基于歸納法的轉速表修理改進研究

■ 雷玉潔 敖大為/凌云科技集團有限責任公司

0 引言

轉速表是重要的發(fā)動機儀表之一，其功能是測量并顯示發(fā)動機主軸的轉速，刻度以發(fā)動機主軸轉速的百分比來表示。根據(jù)轉速表和進氣壓力表的指示，飛行員可以了解活塞式發(fā)動機的功率；結合轉速表和噴氣溫度表的指示，判斷出渦輪噴氣發(fā)動機的推力。

飛行中經常遇到轉速表指針擺動、跳指、遲滯等問題，這類問題會對發(fā)動機工作狀態(tài)的判斷產生影響，給飛行安全帶來嚴重隱患。因此，深入分析、研究并歸納總結轉速表故障的根本原因，可以提高轉速表的故障修理合格率，對保障特殊時期飛機備件儲備也有積極作用。

1 雙針感應式轉速表的組成及工作原理

1.1 雙針感應式轉速表的組成

雙針感應式轉速表由指示器和轉速傳感器配套組成，1件指示器配套2件傳感器。1發(fā)和2發(fā)、3發(fā)和4發(fā)轉速傳感器分別共用一個指示器表頭，如圖1所示。

圖1 發(fā)動機轉速表指示器

1.2 雙針感應式轉速表的工作原理

被測發(fā)動機主軸的轉動由傳感器轉換成電信號，傳送給指示器，通過指示器感應組合件轉換成指針的角位移，在發(fā)動機轉速表上顯示，工作原理如圖2所示。

圖2 轉速表工作原理示意圖

發(fā)動機主軸轉動，經過減速齒輪后帶動傳感器主軸轉動。因傳感器轉子與傳感器主軸相交連接，也帶動轉子轉動，在傳感器靜子中產生三相交流電流，其頻率與發(fā)動機主軸轉速成正比。指示器靜子在傳感器輸出的三相交流電流作用下產生旋轉磁場，切割由磁滯圓盤和永久磁鐵組成的同步電機轉子，磁滯圓盤產生的磁滯磁場與旋轉磁場相互作用產生轉動力矩，該轉動力矩帶動同步電機轉子轉動。當該轉子轉速接近旋轉磁場時（異步工作狀態(tài)），旋轉磁場吸引裝在磁滯圓盤同一軸上的永久磁鐵轉動，當永久磁鐵將轉動彈簧擰緊后，帶動轉子轉動，此時轉子和旋轉磁場轉速相同，達到同步，轉速與發(fā)動機主軸轉速成正比。在轉子軸一端固定裝有磁鐵組合件，其磁極間裝有感應片，感應片同一軸上有游絲在反力矩平衡時產生角位移，角位移與發(fā)動機主軸轉速成正比，通過齒輪裝置傳給襯套和軸，使指針在刻度盤上指示讀數(shù)（即發(fā)動機主軸最大轉速的百分比）。發(fā)動機主軸與傳感器之間的減速比是5.154:1。

指示器上的刻度表示方法：當發(fā)動機主軸轉速為12885r/min時為100%。

2 故障類型及原因分析

采用歸納法收集近兩年來某型飛機在發(fā)動機試車或地面通電時出現(xiàn)的雙針感應式轉速表故障，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)發(fā)動機轉速表指示器故障占比高達56.5%，主要表現(xiàn)有4種：

