某型發動機附件機匣固定問題探討

吳有元 趙虎 任超玉 王錦邦 梁江波

摘要：某型發動機由于中央傳動桿花鍵齒面磨損，導致滑油光譜金屬（鐵）含量超標故障頻發，嚴重影響試車合格率。因此，從故障現象上分析了中央傳動桿花鍵副磨損特征，從結構形式上分析和查找，提出下吊耳組件的固定問題是造成附件機匣微動的重要因素，對此制定解決方案并進行了試驗驗證，最終順利排除了該故障。

關鍵詞：金屬含量;花鍵副;微動磨損;下吊耳組件;精密螺栓

某型發動機是我國自行研制的軍用雙轉子加力式渦輪風扇發動機，主要裝備于國產第三代高性能戰斗機。該型發動機大量服役后，滑油光譜金屬含量超標故障頻發。對發動機進行分解檢查，發現該故障主要是由發動機附件機匣內的齒輪、軸承襯套磨損引起的。為解決滑油光譜金屬含量超標故障，設計單位曾在齒輪、軸承襯套的材料變更等方面進行了上百次更改，執行更改后，外場滑油光譜金屬（鐵、鋁）含量超標故障得到控制。但近期在廠內進行試車時，發現該型發動機滑油光譜金屬（鐵）含量超標故障再次頻發，嚴重影響試車合格率。

1故障現象及結構分析

1.1故障現象

針對近期廠內試車發動機滑油光譜金屬含量超標故障，分解檢查發動機附件機匣，發現中央傳動桿花鍵齒面磨損（見圖1），齒面有明顯的壓陷，深度約0.2mm;靠附件機匣一側花鍵副接觸表面及周圍產生大量的微小氧化物磨損粉末（見圖2）。

統計近期該故障的檢查情況，發現該故障現象集中表現為中央傳動桿花鍵副磨損，磨損花鍵齒為靠附件機匣一側。檢查發現8件中央傳動桿花鍵副磨損，其中4件中央傳動桿花鍵齒因磨損嚴重報廢，與其配合的3件中心傳動主動錐齒輪內花鍵齒因磨損嚴重報廢。

1.2結構分析

中央傳動桿位于中介機匣支板內腔，傳動桿兩端均為外花鍵，分別與中央傳動從動錐齒輪內花鍵和中心傳動主動錐齒輪內花鍵配合（圖3）。發動機工作時，高壓轉子軸通過一對裝在中央傳動齒輪箱內的中央傳動主動錐齒輪及與從動錐齒輪配合的中央傳動桿，將動力傳遞給附件機匣內的一對中心傳動錐齒輪及一系列齒輪軸，最終帶動各附件工作。該中央傳動桿通過花鍵副在發動機中央齒輪箱與附件機匣間傳遞扭矩，花鍵副之間相對靜止。

顯然，中央傳動桿兩端的錐齒輪沒有裝配在一個機匣內，因而很難保證兩個錐齒輪上內花鍵之間的同軸度，因此設計時在兩對花鍵的配合位置均留有較大的間隙，使中央傳動桿處于浮動狀態，提高傳動桿對兩個錐齒輪內花鍵同軸度狀況的適應性。

附件機匣位于中介機匣上方，靠4點定位固定在發動機上（見圖4），即與中介機匣后安裝邊連接的①、②兩個下吊耳組件，中介機匣支板接口處的止口③，以及附件機匣前端蓋與中介機匣前安裝邊上的中間支架④。4點定位增大了定位面，防止附件機匣在工作中擺動。

2問題調查

故障中央傳動桿靠附件機匣一側花鍵副接觸表面及周圍產生大量的微小氧化物磨損粉末，根據微動磨損的相關理論和研究，該磨損符合微動磨損特征，說明花鍵副之間有小振幅的相對振動，花鍵副接觸部位有外界強加的微動。

中央傳動桿花鍵齒磨損，屬于微動磨損特征，磨損的方向主要是附件機匣一側，說明附件機匣在工作過程中產生了擺動，中央傳動桿花鍵副對中和附件機匣固定存在問題。

2.1中央傳動桿花鍵副對中問題

從結構分析中可以看出，固定支點④對花鍵副對中有一定影響。檢查調整固定支點④下的調整墊圈，在極限安裝情況下，調整墊圈厚度的變化范圍為0.1mm，這個變化范圍與固定支點③處的間隙即中介機匣支板內孔與附件機匣止口外徑的配合有關，目前該間隙已經進行過縮小更改，對花鍵角偏斜量的影響可以忽略。

