自由行程離合器主動(dòng)軸滾子平臺(tái)磨損修復(fù)工藝技術(shù)研究

■ 孫歡歡 卓偉偉 張啟濤 張班班/南京航空航天大學(xué) 國營錦江機(jī)器廠

0 引言

自由行程離合器廣泛用于俄制直升機(jī)主減速器，屬于主減速器的關(guān)鍵核心零部件，該類型離合器由離合器主動(dòng)軸、離合器從動(dòng)軸、離合器滾子、離合器保持架、離合器彈簧和軸承等零件組成。離合器主動(dòng)軸作為主減速器上實(shí)現(xiàn)功率輸入功能的重要零件，其滾子平臺(tái)的技術(shù)狀態(tài)直接影響離合器滾子與離合器從動(dòng)軸安裝孔的嚙合質(zhì)量，進(jìn)而影響關(guān)聯(lián)零組件的均布受力情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致離合器受損失效。在主減速器修理過程中，發(fā)現(xiàn)離合器主動(dòng)軸滾子平臺(tái)在使用一個(gè)翻修期后出現(xiàn)磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。為確保離合器在正常工作狀態(tài)下的可靠性，在修理手段和技術(shù)能力不斷拓展和加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，通過開展主動(dòng)軸滾子平臺(tái)精修嚴(yán)控工藝技術(shù)研究，使其重要尺寸參數(shù)恢復(fù)并滿足嚴(yán)苛的技術(shù)控制要求，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速修復(fù)并投入使用，既能節(jié)約修理成本又保證修理周期，最大限度地挖掘零件使用價(jià)值，體現(xiàn)修理的核心價(jià)值。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成及工作原理

圖1所示為滾棒式自由行程離合器結(jié)構(gòu)示意圖，離合器主動(dòng)軸通過自身楔形滾子平臺(tái)與離合器滾子、離合器保持架、離合器彈簧、離合器撥桿及卡圈配合，安裝于離合器從動(dòng)軸安裝孔內(nèi)，在工作過程中根據(jù)主、從動(dòng)軸的相對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)接通與脫開功能。離合器工作示意圖如圖2所示，圖2a）為接通時(shí)離合器滾子與主、從動(dòng)軸的嚙合狀態(tài)，圖2b）為脫開時(shí)離合器滾子與主、從動(dòng)軸的嚙合狀態(tài)。當(dāng)離合器主動(dòng)軸沿工作旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速大于從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，16個(gè)離合器滾子向16個(gè)滾子平臺(tái)的高點(diǎn)移動(dòng)，與從動(dòng)軸安裝孔撐緊嚙合，從而實(shí)現(xiàn)接通功能；當(dāng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速大于主動(dòng)軸時(shí)，16個(gè)離合器滾子會(huì)被推向16個(gè)滾子平臺(tái)的低點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)脫開功能。因此，離合器主動(dòng)軸上各滾子平臺(tái)的均布受力是離合器保持理想工作狀態(tài)的關(guān)鍵因素，各滾子平臺(tái)的分度位置及距中心軸線的距離需保持高度一致才能確保達(dá)到均衡受力的理想狀態(tài)，否則會(huì)影響主動(dòng)軸、滾子及從動(dòng)軸的均布受力情況，最終導(dǎo)致離合器因局部過載產(chǎn)生故障損傷。在離合器主動(dòng)軸滾子平臺(tái)修理過程中，要控制好平臺(tái)的分度位置、距中軸線距離和距中軸線距離互差等尺寸要求，使其最終滿足嚴(yán)苛的修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這是該項(xiàng)修理工藝研究的關(guān)鍵。

圖1 滾棒式自由行程離合器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 滾棒式自由行程離合器工作示意圖

離合器主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)如圖3所示，按照要求，離合器主動(dòng)軸上16個(gè)滾子平臺(tái)與離合器主動(dòng)軸中心軸線的標(biāo)準(zhǔn)距離為44.85+0.005-0.010mm，修理時(shí)允許的最大修理極限尺寸為44.70mm，實(shí)際修理過程中以消除該處磨損為準(zhǔn)。同時(shí)，還要保證同一主動(dòng)軸上16處平臺(tái)距中心軸線距離尺寸互差控制在0.01mm以內(nèi)，且每處平臺(tái)的分度位置相對(duì)于中心軸線不大于2′，平臺(tái)修磨后表面粗糙度不大于Ra0.32μm。為統(tǒng)籌控制單軸16個(gè)滾子平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)的一致性，修前需對(duì)比和評(píng)估16個(gè)平臺(tái)的磨損狀態(tài)，選擇磨損最深的平臺(tái)作為磨修基準(zhǔn)平臺(tái)，綜合對(duì)照后開展平臺(tái)修理，更利于快速高效地將主動(dòng)軸磨修至規(guī)定技術(shù)狀態(tài)。

