AE300發動機齒輪箱故障和維修技術淺析

曾仁維

摘要：根據AE300發動機齒輪箱的作用和結構對齒輪箱典型故障進行了闡述和原因分析，并對齒輪箱的維修技術做了簡要介紹。

關鍵詞：AE300發動機;齒輪箱;故障;維修技術

0 ? ?引言

國內通用航空領域，用于飛行訓練的初中教機鉆石DA40NG和DA42NG飛機機隊規模在不斷擴大，飛行小時數不斷攀升，因而作為飛機心臟的AE300型發動機的可靠性和安全性顯得尤為重要。其中連接發動機和螺旋槳的齒輪箱在降低發動機轉速和傳遞扭矩的過程中有著重要作用。國內目前還沒有能力對故障齒輪箱進行修理，只能通過送修或置換的方式保障發動機的正常運行。本文通過對齒輪箱故障的判斷與分析，簡要介紹了齒輪箱的修理技術，以供參考。

1 ? ?齒輪箱的作用和結構[1]

AE300發動機作為一款四缸直列式的水冷渦輪增壓航空活塞發動機，與我院現使用的萊康明和大陸發動機最大的區別就是配有減速齒輪箱。這款齒輪箱按螺旋槳軸與發動機曲軸軸線的相對位置來分屬于偏位式齒輪箱，按輪系來分屬于定軸式齒輪箱。螺旋槳轉速過高會導致效率大大降低，而齒輪箱能夠將發動機曲軸的轉速降低后傳遞到螺旋槳上，經過減速后發動機和螺旋槳能夠很好地匹配，從而具備良好的燃油經濟性。

AE300發動機齒輪箱擁有三級傳動機構，分別是輸入軸齒輪、中間軸齒輪和輸出軸齒輪，這些齒輪都是斜齒輪。發動機的曲軸與輸入軸通過花鍵連接，輸入軸齒輪與中間軸齒輪相連，中間軸齒輪再與螺旋槳軸齒輪相連。這種三級傳動機構不僅能起到減速的作用，還能在地面螺旋槳撞擊時通過齒輪箱中的中間軸齒輪的緩沖大大減少作用于發動機曲軸上的沖擊載荷，達到保護發動機的目的。齒輪箱中還有完整的潤滑系統，通過機械齒輪泵將潤滑油輸送到各個零部件，減少零部件的磨損與過熱。

如圖1所示，AE300發動機齒輪箱主要可以分成兩個部分：齒輪箱殼體和齒輪箱蓋板。齒輪箱殼體與發動機通過離合片相連。齒輪箱殼體內裝配有與離合片相連的輸入軸齒輪、中間過渡的中間軸齒輪、螺旋槳軸軸承、調速器齒輪軸軸承以及完整的潤滑系統。潤滑系統的核心是滑油泵、驅動齒輪、油濾和油路。潤滑油被滑油泵由吸油管從齒輪箱底部吸上來，通過齒輪泵后增壓輸入到殼體中的滑油路供給各個運動部件，比如各個軸承。齒輪齒面的潤滑是通過輸入軸齒輪旋轉時將浸沒齒輪的潤滑油甩起來潑濺到與之連接的齒輪上，再通過齒輪間的接觸、轉動潤滑到各個齒面。齒輪箱殼體上還有安全活門、放油磁性堵頭、通氣管、溫度傳感器等零部件，還可以外接散熱器、調速器。齒輪箱蓋內裝配有螺旋槳軸和齒輪、調速器驅動軸軸承和齒輪。把齒輪箱殼體和齒輪箱蓋合在一起后，螺旋槳軸齒輪可以帶動滑油泵齒輪運轉工作。

2 ? ?齒輪箱的故障分析

2.1 ? ?齒輪箱滲漏滑油

齒輪箱安裝到發動機上時，潤滑油通過加油口蓋加入到齒輪箱內腔，由于重力匯聚到齒輪箱底部，形成重力油池。如果發現齒輪箱某個位置有滑油滲漏的痕跡，首先需要判斷滑油滲漏的確切位置，由于螺旋槳在旋轉過程中會在其后方也就是齒輪箱和發動機的方向產生巨大的風力，能將滲漏的液體向后吹，所以在查找潤滑油滲漏點時一定要從后往前不放過任何一個可能性。找到滑油滲漏的確切位置后，要從結構上分析該處滲漏點可能有潤滑油途徑的位置，然后一一排除。從齒輪箱的整體結構來分析，螺旋槳軸損傷或密封圈磨損、齒輪箱殼體或蓋板密封面損傷、O型密封圈損傷、堵頭密封不嚴等都有相當大的可能性造成潤滑油滲漏。

2.2 ? ?磁性放油堵頭上有金屬堆積

齒輪箱中的傳動齒輪是通過硬連接的方式傳遞扭矩的，即使在正常潤滑情況下也會產生磨損，但是正常磨損不會造成金屬屑堆積或出現較大的金屬塊。齒輪箱中承受載荷的主要部件是輸入軸齒輪、中間軸齒輪以及螺旋槳軸齒輪，這些部件理論設計載荷是超過正常工作的最大載荷的，正常情況下是不會出現異常損傷產生較大金屬顆粒或金屬塊的。但如果齒輪箱工作不正常，比如齒輪箱溫度過高，潤滑效果不好，就會使齒輪齒面強度降低，漸開線接觸位置產生熱應力，最終使齒輪出現齒面點蝕、剝落、齒頂斷裂等損傷，還會使高速旋轉的軸承出現過度磨損，從而縮短軸承中旋轉部件的使用壽命。過度磨損把會產生金屬屑，從零部件上脫落的金屬塊和金屬屑最后掉落到齒輪箱底部吸附在磁性堵頭上產生金屬堆積。

2.3 ? ?齒輪箱溫度高

滑油量偏低，對零部件的潤滑和冷卻不夠;金屬部件的異常磨損;零部件之間的工作間隙偏小，散熱效果不良;軸承安裝不到位產生異常磨損等都可能造成齒輪箱溫度過高。齒輪箱溫度過高能反映出旋轉的齒輪溫度過高，長時間在高溫的狀態下工作，必然會造成齒輪與軸承的異常磨損，導致齒輪箱的壽命縮短，引發飛行不安全事件。

3 ? ?齒輪箱修理的一般程序[1]

由于絕大多數故障在不分開齒輪箱的情況下并不能被排除，因此如何對齒輪箱進行修理以排除故障就顯得尤為重要。

3.1 ? ?分解齒輪箱

對需要修理的齒輪箱進行分解，將整個齒輪分解成一件件單個的零件。首先，拆卸通氣活門、加油口蓋、油濾蓋上的保險，拆卸溫度傳感器（有的傳感器在油濾蓋上，有的在油濾蓋側面），拆卸調速器輸入軸的卡環和襯套。

分解拆卸齒輪箱蓋，先拆掉齒輪箱的蓋板螺釘，將殼體與蓋板分開，露出齒輪箱中的齒輪等零部件。分解齒輪箱蓋板，先拆掉卡環和保持鎖環，然后再拆下螺旋槳軸軸承內圈，取下螺旋槳軸上的墊片，同時拆下螺旋槳軸齒輪和調速器齒輪、調速器齒輪軸承內圈。之后拆卸螺旋槳軸大螺帽、調速器齒輪前軸承卡環、螺旋槳軸軸承蓋螺釘和調速器齒輪前軸承。最后取下螺旋槳軸和螺旋槳軸密封圈。