某型直升機主減速器試車臺前封閉齒輪箱優化改進

田明華 李華新 黃彬

摘要：本文介紹了某型直升機主減速器試車臺前封閉齒輪箱的主要故障模式，以及在日常保障中常用的排除故障用到的方法。針對故障，深入研究、驗證找到故障原因，制定優化改進方案，總結研究、驗證成果，為廣大航修裝備設驗設備的維修、保養提供了經驗知識的參考和借鑒。

關鍵詞：主減速器試車臺齒輪箱優化改進

1引言

某型直升機主減速器試車臺，是用于某型直升機主減速器大修裝配后磨合和測試修后工作性能參數的重要關鍵設備。該設備從2002年建成交付使用，實際運行時間約2000小時。近年來，隨著該型主減速器修理產能的快速提升，設備運行頻率及運轉時間急劇增加，原設備諸多的設計弊端及隱藏問題顯現出來，特別是前封閉齒輪箱、高速傳動級扭矩傳感器、支承座等重要部件故障頻發，無法滿足正常試車要求。若采用大修或全面改造，周期太長，會嚴得影響生產需求。為保持生產持續，通過局部的優化改進，力爭使設備經常處于良好的運行狀態。本文主要介紹前封閉齒輪箱的優化改進。

2設備基本情況

2.1? 設備基本情況概述

某型直升機主減速器試車臺采用電機驅動，液壓馬達加載結構，設備輸出軸最高轉速15000r/min，輸出軸最大扭矩1100N·m。

其機械傳動鏈可簡單表述為：主拖電機- 增速箱- 前封閉齒輪箱- 高速扭矩傳感器-支承座- 被試主減速器--扭矩傳感器- 后封閉齒輪;前封閉齒輪箱的優劣是影響設備能否正常平穩運行的關鍵因素之一，根據此設備的運轉故障粗略統計，前封閉齒輪箱下部高速齒輪軸也是故障頻發點和振源點之一。

2.2? 近3年主要故障形式

統計近3年來，前封閉齒輪箱出現的主要故障包括：

1.??? 前封閉齒輪箱高速軸上圓柱滾子（2套）和三點接觸球軸承（1套）全部失效損壞，分解檢查發現軸承各部分有高溫變色情況，三點接觸球軸承潤滑油噴嘴斷裂，齒輪齒面斷齒且磨損嚴重，中間齒輪軸軸承上端蓋斷裂，軸承端蓋軸向徑向均有不同程度的沖擊凹坑，旋轉件聯軸器蝶形膜片及連接螺栓組件高速甩出，所幸未造成人員受傷，為此花費3個月外委修復。

2.??? 設備運轉出現異響，檢查發現高速扭矩傳感器底座斷裂，緊固螺栓失效。

3故障判斷與分析

3.1振動測試檢查

結合高速旋轉部件如高速扭矩傳感器和支承座經常損壞的情況，初步斷定為前封閉齒輪箱振動過大造成，斷開與齒輪箱輸出端連接的所有旋轉組件，實際測量前封閉齒輪箱的振動值如表1：

從表中可以看出垂直方向振動遠大于齒輪箱制造廠家交付時給出的振動標準，即不大于4.6mm/s（參考大型旋轉機械振動標準和ISO2372標準，振值要求應不大于4.5mm/s）。而且隨轉速的增加而增大，可判斷為受迫振動。

一般情況下，在低頻段（≤1KHz）測量時，若振動值大于標準值1倍以上，即可判斷為設備存在異常;實測值達標準值約3.4倍，一般判斷為故障嚴重，必需停機修理。且垂直方向振值較水平方向明顯更大，可以判斷為高速級松動，因為高速級松動更容易造成此故障現象。為檢查、確認故障部位，針對故障確定檢查項目，對前封閉齒輪箱進行分解時，同步進行了相應的檢查。從分解檢查情況可以看出，軸承徑向游隙較大，高速軸不平衡量等級低，對前封閉齒輪箱振動影響較大，分析認為應該是造成該部位頻繁故障的主要因素。

