯和完善空間等四個方面，提出我們應(yīng)重視教育學(xué)教材的編寫，積極推動教育學(xué)的學(xué)科發(fā)展。

1.4 底事件排查

結(jié)合發(fā)動機(jī)臺架試車及分解檢查情況，通過計量等方法，對故障樹的15個底事件進(jìn)行了全面的排查，自由渦輪軸與其配合的篦齒刮磨、后蓋與其配合的篦齒刮磨、后蓋與擋油環(huán)刮磨3個底事件無法排除。

通過目視檢查發(fā)現(xiàn)，自由渦輪軸與篦齒封嚴(yán)環(huán)產(chǎn)生的刮磨痕跡較輕，后蓋與封嚴(yán)篦齒、后蓋與擋油環(huán)產(chǎn)生的刮磨痕跡相對較重，且后蓋處的封嚴(yán)篦齒裝配在從動齒輪軸頸處，而從動齒輪通過內(nèi)花鍵與輸出軸直接相連。此處刮磨更易引起輸出軸卡滯，因此分析認(rèn)為后蓋與擋油環(huán)、封嚴(yán)篦齒刮磨是輸出軸卡滯的主要原因。

2 機(jī)理分析

2.1 故障機(jī)理

結(jié)合修理經(jīng)驗，該型發(fā)動機(jī)后蓋與擋油環(huán)、封嚴(yán)篦齒經(jīng)常存在不同程度的刮磨，根據(jù)發(fā)動機(jī)修理規(guī)范，這種刮磨是可接受的，只要相關(guān)尺寸符合要求，零件修理后可繼續(xù)使用。該發(fā)動機(jī)在上次返廠大修過程中自由渦輪軸處篦齒封嚴(yán)環(huán)、后蓋、后蓋處封嚴(yán)篦齒、擋油環(huán)均未更換，只進(jìn)行了檢查及修理。

發(fā)動機(jī)工作時滑油溫度會升高，因后蓋材料的線膨脹系數(shù)大于擋油環(huán)的線膨脹系數(shù)，此時擋油環(huán)與后蓋間隙將會減小，100 ℃情況下單側(cè)間隙最小為0.056 mm，再加之零件存在形位公差，后蓋與擋油環(huán)在工作中極易刮磨且比后蓋與封嚴(yán)篦齒更易發(fā)生刮磨。

本次外場發(fā)生輸出軸卡滯問題時，發(fā)動機(jī)剛剛停車，此時內(nèi)部溫度較高，后蓋與擋油環(huán)間隙較小，若輸出軸因不同軸稍有傾斜即有可能發(fā)生刮磨。

查看廠內(nèi)其它返修發(fā)動機(jī)后蓋與擋油環(huán)的配合情況，發(fā)現(xiàn)也存在刮磨現(xiàn)象，由于刮磨導(dǎo)致后蓋局部變形并產(chǎn)生毛刺，從而產(chǎn)生刮磨后尺寸大于新件尺寸的情況。計量后蓋新件，尺寸在合格范圍內(nèi)，因此可以推測外場使用環(huán)境較為嚴(yán)酷，發(fā)動機(jī)在工作過程中，后蓋與擋油環(huán)刮磨較為嚴(yán)重。

計量多臺返修發(fā)動機(jī)后蓋與擋油環(huán)配合間隙為0.31～0.46 mm，而圖樣要求為0.200～0.308 mm?？梢钥闯觯敌迿C(jī)后蓋刮磨后與擋油環(huán)間隙大于圖樣配合間隙，隨著使用時間的增加，后蓋與擋油環(huán)的間隙將逐漸增加，刮磨現(xiàn)象會逐漸消失。

根據(jù)底事件排查結(jié)果及分析可知，外場發(fā)生的發(fā)動機(jī)輸出軸卡滯的主要原因是后蓋與擋油環(huán)及封嚴(yán)篦齒刮磨。在廠內(nèi)試車過程中，發(fā)動機(jī)經(jīng)過磨合后轉(zhuǎn)子與靜子之間不會再發(fā)生刮磨并引起卡滯，但外場裝機(jī)后發(fā)動機(jī)剛剛停車時溫度相對較高，導(dǎo)致后蓋與擋油環(huán)之間間隙局部變小、刮磨并引起輸出軸轉(zhuǎn)動不靈活。

2.2 小結(jié)

某發(fā)動機(jī)外場輸出軸卡滯現(xiàn)象的主要原因是后蓋與封嚴(yán)篦齒、擋油環(huán)刮磨，產(chǎn)生刮磨的原因主要有以下兩點：1）發(fā)動機(jī)工作過程中后蓋與擋油環(huán)配合間隙較小，且有不同程度的線性膨脹，導(dǎo)致配合間隙進(jìn)一步減小，導(dǎo)致刮磨嚴(yán)重；2）發(fā)動機(jī)工作過程中后蓋受熱局部變形，導(dǎo)致其與封嚴(yán)篦齒、擋油環(huán)間隙局部變小，引起刮磨。

根據(jù)外場使用經(jīng)驗及發(fā)動機(jī)返廠分解檢查情況,刮磨不影響發(fā)動機(jī)外場使用安全。

3 后續(xù)措施

1）廠內(nèi)發(fā)動機(jī)試車前后均盤轉(zhuǎn)輸出軸轉(zhuǎn)子，尤其是停車后立即檢查輸出軸的轉(zhuǎn)動靈活性，如有卡滯要及時處理。2）細(xì)化發(fā)動機(jī)修理技術(shù)規(guī)范，注意后蓋與擋油環(huán)的配合間隙，確保發(fā)動機(jī)出廠時輸出軸無任何卡滯。

4 結(jié) 語

完善修理要求后，經(jīng)發(fā)動機(jī)臺架試車及外場使用驗證，未再有卡滯問題出現(xiàn)，證明該措施有效，可保證裝備的正常使用。