圖3 離合器主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意圖

2 修復(fù)工藝技術(shù)

2.1 設(shè)備器具校驗(yàn)

為了確保離合器主動(dòng)軸磨修與測量的精準(zhǔn)性，磨修前需對(duì)高精度磨床、萬能分度頭、夾具、尾座頂尖等設(shè)備器具進(jìn)行校驗(yàn)。如圖4所示，在高精度磨床上安裝萬能分度頭，在萬能分度頭上安裝專用的檢驗(yàn)芯棒，利用檢驗(yàn)芯棒對(duì)萬能分度頭的安裝位置進(jìn)行校準(zhǔn)和檢測，確認(rèn)分度頭主軸軸線與磨床工作臺(tái)縱向移動(dòng)的平行度不大于0.001mm。通過測量檢驗(yàn)芯棒在a、b兩處的徑向跳動(dòng)量不大于0.001mm，來確認(rèn)萬能分度頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的主軸軸線的徑向跳動(dòng)不大于0.001mm。在機(jī)床工作臺(tái)上安裝尾座，用尾座頂尖裝夾檢驗(yàn)芯棒，重復(fù)上述校準(zhǔn)和檢測內(nèi)容，進(jìn)一步確認(rèn)分度頭主軸軸線與工作臺(tái)縱向移動(dòng)的平行度和徑向跳動(dòng)。綜合上述校準(zhǔn)和檢測操作，能夠確保機(jī)床、萬能分度頭、夾具、尾座頂尖等設(shè)備器具的安裝位置精度滿足離合器主動(dòng)軸磨修與測量的精準(zhǔn)性要求。

圖4 設(shè)備器具校驗(yàn)工作示意圖

2.2 產(chǎn)品安裝校驗(yàn)

如圖5所示，設(shè)備器具校驗(yàn)合格后，拆下檢驗(yàn)芯棒，通過分度頭夾具將離合器主動(dòng)軸裝夾至萬能分度頭上，并用尾座頂尖頂緊另一端，保證離合器主動(dòng)軸安裝牢固可靠。校準(zhǔn)和檢測離合器主動(dòng)軸A、B軸頸徑向跳動(dòng)量不大于0.001mm，同步校準(zhǔn)和檢測離合器主動(dòng)軸滾子平臺(tái)的縱向和橫向平行度不大于0.005mm，并以離合器主動(dòng)軸為中心依次轉(zhuǎn)動(dòng)22.5°，確認(rèn)16個(gè)滾子平臺(tái)的分度誤差是否大于2′，根據(jù)檢查情況對(duì)待磨修的離合器主動(dòng)軸平臺(tái)位置進(jìn)行角度修正和調(diào)整。如果滾子平臺(tái)的分度誤差不大于2′，直接進(jìn)行磨修；如果滾子平臺(tái)的分度誤差大于2′，選取分度誤差最大的滾子平臺(tái)所在位置作為起始修理位置，進(jìn)行磨修。由于選取位置度最差的平面開展磨修，更有利于確定磨修基準(zhǔn)，綜合考量關(guān)聯(lián)的16個(gè)平臺(tái)的磨修深度，可以確保產(chǎn)品快速高效磨修至合格的技術(shù)狀態(tài)。