4故障處理與改進

各種機器設備在運行中，都存在不同程度地振動，這是無法避免的機械運動共性。據來源于北京利眾專家的統計約有80%左右回轉設備振動故障來源于不平衡和不同軸。而要控制振動的最好方法就是增加阻尼，通過阻尼力來消耗振動能量，迫使振動衰減。根據以上各項檢查、測量及結果分析，采取以下故障處理方案：

4.1? 針對不平衡的改進

首先，針對不平衡進行處理。原設計圖紙技術要求動平衡許用不平衡量為1.6g？mm/kg，平衡精度等級介于G1與G2.5級之間，進十幾年來隨著工廠和國內機械行業整體工業水平的發展，結合設備實際工況，有必要提高動平衡精度等級。更改精度等級要求為G1級，即0.8g？mm/kg。

4.2? 針對高速級松動的改進

高速級松動是影響設備垂直方向振動的主要因素，高速級齒輪軸軸向定位依靠三點接觸球軸承，徑向定位依靠兩端各1套圓柱滾子軸承。從故障診斷時振動測試情況知道垂直方向振動最大。結合齒輪箱結構特性、安裝布局和齒輪嚙合特性，所以優先檢查和考慮徑向約束不夠，即圓柱滾子軸承徑向約束失效或失穩造成垂直方向振動。高速級齒輪軸示意如圖1所示：

滾動軸承運轉中的內部游隙的大小，對疲勞壽命、振動、噪聲、溫升等軸承性能影響很大。在實際運行過程中證明，軸承溫度及溫升控制，處在比較理想的情況下，增大軸承徑向游隙（此處只針對在此臺設備高速齒輪軸上所使用的圓柱滾子軸承，即無特殊要求下選用CN基本組別的游隙為50-85μm，增大游隙到C4組別105-140μm。

因為振動劇烈，使得與齒輪箱高速齒輪軸相連的高速扭矩傳感器、支承座等薄弱環節頻繁損壞，失效。面對這種情況，已經無法保證設備長時間正常運行，必須進行優化改進工作。之前軸承選用上雖然滿足了轉速參數的要求，但是其較大游隙組別造成了傳動鏈產生劇烈振動。必須保證同時兼顧與滿足轉速、振動幅值和溫升的共同要求。

查閱大量軸承資料及咨詢軸承方面的專家，確定選用執行標準GJB269-87/1的5D32118QT國軍標軸承，可保證在較小徑向游隙或徑向游隙為0情況下、工況溫度在120℃以下，軸承能長期正常運行。在實際處理上，選用軸承測量其徑向游隙均值為35μm，然后按圖紙裝配，調整。進行齒輪箱拖動試驗，其振值如表2：

5經驗總結

對比表1和表2，輸入端垂直最大振動值從15mm/s降低至3.6mm/s，振動值明顯減小趨于合理范圍，滿足技術要求。充分說明和印證振動振值大小與動平衡精度等級、軸承游隙組別大小的關系。

組裝調試后進行運行驗證，發現圓柱滾子軸承徑向游隙由140μm減小到35μm，軸承工作溫度由80℃上升到90℃。選用小徑向游隙組別的軸承時，工作溫度有所升高，驗證了軸承溫升和溫度與軸承游隙密切相關。結合此軸承參數，在90℃能夠滿足使用要求，但是考慮到設備各系統老舊，試驗環境較為惡劣，增強潤滑油的散熱能力，確保能長時間穩定工作。

經修復后的齒輪軸及前封閉齒輪箱，目前連續正常運行時間已達500小時，較修復之前無法長時間正常運轉改善非常明顯，運行時振動明顯降低，穩定性明顯增強。此改進的成功節約了大量設備保障的人力、物力和維修成本，提高了試車效率。同時，也為該臺設備后續的修理改進及其他類似設備同類故障的排除提供了大量的參考價值。

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