某型直升機(jī)航向操縱搖臂磨損故障分析與改進(jìn)

張朝武 任艷麗 王維

摘要：針對近年來某型直升機(jī)航向操縱系統(tǒng)裝用的操縱搖臂普遍發(fā)生同類磨損故障的情況，依據(jù)該型操縱搖臂工作原理、工作特性對故障產(chǎn)生原因進(jìn)行分析研究，提出降低故障率的改進(jìn)方法和建議，可作為航空維修企業(yè)排除該類故障的參考。

關(guān)鍵詞：操縱搖臂；磨損；改進(jìn)

Keywords：control rocker arm；wear；improvement

近年來，某型直升機(jī)裝用的航向操縱搖臂在使用過程中集中發(fā)生搖臂叉耳磨損故障，經(jīng)普查，該型航向操縱搖臂叉耳磨損的故障率約為78%，磨損深度約為0.5～1.2mm，嚴(yán)重影響了直升機(jī)飛行安全。

1 航向操縱搖臂簡介

2 搖臂工作原理

航向操縱搖臂通過2件軸承鉸接安裝于直升機(jī)尾斜梁的安裝支座上，拉桿1端頭裝配的E601066K3帶柄軸承和拉桿2端頭裝配的E601066K4帶柄軸承均通過HB1-106-6×28×3螺栓與航向操縱搖臂的兩個叉耳連接（見圖2）。

裝用該型航向操縱搖臂的直升機(jī)的航向操縱系統(tǒng)為混合結(jié)構(gòu)，主要包括腳蹬、操縱拉桿、操縱搖臂、操縱鋼索等零組件。此件航向操縱搖臂屬于直升機(jī)尾槳操縱線系中的一個零件，主要用于將拉桿1輸出的航向操縱載荷和操縱位移傳遞至拉桿2。當(dāng)拉桿1向前拉時，航向操縱搖臂帶動拉桿2向左極限方向轉(zhuǎn)動，當(dāng)拉桿1向后推時，航向操縱搖臂帶動拉桿2向右極限方向轉(zhuǎn)動。

3 故障分析

3.1 故障現(xiàn)象

航向操縱搖臂磨損時機(jī)普遍在900飛行小時后，磨損部位均為搖臂叉耳內(nèi)側(cè)（見圖3）。磨損凹槽共有3處，磨損深度從內(nèi)向外依次遞減，磨損痕跡與E601066K4帶柄軸承的軸承內(nèi)環(huán)、軸承端蓋、軸承外環(huán)吻合，磨損弧度與E601066K4帶柄軸承相對轉(zhuǎn)動角度一致。

將航向操縱搖臂叉耳磨損部位局部放大，可見磨損形成的凹坑1深度均勻、寬度一致，而磨損形成的凹坑2和凹坑3則中間深兩端淺、中間寬兩端窄（見圖4）。

3.2 原因分析

依據(jù)故障現(xiàn)象，可確定該型航向操縱搖臂叉耳磨損故障系E601066K4帶柄軸承沿HB1-106-6×28×3螺栓回轉(zhuǎn)運(yùn)動時軸承內(nèi)環(huán)、軸承端蓋、軸承外環(huán)與搖臂叉耳內(nèi)側(cè)表面碰磨造成的。磨損起源于叉耳與軸承內(nèi)環(huán)接觸面，隨著軸承內(nèi)環(huán)對叉耳磨損量逐漸遞增，逐步擴(kuò)展至軸承端蓋與叉耳碰磨，再到軸承外環(huán)與叉耳碰磨。

進(jìn)一步分析認(rèn)為，E601066K4帶柄軸承的拉桿2通過螺栓與直升機(jī)尾助力器鉸接相連，直升機(jī)尾槳葉高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的高頻振動通過尾助力器直接傳遞至拉桿2，導(dǎo)致拉桿2的安裝頻率靠近直升機(jī)尾槳激勵頻率，使得E601066K4帶柄軸承承受了過大的振動載荷；在共振作用下E601066K4帶柄軸承內(nèi)環(huán)與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生微動磨損。E601066K4帶柄軸承內(nèi)環(huán)原材料為軸承鋼，航向操縱搖臂的原材料為鍛鋁LD10，因硬鋁的耐磨性低于軸承鋼，導(dǎo)致航向操縱搖臂叉耳逐漸形成磨損凹坑1。隨著凹坑1的磨損深度逐漸遞增，逐步擴(kuò)展至軸承端蓋與叉耳碰磨，再到軸承外環(huán)與叉耳碰磨，形成了磨損凹坑2和凹坑3。

3.3 工作特性分析

直升機(jī)進(jìn)行航向操縱時，航向操縱搖臂隨拉桿1的操縱位移沿安裝支座往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時，軸承內(nèi)環(huán)與搖臂叉耳保持相對固定，軸承端蓋、軸承外環(huán)則與搖臂叉耳保持相對轉(zhuǎn)動。E601066K4帶柄軸承在使用過程中軸承滾珠、軸承內(nèi)環(huán)、軸承外環(huán)三者均存在正常損耗，隨使用時間增加正常損耗逐漸累積，由此導(dǎo)致軸承逐漸產(chǎn)生軸向游隙，并導(dǎo)致偏心角α超過規(guī)定值，在此情況下則會導(dǎo)致E601066K4帶柄軸承的端蓋和外環(huán)與搖臂叉耳碰磨。

依據(jù)航向操縱搖臂叉耳設(shè)計(jì)尺寸和帶柄軸承實(shí)測外形尺寸進(jìn)行分析，得出若帶柄軸承在使用過程中因正常損耗導(dǎo)致偏心角超過9.5°，則會導(dǎo)致軸承端蓋與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生碰磨，若偏心角超過11°，則會導(dǎo)致軸承外環(huán)與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生碰磨（見圖7）。

3.4 小結(jié)

根據(jù)上述分析，確定航向操縱搖臂叉耳磨損故障原因如下：

1）在共振作用下E601066K4帶柄軸承內(nèi)環(huán)與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生微動磨損，隨磨損深度逐漸遞增，逐步擴(kuò)展至軸承端蓋與叉耳碰磨，再到軸承外環(huán)與叉耳碰磨。

2）E601066K4帶柄軸承在使用過程中因正常損耗逐漸累積，導(dǎo)致偏心角α超過規(guī)定值9°，最終導(dǎo)致E601066K4帶柄軸承的端蓋和外環(huán)與搖臂叉耳碰磨。

4 改進(jìn)措施

為降低航向操縱搖臂磨損故障率，可采取如下措施：

1）優(yōu)化拉桿2的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使拉桿2的安裝頻率偏離直升機(jī)尾槳激勵頻率。

2）增加E601066K4帶柄軸承偏心角α檢查技術(shù)要求，超過9°則更換新件。

3）優(yōu)化航向操縱搖臂叉耳設(shè)計(jì)，叉耳開槽寬度增加至16mm，原螺栓安裝孔設(shè)計(jì)為鑲嵌鋼襯套結(jié)構(gòu)（見圖8）。

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作者簡介

張朝武，技術(shù)員，主要從事直升機(jī)操縱附件修理及故障研究。

任艷麗，部附件專業(yè)總師，主要從事直升機(jī)部附件修理及故障研究。

王維，修理工，主要從事直升機(jī)操縱附件修理及故障排除。