通用航空發動機曲軸翻修技術研究

邵俊

摘? 要：曲軸是航空發動機的核心部件之一，其主要功能是將連桿的往復運動轉換成旋轉運動。曲軸成本約占整個發動機翻修成本的三成以上，本文從通航最常用的某型航空活塞發動機的技術資料、翻修程序和修理方法等方面對發動機曲軸翻修技術進行研究，重點研究曲軸的修理方法。希望其研究思路和方法可為航空發動機其他核心部件的翻修技術研究拋磚引玉。

關鍵詞：通用航空? 發動機? 曲軸? 翻修

中圖分類號：V263? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（a）-0012-03

Abstract： Crankshaft is one of the core parts of the aircraft engine. Its main function is to convert the reciprocating motion of the connecting rod into the rotary motion. The cost of the crankshaft accounts for more than 30% of the whole engine repair cost. In this paper， the repair technology of the engine crankshaft is studied from the technical data， repair procedure and repair method of the most commonly used aviation piston engine， focusing on the repair method of the crankshaft. It is hoped that the research ideas and methods can be used as a reference for the research on the renovation technology of other core components of aeroengine.

Key Words： General aviation; Engine; Crankshaft; Overhaul

目前，我國通用航空90%以上的飛機使用的是航空活塞發動機，曲軸是航空活塞發動機的核心部件之一[1]，其主要功能是將活塞連桿傳遞來的汽缸燃燒室的熱膨脹能轉換成旋轉動能。某型最常用發動機典型曲軸構型如圖1所示，其主要結構特點是帶有螺旋槳安裝盤和懸擺式平衡配重。據不完全統計，我國通航現每年翻修航空活塞發動機約200臺，曲軸是航空活塞發動機翻修時必須進行翻修的部件，自行開發翻修比送國外原廠翻修每根曲軸可節約直接經濟成本約1500美元，年節約總價值超過30萬美元，同時還會大大節約維修周期，這樣造成的經濟價值和社會價值遠大于該數值。故航空活塞發動機曲軸翻修在我國通用航空維修市場中具有良好前景。

1? 技術資料

首先對國內外涉及航空活塞發動機曲軸維修的文獻以及航空發動機生產廠家的技術資料進行了收集，共收集到相關論文約12篇，航空發動機維修專著2部，航空發動機相關翻修手冊1部，航空發動機相關操縱手冊1部，服務通告、服務說明約800份。其次對所收集到的資料進行認真的消化吸收，整理出了對本項目研究有關的維修特殊工具約20件，相關的服務通告2份，服務說明3份，服務信函1份等。

2? 翻修程序

在消化吸收通用航空某常見活塞發動機原廠的維修資料并結合我廠20多年的航空發動機維修經驗，項目組多次反復研究后確定航空發動機曲軸翻修時應遵循如圖2所示程序。

航空發動機重要部件如曲軸、連桿和配重等的翻修其技術資料準備、翻修程序的建立基本都大同小異[2]，本文重點研究曲軸具體的修理方法，尤其是涉及部件的更換及表面磨削等，通過這些修理方法恢復曲軸原有的尺寸及配合公差。

3? 修理方法

3.1 檢查與測量

檢查：包括目視檢查和無損檢查。目視檢查是利用眼睛（必要時借助放大鏡）觀察整個曲軸外觀是否完好，所有軸頸表面是否光滑、無劃痕、無剝落和腐蝕坑點等缺陷;無損檢查是利用磁粉探傷線對肉眼看不見的曲軸近表面進行裂紋或缺陷檢查。

測量：就是利用各種量具（如千分尺、杠桿表等）對曲軸的幾何外形尺寸進行測量，判定其應該在廠家規定的范圍內，以確保曲軸與其他部件的公差、間隙等配合滿足要求。

3.2 配重安裝襯套的更換

航空活塞發動機曲軸上通常安裝有懸擺式配重來消除扭轉振動，此類配重通常通過兩滾柱穿過曲軸凸耳上襯套安裝孔來連接，發動機使用中，該襯套極易發生磨損，從而輕微改變配重的懸擺半徑，影響配重消除振動的效能，故在發動機曲軸翻修時，該類襯套必須全部更換為新件。經項目組多次研討可按如下方法更換曲軸上配重安裝襯套。

