某型衛(wèi)通天線維修引起的思考

■中電防務科技有限公司：周正海 程馳青

1.問題概述

2020年7月，編號為XXXXXXX的衛(wèi)星通信機載設備天線單元在飛行使用中發(fā)現(xiàn)方位角數(shù)據(jù)無輸出，且天線接收信號無法達到AGC最低門限，無法對星，經(jīng)檢查為方位電機卡死。此問題已經(jīng)連續(xù)出現(xiàn)多次，此次維修是半年內(nèi)第五次維修此問題。

2.問題定位

衛(wèi)通天線方位電機卡死?，F(xiàn)象：天線方位方向加電后無法轉動，用手主動旋轉天線亦無法轉動，后將方位電機拆下，手動旋轉主軸，可以轉動；手動旋轉電機，無法轉動。后經(jīng)進一步拆解電機，發(fā)現(xiàn)方位電機減速箱齒輪輪齒斷裂，碎齒在齒輪箱中反復運動，加劇了齒輪損壞程度，只要有一個齒損壞，所有的齒輪均會發(fā)生連鎖反應，導致壞齒越來越多，以至齒輪箱卡死，無法轉動。因為此現(xiàn)象已重復出現(xiàn)多次，所以針對此問題，專門分析，檢查。

根據(jù)問題現(xiàn)象，繪制故障樹如圖1：

圖1：方位電機故障樹分析

通過故障現(xiàn)象，依次進行排查：

首先根據(jù)故障樹分析，故障方位電機，此電機具有正規(guī)廠家出廠合格證明，有出廠編號，通過與其他工作正常的對比，除狀態(tài)卡死外全部正常，因為此電機同時也用在其它天線上工作一切正常，所以暫可排除電機本身故障。

第二步檢查軟件版本，從產(chǎn)品庫調用最新入庫的天線控制軟件模塊與板內(nèi)當前軟件進行對比，對比后發(fā)現(xiàn)軟件完全相同，可排除軟件故障。

第三步將庫房領出的新電機經(jīng)確認無誤后安裝在天線原來位置，初使可以正常運轉，此可以排除軟件問題，因為電機損壞非一次性受力損壞，因此可以排除電機受外力過大沖擊造成一次性損壞的可能性。

第四步經(jīng)分析電機受多次沖擊損壞的可能性最大，因為電機初使上電使用過程均正常，在使用次數(shù)達到一定次數(shù)后失效，由此可見電機外部有未知阻力阻礙電機運轉，每阻礙一次，電機齒輪均會受到阻力沖擊，在沖擊次數(shù)達到一定次數(shù)之后，齒輪因承受不住阻力輪番沖擊后發(fā)生損壞，后面按照分析結果逐步查找未知阻力來源。

第五步尋找未知阻力來源1，著重檢查主軸運轉是否有過大阻力，經(jīng)檢查，主軸運轉自如，基本無阻力，可排除主軸安裝問題。

第六步尋找未知阻力來源2，檢查方位電機小齒輪及齒輪檔圈，經(jīng)檢查，方位小齒輪所有齒全部正常，齒輪檔圈全部正常。

第七步尋找未知阻力來源3，檢查方位大齒輪和擋圈，經(jīng)檢查方位大齒輪所有齒面全部正常，下檔圈正常，在檢查上檔圈時發(fā)現(xiàn)上檔圈有一處外力沖擊造成的凹陷(見圖2圈內(nèi)所示)，此凹陷有向下伸出的趨勢，處于皮帶運轉行程范圍之內(nèi)，天線方位轉動過程中，皮帶每次運轉到此凹陷處均會產(chǎn)生阻力，造成電機運轉困難。結合控制軟件，如果電機運轉阻力較大時軟件會自動給電機疊加電壓，使電機扭矩加大。當電機因扭矩加大跳過凹陷部位那一瞬間，運轉阻力釋放，形成一次沖擊。當沖擊力次數(shù)達一定數(shù)量級后，產(chǎn)生齒輪沖擊變形，導致輪齒斷裂，由于齒輪箱是密封的，碎齒在齒輪箱中無法排出，會造成斷齒面積加大，加劇齒輪箱的損壞，最終結果只能是電機減速齒輪箱失效，卡死無法運轉，表面形式為整個天線方位方向無法轉動，無法對星，天線無法正常工作。后用銼刀將此凹陷處打磨平整，且更換新電機后，天線運轉恢復正常。