1）兩指針相互干擾擺動（即某一發(fā)指針在隨油門變化轉動過程中，另一指針隨之發(fā)生不同程度的左右擺動）；

2）指示跳指；

3）轉速表指針不指示；

4）機械零位遲滯誤差大。

各類故障占比情況如圖3所示。

由圖3可以確定，“兩指針干擾擺動”是雙針感應式轉速表指示器的多發(fā)性故障。下面重點分析該故障產生的可能原因。

圖3 故障類型百分比

傳感器靜子中產生的與發(fā)動機主軸轉速成正比的三相交流電流經電纜，輸出到指示器靜子，在該電流作用下，指示器靜子產生旋轉磁場，如果靜子繞組斷線，將無法產生旋轉磁場，就失去了電能與轉動機械能之間相互轉換的基本條件，指示器電動機無法起動，轉速表指示器將無指示，但這種故障情況較少發(fā)生。在旋轉磁場的作用下，切割同步電機轉子，并與磁滯磁場相互影響產生轉動力矩，帶動同步電機轉子轉動，如果轉子磁鐵有裂紋或磁性太弱、轉子的軸向間隙過小或傳動軸彎曲變形等，均會對同步電機轉子的正常轉動產生影響，導致指示器指針不指示或指示不正常。同步電機轉子轉動的同時，轉子同軸另一端上游絲因反力矩平衡產生角位移，該位移量與發(fā)動機主軸轉速成正比，通過兩套齒輪裝置傳遞給對應的外襯套和內軸，指針分別進行指示，如果齒輪組件變形嚴重，在運轉過程中內齒輪轉動會帶動外襯套齒輪一起轉動，兩指針就會相互干擾引起擺動；如果寶石軸承有毛刺或不干凈，會導致帶齒輪的軸運轉不均勻，指示器指針跳動或發(fā)動機停止時指針零位遲滯誤差大；轉速表指示器在修理安裝時，如果齒輪間隙調整不合適，間隙過緊或過松都會導致齒輪在轉動中出現(xiàn)卡滯或相互帶動。

綜上所述，指示器靜子繞組斷線、轉子磁鐵有裂紋或磁性太弱、轉子軸向間隙過小、傳動軸彎曲變形等指示器內部元器件的缺陷都可能導致指示器指針無指示或指示不正常，但發(fā)生概率較??；齒輪組件變形、寶石軸承不干凈、齒輪間隙不合適等情況則多數(shù)會引起指示器指針干擾擺動。

3 改進措施

通過上述分析，歸納得出造成“兩指針干擾擺動”故障的三個主要原因：齒輪組件變形、寶石軸承不干凈、齒輪間隙不合適，設定相應的修理目標，制定合理有效的對策和措施，如表1所示。

表1 修理措施

3.1 選配合格的齒輪組件

改進前齒輪只要求進行目視檢查，對齒輪形態(tài)沒有嚴格的檢查要求。如圖4中左側齒輪，變形的齒輪軸偏于一側，當其裝在帶齒輪的襯套中時，由于指針緊固于上下結構組合的齒輪軸上，單號針裝于內軸，雙號針裝于帶襯套的外軸，轉動過程中內軸會帶動外襯套齒輪一起轉動，從而導致兩指針相互干擾擺動。

圖4 變形齒輪

改進措施：對齒輪形態(tài)外觀進行嚴格篩查和選配（選配流程見圖5），確保齒輪組件的合格率，杜絕齒輪組轉動時相互干擾。

圖5 改進后齒輪組件測試及選配流程圖

3.2 清潔寶石軸承

寶石軸承不干凈或帶毛刺會導致帶齒輪的軸運轉不均勻，引起指針跳動或者粘連擺動。可以用無水乙醇徹底清洗，用柳木棍打磨毛刺，用4倍放大鏡檢查，確定干凈且光滑后再進行裝配。

3.3 調整齒輪間隙

齒輪間隙過緊或過松會導致齒輪在轉動過程中的卡滯或相互帶動，從而引起指針的相互干擾擺動。將齒輪間隙調整在大于1/2且小于2/3的位置（即上下寶石軸承間的軸向間隙為0.03～0.05mm），松緊適宜，保證了齒輪轉動均勻靈活。

4 總結

當航空產品出現(xiàn)某一多發(fā)性故障現(xiàn)象時，不能僅以完成故障件修理為目的，應分析故障發(fā)生的根本原因，并在修理中采取針對性的預防措施，有效避免重復性故障的發(fā)生。本文介紹的故障歸納統(tǒng)計方法有助于準確分析產品的多發(fā)性故障及其原因，并進行預防性修理方式改進。該方法也適用于其他產品的修理過程。