某型發動機中央傳動杯形鎖圈碎裂故障研究

馬力

（海裝沈陽局駐沈陽地區第一軍事代表室，遼寧沈陽 110034）

1.故障現象描述

1.1 故障描述

2019年10月29日，某型發動機長試后分解時，發現中央齒輪箱組件從動齒輪壓緊螺母鎖緊用的杯形鎖圈碎裂。共碎裂成18塊碎塊散落在中支點滑油腔底部，如圖1所示。

圖1 故障件形貌

1.2 故障部位簡介

發動機中央齒輪箱裝配在中介機匣內部，既是發動機高壓轉子前支點，也是發動機起動和飛機附件、發動機附件從發動機提取功率的必要環節。

杯形鎖圈裝配在中央從動錐齒輪軸的末端，其主要作用是對從動錐齒輪的壓緊螺母進行鎖緊，防止在發動機工作時螺母松脫。

2.故障排查

2.1 故檢測量情況

中央齒輪箱分解過程中，對從動齒輪螺母的松脫力矩進行檢查未發現異常。

對杯形鎖圈碎片進行厚度測量，均為0.8mm。

分解后對中央齒輪箱零部件進行故檢，除中央錐從動噴嘴附近殼體有刮磨痕跡外，其余未發現異常。

2.2 理化分析

觀察鎖片底部殘環，可見其底部的兩個插腳有順時針方向的變形，但未見裂紋。鎖片底部內外兩端面都有均勻的磨亮的壓痕圈，其中內端面磨痕呈棕紅色。鎖片沿磨痕邊緣大約斷裂17mm（A區），在底部平面另外開裂13mm（B區），其余在側面開裂，如圖2所示。

圖2 鎖片底部殘環形貌（內端面和外端面兩個方向）

側面碎塊大小不一，表面碰磨痕跡明顯，有明顯的從內向外翻轉變形形貌。經放大后可以看出，在內側可觀察到疑似鎖緊時形成的6處壓痕（正常鎖緊4個位置共形成8個壓痕），2處壓痕可能已開裂。

選取杯形鎖片其中一片碎片解剖觀察表面的狀態，發現在內表面有約0.005mm的晶間。

理化結論：

（1）杯形鎖圈斷裂為疲勞斷裂，疲勞起始于底部壓痕邊緣；

（2）碎塊立面未見因鎖緊處開裂導致前期疲勞開裂特征，碎塊斷裂主要與底部先疲勞開裂后分段斷裂有關[1]。

2.3 故障樹

根據理化分析的結論，杯形鎖圈的斷裂性質為疲勞斷裂。確認為杯形鎖圈疲勞斷裂的故障原因，使用故障樹的方式進行了工作梳理和工作安排，綜合考慮設計、加工、裝配、使用等多方面因素，列出杯形鎖圈疲勞斷裂故障樹，共涉及底事件7項，如圖3所示。

圖3 杯形鎖圈破損故障樹

3.故障原因分析

綜上所述，杯形鎖圈碎裂主要原因是疲勞斷裂。

針對杯形鎖圈早期疲勞斷裂的原因，制定了更換杯形鎖圈材料（保證鎖圈具有較好的延展率和彎曲性能的同時提高杯形鎖圈的強度）、優化壓緊螺母鎖緊槽結構、規范鎖緊方式等一系列措施后，故障仍未徹底排除，時有發生，可能與該處鎖緊結構設計不合理有關。

4.風險分析

根據歷次故障現象及原因分析可知，杯形鎖圈碎裂均在返廠分解檢查發現，故障發生后，軸承固定螺母鎖緊效果未失效，未影響發動機正常使用，從螺母的角度分析，螺母鎖緊方向與旋轉方向相反，在杯形鎖圈失效的情況下，螺母不會發生松脫，會越轉越緊；另外，破碎的杯形鎖圈碎片均封閉在中介機匣的下部，回油口帶有滑油濾網，碎片不會進入滑油管路，因此杯形鎖圈碎裂故障對發動機的安全性不會產生影響[2]。

5.改進措施

發動機的中央齒輪箱結構從動錐齒輪軸端均采用了壓緊螺母和杯形鎖圈結構，在使用中多次發生杯形鎖圈碎裂故障和小軸承失效故障。為解決杯形鎖圈碎裂問題，優化中央傳動裝配結構，降低小軸承內圈壓緊結構對該軸承使用的影響，確定了軸承鎖緊螺母改進研究工作。參照CFM56發動機中央傳動軸承螺母結構形式，開展嵌件自鎖螺母設計研究工作，在螺母中增加非金屬自鎖襯套，取消杯形鎖圈，結構如圖4所示。

圖4 嵌件自鎖螺母安裝結構示意圖

6.總結

本文對某型發動機中央傳動杯形鎖圈碎裂故障進行研究。并進行了質量復查，查找工藝設計和裝配過程缺陷。由故障樹分析，確定杯形鎖圈碎裂主要原因是疲勞斷裂。針對故障原因進行了風險分析，經分析杯形鎖圈碎裂故障對發動機的安全性不會產生影響，給出了具體的改進措施。