圖2：凹坑位置

圖3：正常光線圖示

3.機理分析

3.1 減速電機簡介

減速電機是指電動機和機械減速機構的組合體。本例中電機包含三個部分：電機反饋；電機主體；電機減速器。

電機反饋是指電機運行中的數(shù)據(jù)可以反饋給CPU，在電機運轉過程中，CPU可以根據(jù)電機反饋的數(shù)據(jù)來給出對應位置相匹配的電機轉速與方向信號，從而對電機的形態(tài)做出判斷。對電機的總體運動狀態(tài)加以監(jiān)控，形成閉環(huán)，又稱飼伏機構。

電機主體是電機動力的來源，通過電磁感應原理，電機的定子與轉子之間產(chǎn)生斥力或吸力，從而推動電機轉子做圓周運動，產(chǎn)生動力。

電機減速器，之所以需要此部分，是因為電機在運轉過程中轉速過高（特別是直流有刷空心懷電機），不容易控制，使用了減速機構之后，可以將電機的轉速按比例降低。降低之后可以大大提高電機的軸向載荷，使電機可以適應更大，更重的工作環(huán)境。此例維修中電機的減速比是33:1，也就是說電機主體轉速是電機主軸輸出轉速的33倍，電機輸出軸扭力比電機主軸扭力大33倍。電機減速機構可以使電機運轉更加平穩(wěn)，還可以更加精準的控制電機的扭力與轉速，在眾多行業(yè)中使用廣泛。

在電機拆解后，發(fā)現(xiàn)電機反饋部分和電機主體完好，只有齒輪箱卡死無法轉動，將齒輪箱拆開后發(fā)現(xiàn)齒輪箱內(nèi)部損壞，損壞形式為行星減速器齒輪斷裂。由于齒輪箱中有二級減速，而發(fā)生失效的齒輪部位在靠近輪軸輸出的那一級，由理論可知行星減速齒輪越是靠近輸出軸，減速比越大，輸出的扭力也越大，也更加容易失效，失效形式與理論相符合。

3.2 齒輪失效原因分析

齒輪失效的原因大致可分為兩類：一是齒輪運轉時齒輪與齒輪之間配合不好出現(xiàn)問題；二是齒輪運行過程中受外力干擾造成損壞。

齒輪之間配合不好，輪齒之間的配合是由齒輪加工精度及安裝過程來保證的。只要齒輪加工精度合格，并且安裝到位，是不會出現(xiàn)配合不好的情況，此齒輪箱是密封的，有專門工裝人員安裝，而且已實現(xiàn)量產(chǎn)，也有嚴格的出廠檢驗，所以齒輪箱本身并不存在問題。

齒輪運行過程中受外力干擾造成損壞。此損壞形成原因較多，但究其原因還是由于外圍部件配合不好，便電機輸出扭力超出電機最大扭力；電機負荷加大，已超出電機所能承受的范圍或在電機承受范圍邊緣工作，導致電機齒輪箱輪齒變形或斷裂，從而造成電機齒輪箱卡死，無法轉動。

3.3 齒輪失效原因得出的結論

從齒輪失效原因上不難看出，只要齒輪能夠正常平順的運轉，在其使用周期范圍內(nèi)是不會出現(xiàn)斷齒的故障。因為此部位安裝電機已經(jīng)造成三個電機失效，所以本例應該主動查找除電機以外各個部位的配合，各個部位的負荷，以及各部位的安裝問題。因為配合，負荷，以及安裝精度如果有微小誤差，是有可能導致負荷過大造成失效。但是本例問題有其特殊性，因為故障部位極其微小，且光線環(huán)境較差(見圖3所示)，一般情況下是極難發(fā)現(xiàn)的。