2.2附件機匣固定存在問題

從結構分析中可以看出，固定支點③④對花鍵角偏斜量有一定影響，經分析和驗證排除了該因素。

進一步檢查固定支點①②發現，固定下吊耳組件的03型精密螺栓光桿部位露出中介機匣安裝邊的長度多數不足1mm，下吊耳組件螺栓孔邊有0.5×45°倒角，下吊耳組件裝配后，光孔與精密螺栓光桿配合長度不足0.5mm，配合部位基本為螺紋段（見圖5），結構穩定性存在不足。

3問題驗證

下吊耳組件光孔與精密螺栓光桿配合長度不足，是導致中央傳動桿花鍵副磨損以致滑油光譜金屬含量超標故障的原因，需要進行試驗證明。在征得設計部門的同意后，開展了驗證工作。

3.1驗證方案

為了解決下吊耳組件光孔與螺栓光桿配合長度不足的問題，擬用與裝配位置一致的精密螺栓04型代替03型使用，但前者光桿長度為17.2mm，比16mm的光孔總長度長，需要將光孔長度增加2mm，以保證螺栓能被拉緊。為此從該型發動機裝機墊圈中挑選厚度2.6mm、內徑φ7mm、外徑φ10mm的01型墊圈，進行配裝。

最終確定的驗證方案為：對試車后發生中央傳動桿花鍵磨損或滑油光譜金屬含量超標的發動機，裝配左、右下吊耳組件時將03型精密螺栓更換為04型精密螺栓，并匹配01型墊圈以保證螺母擰緊到位（見圖6）。

3.2前期驗證

根據04型精密螺栓數量決定在6臺故障發動機上進行前期驗證，安裝驗證情況見表1。

5號附件機匣更換04型精密螺栓固定后，振動值從試車表現上差別不大，但光譜鐵含量降低程度非常明顯，對比結果見圖7、圖8。

6號附件機匣更換04型精密螺栓固定后，振動值、光譜鐵含量均降低明顯，對比結果見圖9、圖10。

從6臺發動機的驗證情況來看，附件機匣下吊耳組件固定螺栓的改變，對發動機滑油光譜金屬含量及附件機匣振動有一定的影響。其中，3臺發動機試車合格，1臺發動機附件機匣振動增大，1臺發動機附件機匣振動降低，2臺發動機滑油光譜金屬含量超標。

4問題驗證分析和再驗證

4.1分析

從表1結果來看，第2、4項不合格或與精密螺栓的數量和擰緊力矩有關，驗證時對精密螺栓的安裝數量和擰緊力矩沒有統一的規定和要求。而第2、5、6項驗證情況表明，發動機附件機匣的固定問題，是導致附件機匣零組件磨損的原因之一，但由于試驗樣本數少，尚不能給出決定性的結論。

4.2再驗證

為落實問題，通過安裝8根04型精密螺栓固定下吊耳組件，并使用04型精密螺栓擰緊力矩，對7臺發動機進行廠內試車驗證，驗證情況見表2。

5問題驗證結論

通過分兩個階段，前后進行了13臺次的試車驗證，驗證結果顯示涉及的10臺附件機匣均已試車合格，滑油光譜金屬含量超標故障得到有效遏制。這說明發動機滑油光譜金屬含量超標故障主要由發動機附件機匣故障引起，附件機匣故障的原因主要是齒輪、軸承襯套及花鍵副磨損。中央傳動桿花鍵副磨損，會引起發動機滑油光譜金屬含量超標故障。中央傳動桿花鍵副磨損的重要因素為附件機匣下吊耳組件的固定方式剛性不足，工作中易引起機匣微動，即故障模式是微動磨損。

后續又使用04型精密螺栓固定下吊耳組件進行了20臺次的試車，均未出現中央傳動桿花鍵副磨損和滑油光譜金屬含量超標故障。

參考文獻

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