（1）使用合適的工具拆下舊襯套并報廢舊襯套，檢查襯套安裝孔的內壁應光滑無任何剝落、劃痕等損傷，檢查安裝孔徑及其失圓度應符合廠家規定的技術要求;

（2）使用專用工具將正確件號的新襯套平齊的壓入安裝孔，確保襯套壓入安裝到位;

（3）使用專用工具并借助杠桿表檢測所安裝襯套中心線與曲軸中心線的平行度符合廠家規定的技術要求，如圖3所示。

3.3 螺旋槳固定螺栓安裝襯套的更換

航空活塞發動機曲軸前端通常有螺旋槳安裝法蘭盤構型，其上的螺栓安裝襯套因經常承受螺旋槳傳遞的較大的交變力而容易松動或變形[5]，翻修曲軸時，必須對每個襯套中心線平行度和襯套失圓度進行檢查，對不符合標準的襯套必須更換，更換原理和程序和前述的配重安裝襯套類似。

3.4 密封圈安裝區域的修復

航空活塞發動機曲軸前端通常安裝橡膠密封圈來防止機匣內的滑油滲出，密封圈內有緊固彈簧使封圈密封面緊密的與曲軸接觸，曲軸后端通常由附件機匣進行密封。雖然曲軸密封圈安裝區域有鎘鍍層進行防腐和耐磨保護，但隨著曲軸使用時間的不斷增加，曲軸上密封圈安裝區域會出現磨損，磨損達到一定程度就會破壞油封圈的密封性，此時曲軸相應區域就應按如下方法修復，如圖4所示。

（1）拆卸前面所述的螺旋槳固定螺栓安裝襯套，并分別做好識別標識以便原位裝回[6]。

（2）將曲軸浸泡在一定比例的硝酸銨溶液（通常1磅硝酸銨溶于1加侖水中）中靜置規定時間來退掉鎘鍍層。

（3）將曲軸裝夾在磨床上使用合適粒度的磨輪對密封圈安裝區域進行磨削來消除磨痕或其他損傷，磨削深度不能超過廠家規定值。

（4）將曲軸逆時針旋轉，使用細砂紙對油封圈安裝區域進行拋光處理，拋光時禁止移動細砂紙，因為此區域不需要任何的螺旋拋光痕跡出現。

（5）按相關標準及廠家要求的區域重新對曲軸油封區域鍍鎘，鍍鎘完成后將曲軸在約275華度的烘箱中靜置5h以上以消除表面脆化性。

（6）對修復后的曲軸在水平上檢測所修區域跳動量，數值不能超過廠家規定范圍，最后對曲軸進行磁粉檢測以確保修復中對曲軸無潛在損傷。

4? 結語

在以上分析、研究的基礎上編寫某型航空發動機曲軸維修工藝、翻修工作單[3]，隨后按工藝、工作單的標準試翻修了10件曲軸并分別裝于某翻修廠翻修的10臺發動機上，使用此程序翻修曲軸的發動機，其臺架測試及裝機測試，各項性能指標均滿足原廠要求。實際使用情況也很良好可靠，裝用這些曲軸的發動機累計使用近2萬h，從未出現因曲軸故障導致的發動機失效。表明本文所述的曲軸翻修程序和方法切實可行有效，其研究思路和方法可為航空發動機其他核心部件的翻修研究提供有用的借鑒。

參考文獻

[1] 馬勇波.航空活塞發動機修理參數標準研究[J].科技創新導報，2018（10）：17-18.

[2] 常虎山.通用航空活塞發動機連桿翻修技術研究[J].機械工程師，2017（3）：39-41.

[3] 李明星.萊康明發動機凸輪軸修理探討[J].科技創新導報，2018（13）：15-16.

[4] 馮文瑞.通用航空活塞發動機機匣常見故障探討[J].準備制造技術，2018（9）：253-254.

[5] SI1098Q，Propeller Flange Bushing Location [M]，U.S.A： Textron Lycoming Inc，2020.

[6] Overhaul Manual of Direct Drive Engine[M]，U.S.A： Textron Lycoming Inc， 2016.