某高壓前軸頸磨損故障分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

摘 要：某發(fā)動(dòng)機(jī)返廠后分解檢查，先后發(fā)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓前軸頸鎖簧槽單側(cè)磨損問題。該問題的發(fā)生，不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常生產(chǎn)進(jìn)度，嚴(yán)重的還會(huì)危及外場飛行安全。通過對(duì)高壓前軸頸鎖簧槽裝配原理、設(shè)計(jì)尺寸對(duì)比、裝配間隙計(jì)算等方面進(jìn)行深入分析，并且提出了一些有針對(duì)性的改進(jìn)和控制措施，以期從本質(zhì)上徹底排除該類故障，確保外場使用安全。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；高壓前軸頸；鎖簧槽

1 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件磨損失效問題是航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見問題之一。磨損失效主要包括磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損及微動(dòng)磨損等。其中微動(dòng)磨損多發(fā)生在花鍵等與軸壓配合以及熱壓配合零件和夾緊連結(jié)件等固定處。微動(dòng)磨損一般導(dǎo)致微動(dòng)疲勞[1]。

微動(dòng)疲勞會(huì)加速受微動(dòng)作用構(gòu)件的接觸處表面及表層裂紋三萌生和擴(kuò)展，從而大大降低部件的疲勞壽命，甚至災(zāi)難性故障。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，榫連接結(jié)構(gòu)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，有統(tǒng)計(jì)資料表明[2]：航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障中高達(dá)20%的故障是榫連接結(jié)構(gòu)失效造成的，而其中微動(dòng)疲勞失效則占了主要部分。

某發(fā)動(dòng)機(jī)先后發(fā)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓前軸頸鎖簧槽單側(cè)磨損問題。鎖簧槽磨損后，通常的處理方法是換個(gè)位置重新開槽，但是同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)此方法只能用d次。該問題的發(fā)生，不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常生產(chǎn)進(jìn)度，嚴(yán)重的還會(huì)危及外場飛行安全。為此，有必要對(duì)該問題進(jìn)行深入細(xì)致的分析研究工作，本文通過對(duì)高壓前軸頸鎖簧槽裝配原理、設(shè)計(jì)尺寸對(duì)比、裝配間隙計(jì)算等方面進(jìn)行深入分析，并且提出了一些有針對(duì)性的改進(jìn)和控制措施，以期從本質(zhì)上徹底排除該類故障，確保外場使用安全。

2 問題描述

某發(fā)動(dòng)機(jī)高壓前軸頸鎖簧槽磨損典型形貌如圖1～圖3所示。其中某兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損情況比較嚴(yán)重，磨損部位通常在高壓前軸頸鎖簧槽的一個(gè)側(cè)面。

具體情況如下：某A臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)廠內(nèi)工作時(shí)間xx小時(shí)xx分，外場工作時(shí)間為零，返廠分解故檢發(fā)現(xiàn)高壓前軸頸鎖簧槽一側(cè)磨損，磨損處尺寸是amm；某B臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)廠內(nèi)工作時(shí)間xx小時(shí)xx分，外場工作時(shí)間為零，磨損處尺寸是bmm。鎖簧槽設(shè)計(jì)尺寸為cmm，超出設(shè)計(jì)尺寸。

3 問題追述

高壓前軸頸鎖簧槽磨損問題發(fā)生后，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)高度重視，多次與設(shè)計(jì)部門溝通、咨詢，尋求解決問題的辦法。據(jù)悉，某發(fā)動(dòng)機(jī)從原型機(jī)研制以來就存在高壓前軸頸鎖簧槽磨損的問題，只是程度不同而矣，鎖簧槽磨損后，通常的處理方法是換個(gè)位置重新開槽，但是同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)此方法只能用d次。換言之，此問題一直沒有得到徹底解決。鑒于此，公司決定開展深入細(xì)致的分析研究工作，以期從本質(zhì)上解決此類問題。

4 問題分析

4.1 設(shè)計(jì)復(fù)查

4.1.1 高壓前軸頸大螺母鎖緊原理

大螺母上加工有內(nèi)套齒，鎖環(huán)上有兩處外套齒、兩個(gè)凸耳，前軸頸上有鎖簧槽，裝配關(guān)系是大螺母上的內(nèi)套齒與鎖環(huán)上的兩處外套齒相配，鎖環(huán)上的兩個(gè)凸耳與前軸頸上的鎖簧槽相配，從而達(dá)到止動(dòng)高壓前軸頸大螺母的目的。

4.1.2 設(shè)計(jì)尺寸復(fù)查

4.2 對(duì)比測量情況

4.2.1 有關(guān)尺寸測量

從測量結(jié)果看：

工作后前軸頸鎖環(huán)尺寸近3/4不合格，即工作過程中鎖環(huán)的變形和磨損是一定的，但程度不同；前軸頸鎖環(huán)硬度偏高，測量3件中有1件硬度偏上限，1件硬度超上限，同時(shí)前軸頸鎖環(huán)硬度明顯高于前軸頸的硬度；前軸頸尺寸絕大部分合格，只有某A存在超差現(xiàn)象。

4.2.2 粗糙度檢測

5 磨損原因

發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中必然存在不同程度的振動(dòng)問題，由于前軸頸鎖環(huán)裝配間隙的存在，必然存在微動(dòng)磨損；同時(shí)，由于鎖環(huán)可能存在扭擺或串動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而加劇磨損。

6 改進(jìn)設(shè)計(jì)

6.1 結(jié)構(gòu)更改

6.2 內(nèi)控零件尺寸和形位公差

適當(dāng)加嚴(yán)公差，以減小配合間隙，必要時(shí)更改名義值；

控制前軸頸鎖環(huán)表面粗糙度，滿足設(shè)計(jì)圖要求；

加強(qiáng)前軸頸鎖環(huán)凸耳處尖邊倒圓控制，尖邊倒圓最大R0.3。另外，針對(duì)鎖環(huán)凸耳凹槽外徑φg-0.15超差問題，應(yīng)完善前軸頸鎖環(huán)加工工藝，鎖環(huán)熱處理后，應(yīng)檢查有關(guān)尺寸；主制車間進(jìn)行成型前后鎖槽尺寸對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，給出成型前加工尺寸。

7 結(jié)束語

本文通過對(duì)高壓前軸頸鎖簧槽裝配原理、設(shè)計(jì)狀態(tài)、尺寸對(duì)比、裝配間隙等方面進(jìn)行深入分析，并且提出了一些有針對(duì)性的改進(jìn)和控制措施，以期從本質(zhì)上徹底排除該類故障。

參考文獻(xiàn)

[1]陶春虎，鐘培道，王仁智，聶景旭.航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效與預(yù)防[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.

[2]何明鑒.機(jī)械構(gòu)件的微動(dòng)疲勞[M].北京：國防工業(yè)出版社，1994.