圖5 產(chǎn)品安裝校驗(yàn)工作示意圖

2.3 磨修工藝控制

磨修前試運(yùn)轉(zhuǎn)高精度磨床，檢查并確認(rèn)高精度磨床工作狀況良好。為有效控制磨修時(shí)砂輪損耗帶來的加工誤差，按砂輪線速度32m/s、縱向進(jìn)給量3～5m/min、進(jìn)刀量不大于0.005mm的要求對(duì)砂輪工作狀態(tài)進(jìn)行修正和控制。調(diào)整高精度磨床工作臺(tái)移動(dòng)速度至0.1m/min左右，控制每次磨削時(shí)的進(jìn)刀量不大于0.005mm。先對(duì)滾子平臺(tái)進(jìn)行粗磨，每粗磨完一個(gè)滾子平臺(tái)后轉(zhuǎn)動(dòng)萬能分度頭，依次對(duì)其余滾子平臺(tái)進(jìn)行粗磨。粗磨一輪后，檢查16個(gè)滾子平臺(tái)的分度誤差和距中軸線距離是否滿足預(yù)先設(shè)定的粗磨標(biāo)準(zhǔn)（粗磨標(biāo)準(zhǔn)：16個(gè)滾子平臺(tái)的分度誤差不大于2′，滾子平臺(tái)的壓痕深度不大于0.005mm，滾子平臺(tái)至主動(dòng)軸的軸線的距離不小于44.75mm）。如果滿足粗磨標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)精磨工序，否則繼續(xù)對(duì)滾子平臺(tái)進(jìn)行下一輪粗磨，直至滿足粗磨標(biāo)準(zhǔn)為止。轉(zhuǎn)入精磨工序后，同樣需確保平臺(tái)精磨完成后滿足預(yù)先設(shè)定的精磨標(biāo)準(zhǔn)（精磨標(biāo)準(zhǔn)：滾子平臺(tái)至主動(dòng)軸的軸線的距離不小于44.70mm、16個(gè)滾子平臺(tái)至主動(dòng)軸的軸線距離互差不大于0.01mm、分度誤差不大于2′、平面粗糙度不大于Ra0.32μm）。

2.4 修后產(chǎn)品處理

修理完成后，為確保產(chǎn)品幾何尺寸和組織性能的穩(wěn)定性，將離合器主動(dòng)軸從高精度磨床上取下進(jìn)行回火處理。將離合器主動(dòng)軸放入電烘箱中加熱至130℃～150℃，關(guān)閉電烘箱電源，隨爐冷卻3～4h，將離合器主動(dòng)軸從電烘箱中取出，在空氣中自然冷卻后轉(zhuǎn)入探傷工序，無損探傷確認(rèn)產(chǎn)品應(yīng)無任何損傷缺陷。

2.5 平臺(tái)尺寸復(fù)測

利用航空洗滌劑將離合器主動(dòng)軸清洗干凈。在大理石平臺(tái)上安裝V型架，將V型架調(diào)整至合適高度。將磨修后的離合器主動(dòng)軸安放到V型架上，用杠桿千分表進(jìn)行測量前的粗校。在高度測量儀上安裝測量架和測頭。開啟高度測量儀控制面板開關(guān)，用標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)規(guī)對(duì)測頭大小進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)測頭進(jìn)行2～3次重復(fù)校驗(yàn)，檢查校驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性應(yīng)符合正態(tài)分布規(guī)律。移動(dòng)高度測量儀至待測量離合器主動(dòng)軸平臺(tái)處，以該處平臺(tái)表面為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行?！?”。測量離合器主動(dòng)軸待測量平臺(tái)在圓周方向上的平行度，對(duì)圓周水平位置進(jìn)行校正，要求最高點(diǎn)和最低點(diǎn)相差不大于0.5μm。測量離合器主動(dòng)軸軸頸A與軸頸B處軸線的平行度，相差不大于0.5μm。再次測量離合器主動(dòng)軸待測量平臺(tái)在圓周方向上的水平度，相差不大于0.5μm。以離合器主動(dòng)軸軸頸A中心線為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行?！?”。測量離合器主動(dòng)軸平臺(tái)至軸中心線距離（測量平臺(tái)4處對(duì)角，記錄數(shù)據(jù)范圍，取工作位置平均值），記錄測量數(shù)據(jù)。檢查測量數(shù)據(jù)，互差應(yīng)不大于0.005mm。完成其余15個(gè)平臺(tái)的測量。檢查測量數(shù)據(jù)，16個(gè)平臺(tái)尺寸應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)（≥44.70mm），且互差不大于0.01mm。

3 總結(jié)

主減速器自由行程離合器主動(dòng)軸滾子平臺(tái)的磨損修復(fù)技術(shù)，關(guān)鍵在于平臺(tái)的磨修工藝控制和平臺(tái)位置度的同步監(jiān)測，需要細(xì)致、周密地開展修復(fù)實(shí)施工作，尤其需要重點(diǎn)識(shí)別和控制磨修基準(zhǔn)面的確定和磨修裕度，最終做好產(chǎn)品關(guān)鍵性能參數(shù)的把控，確保離合器達(dá)到裝機(jī)使用性能要求。