某高壓前軸頸磨損故障分析及改進設計

摘 要：某發動機返廠后分解檢查，先后發現多臺發動機高壓前軸頸鎖簧槽單側磨損問題。該問題的發生，不僅影響發動機正常生產進度，嚴重的還會危及外場飛行安全。通過對高壓前軸頸鎖簧槽裝配原理、設計尺寸對比、裝配間隙計算等方面進行深入分析，并且提出了一些有針對性的改進和控制措施，以期從本質上徹底排除該類故障，確保外場使用安全。

關鍵詞：發動機；高壓前軸頸；鎖簧槽

1 引言

航空發動機構件磨損失效問題是航空發動機常見問題之一。磨損失效主要包括磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損及微動磨損等。其中微動磨損多發生在花鍵等與軸壓配合以及熱壓配合零件和夾緊連結件等固定處。微動磨損一般導致微動疲勞[1]。

微動疲勞會加速受微動作用構件的接觸處表面及表層裂紋三萌生和擴展，從而大大降低部件的疲勞壽命，甚至災難性故障。在航空發動機中，榫連接結構應用相當廣泛，有統計資料表明[2]：航空發動機故障中高達20%的故障是榫連接結構失效造成的，而其中微動疲勞失效則占了主要部分。

某發動機先后發現多臺發動機高壓前軸頸鎖簧槽單側磨損問題。鎖簧槽磨損后，通常的處理方法是換個位置重新開槽，但是同一臺發動機此方法只能用d次。該問題的發生，不僅影響發動機正常生產進度，嚴重的還會危及外場飛行安全。為此，有必要對該問題進行深入細致的分析研究工作，本文通過對高壓前軸頸鎖簧槽裝配原理、設計尺寸對比、裝配間隙計算等方面進行深入分析，并且提出了一些有針對性的改進和控制措施，以期從本質上徹底排除該類故障，確保外場使用安全。

2 問題描述

某發動機高壓前軸頸鎖簧槽磨損典型形貌如圖1～圖3所示。其中某兩臺發動機磨損情況比較嚴重，磨損部位通常在高壓前軸頸鎖簧槽的一個側面。

具體情況如下：某A臺發動機廠內工作時間xx小時xx分，外場工作時間為零，返廠分解故檢發現高壓前軸頸鎖簧槽一側磨損，磨損處尺寸是amm；某B臺發動機廠內工作時間xx小時xx分，外場工作時間為零，磨損處尺寸是bmm。鎖簧槽設計尺寸為cmm，超出設計尺寸。

3 問題追述

高壓前軸頸鎖簧槽磨損問題發生后，各級領導高度重視，多次與設計部門溝通、咨詢，尋求解決問題的辦法。據悉，某發動機從原型機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位置重新開槽，但是同一臺發動機此方法只能用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致的分析研究工作，以期從本質上解決此類問題。

4 問題分析

4.1 設計復查

4.1.1 高壓前軸頸大螺母鎖緊原理

大螺母上加工有內套齒，鎖環上有兩處外套齒、兩個凸耳，前軸頸上有鎖簧槽，裝配關系是大螺母上的內套齒與鎖環上的兩處外套齒相配，鎖環上的兩個凸耳與前軸頸上的鎖簧槽相配，從而達到止動高壓前軸頸大螺母的目的。

4.1.2 設計尺寸復查

4.2 對比測量情況

4.2.1 有關尺寸測量

從測量結果看：

工作后前軸頸鎖環尺寸近3/4不合格，即工作過程中鎖環的變形和磨損是一定的，但程度不同；前軸頸鎖環硬度偏高，測量3件中有1件硬度偏上限，1件硬度超上限，同時前軸頸鎖環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存在超差現象。

4.2.2 粗糙度檢測

5 磨損原因

發動機工作過程中必然存在不同程度的振動問題，由于前軸頸鎖環裝配間隙的存在，必然存在微動磨損；同時，由于鎖環可能存在扭擺或串動現象，進而加劇磨損。

6 改進設計

6.1 結構更改

6.2 內控零件尺寸和形位公差

適當加嚴公差，以減小配合間隙，必要時更改名義值；

控制前軸頸鎖環表面粗糙度，滿足設計圖要求；

加強前軸頸鎖環凸耳處尖邊倒圓控制，尖邊倒圓最大R0.3。另外，針對鎖環凸耳凹槽外徑φg-0.15超差問題，應完善前軸頸鎖環加工工藝，鎖環熱處理后，應檢查有關尺寸；主制車間進行成型前后鎖槽尺寸對比統計分析，給出成型前加工尺寸。

7 結束語

本文通過對高壓前軸頸鎖簧槽裝配原理、設計狀態、尺寸對比、裝配間隙等方面進行深入分析，并且提出了一些有針對性的改進和控制措施，以期從本質上徹底排除該類故障。

參考文獻

[1]陶春虎，鐘培道，王仁智，聶景旭.航空發動機轉動部件的失效與預防[M].北京：國防工業出版社，2000.

[2]何明鑒.機械構件的微動疲勞[M].北京：國防工業出版社，1994.