相對于失效原因來說，齒輪失效表現(xiàn)形式較為簡單，及齒輪變形，斷裂，由于齒輪箱密封，斷齒及殘屑留在齒輪箱中，根本不能排出，所以齒輪箱只要有一個齒斷，后面會發(fā)生一系列連鎖反應，最終的結果只能是齒輪箱卡死，電機無法運轉。

在齒輪齒斷裂的形式上看，齒輪有過載一次性斷裂，也有受到屢次沖擊后斷裂的。如果是一次性過載斷裂，那電機一安裝上去就會產(chǎn)生失效，與實際情況不符。實際情況是每一次裝上使用大約一個半月左右發(fā)生電機無法轉動，所以應該是齒輪受到?jīng)_擊后發(fā)生疲勞導致輪齒斷裂，每一次沖擊，齒輪對應齒都會造成疲勞。齒可以經(jīng)受一次兩次甚至八次十次的沖擊，但是隨著沖擊頻繁不斷出現(xiàn)，當對應齒達到疲勞極限，就會受不了沖擊，造成損壞，而最先損壞的齒輪是最小的那個齒輪先損壞。再仔細看電機齒輪箱里的齒輪體積，比外部能看見的方位小齒輪還要小很多，根本不是一個量級，所以造成沖擊后，電機齒輪箱里的齒輪肯定會首先失效。

4.舉一反三

檢查天線設備與電機運轉的所有零部件，且此檢查不應該只在出廠交接的時候檢查，在多次飛行任務累積到一定次數(shù)后，或在機頂有過維修之后，均應仔細檢查天線設備與運轉情況，且檢查人員應該細心，謹慎，對有可能有磕碰的地方進行仔細著重檢查。鑒于此故障隱藏較深，不易發(fā)現(xiàn)，所以在天線的使用過程中更應該加強管理，加強管理，增強設備保護意識，防止類似人為問題再次出現(xiàn)。

5.結論

本次分析定位是否準確，機理分析是否到位，均應該有待飛機飛行架次積累達到一定時間后才可確定。在找到故障原因并進行處理后現(xiàn)天線單元已正常運轉，若在后面的多次飛行架次中此類問題不再出現(xiàn)，才可以確定定位準確。

后繼該設備狀態(tài)如下所述：

故障排除日期2020年8月2日；

擬稿日期2020年8月11日；

2020年8月18日已飛行5-6架次；

2020年9月18日已飛行11-12架次；

依此類推至2022年5月7日，電機已正常運行1年8個月，從故障排除后到目前為止飛行約200架次，且電機目前運轉正常，工作狀態(tài)穩(wěn)定，可以驗證故障定位準確，機理分析到位，排故方法可靠。

6.結束語

之所以以此次故障為例，因為此次故障發(fā)生后，沒有及時找到根本原因，引起一而再，再而三的電機失效后，依然沒有找到原因，引起電機故障頻發(fā)。不僅給用戶帶來不滿，更給生產(chǎn)單位效益和聲譽帶來損失。從開始發(fā)現(xiàn)故障到最終找到原因排除故障，用時約六個月，維修周期長，維修過程中投入的人力物力巨大，后雖找到根本原因，排除故障，但是此故障帶來的負面影響以及思考非常深刻。雖然此故障隱藏較深，但是維修人員如果認真，仔細的檢查，也是可以排除的。但是前面三次維修人員僅僅只停留在故障表面，采取了治標不治本的方法，雖然通過換電機可以暫時解決問題，但是根本原因找不到，問題還會再次出現(xiàn)。所以維修人員一定要吸取此例的教訓，今后的維修過程中一定要更加認真，仔細的檢查每一個有可能發(fā)生故障的部位，才能保證設備正常運行，保證用戶滿意，維護單位聲譽。