自由行程離合器主動軸滾子平臺磨損修復工藝技術研究

■ 孫歡歡 卓偉偉 張啟濤 張班班/南京航空航天大學 國營錦江機器廠

0 引言

自由行程離合器廣泛用于俄制直升機主減速器，屬于主減速器的關鍵核心零部件，該類型離合器由離合器主動軸、離合器從動軸、離合器滾子、離合器保持架、離合器彈簧和軸承等零件組成。離合器主動軸作為主減速器上實現功率輸入功能的重要零件，其滾子平臺的技術狀態直接影響離合器滾子與離合器從動軸安裝孔的嚙合質量，進而影響關聯零組件的均布受力情況，嚴重時會導致離合器受損失效。在主減速器修理過程中，發現離合器主動軸滾子平臺在使用一個翻修期后出現磨損，嚴重時甚至超出技術標準的規定。為確保離合器在正常工作狀態下的可靠性，在修理手段和技術能力不斷拓展和加強的基礎上，通過開展主動軸滾子平臺精修嚴控工藝技術研究，使其重要尺寸參數恢復并滿足嚴苛的技術控制要求，從而實現產品的快速修復并投入使用，既能節約修理成本又保證修理周期，最大限度地挖掘零件使用價值，體現修理的核心價值。

1 產品結構組成及工作原理

圖1所示為滾棒式自由行程離合器結構示意圖，離合器主動軸通過自身楔形滾子平臺與離合器滾子、離合器保持架、離合器彈簧、離合器撥桿及卡圈配合，安裝于離合器從動軸安裝孔內，在工作過程中根據主、從動軸的相對轉速實現接通與脫開功能。離合器工作示意圖如圖2所示，圖2a）為接通時離合器滾子與主、從動軸的嚙合狀態，圖2b）為脫開時離合器滾子與主、從動軸的嚙合狀態。當離合器主動軸沿工作旋轉方向轉動時，轉速大于從動軸轉速，16個離合器滾子向16個滾子平臺的高點移動，與從動軸安裝孔撐緊嚙合，從而實現接通功能；當從動軸轉速大于主動軸時，16個離合器滾子會被推向16個滾子平臺的低點，從而實現脫開功能。因此，離合器主動軸上各滾子平臺的均布受力是離合器保持理想工作狀態的關鍵因素，各滾子平臺的分度位置及距中心軸線的距離需保持高度一致才能確保達到均衡受力的理想狀態，否則會影響主動軸、滾子及從動軸的均布受力情況，最終導致離合器因局部過載產生故障損傷。在離合器主動軸滾子平臺修理過程中，要控制好平臺的分度位置、距中軸線距離和距中軸線距離互差等尺寸要求，使其最終滿足嚴苛的修理技術標準，這是該項修理工藝研究的關鍵。

圖1 滾棒式自由行程離合器結構示意圖

圖2 滾棒式自由行程離合器工作示意圖

離合器主動軸的結構如圖3所示，按照要求，離合器主動軸上16個滾子平臺與離合器主動軸中心軸線的標準距離為44.85+0.005-0.010mm，修理時允許的最大修理極限尺寸為44.70mm，實際修理過程中以消除該處磨損為準。同時，還要保證同一主動軸上16處平臺距中心軸線距離尺寸互差控制在0.01mm以內，且每處平臺的分度位置相對于中心軸線不大于2′，平臺修磨后表面粗糙度不大于Ra0.32μm。為統籌控制單軸16個滾子平臺技術狀態的一致性，修前需對比和評估16個平臺的磨損狀態，選擇磨損最深的平臺作為磨修基準平臺，綜合對照后開展平臺修理，更利于快速高效地將主動軸磨修至規定技術狀態。

圖3 離合器主動軸結構示意圖

2 修復工藝技術

2.1 設備器具校驗

為了確保離合器主動軸磨修與測量的精準性，磨修前需對高精度磨床、萬能分度頭、夾具、尾座頂尖等設備器具進行校驗。如圖4所示，在高精度磨床上安裝萬能分度頭，在萬能分度頭上安裝專用的檢驗芯棒，利用檢驗芯棒對萬能分度頭的安裝位置進行校準和檢測，確認分度頭主軸軸線與磨床工作臺縱向移動的平行度不大于0.001mm。通過測量檢驗芯棒在a、b兩處的徑向跳動量不大于0.001mm，來確認萬能分度頭轉動時的主軸軸線的徑向跳動不大于0.001mm。在機床工作臺上安裝尾座，用尾座頂尖裝夾檢驗芯棒，重復上述校準和檢測內容，進一步確認分度頭主軸軸線與工作臺縱向移動的平行度和徑向跳動。綜合上述校準和檢測操作，能夠確保機床、萬能分度頭、夾具、尾座頂尖等設備器具的安裝位置精度滿足離合器主動軸磨修與測量的精準性要求。

圖4 設備器具校驗工作示意圖

2.2 產品安裝校驗

如圖5所示，設備器具校驗合格后，拆下檢驗芯棒，通過分度頭夾具將離合器主動軸裝夾至萬能分度頭上，并用尾座頂尖頂緊另一端，保證離合器主動軸安裝牢固可靠。校準和檢測離合器主動軸A、B軸頸徑向跳動量不大于0.001mm，同步校準和檢測離合器主動軸滾子平臺的縱向和橫向平行度不大于0.005mm，并以離合器主動軸為中心依次轉動22.5°，確認16個滾子平臺的分度誤差是否大于2′，根據檢查情況對待磨修的離合器主動軸平臺位置進行角度修正和調整。如果滾子平臺的分度誤差不大于2′，直接進行磨修；如果滾子平臺的分度誤差大于2′，選取分度誤差最大的滾子平臺所在位置作為起始修理位置，進行磨修。由于選取位置度最差的平面開展磨修，更有利于確定磨修基準，綜合考量關聯的16個平臺的磨修深度，可以確保產品快速高效磨修至合格的技術狀態。

圖5 產品安裝校驗工作示意圖

2.3 磨修工藝控制

磨修前試運轉高精度磨床，檢查并確認高精度磨床工作狀況良好。為有效控制磨修時砂輪損耗帶來的加工誤差，按砂輪線速度32m/s、縱向進給量3～5m/min、進刀量不大于0.005mm的要求對砂輪工作狀態進行修正和控制。調整高精度磨床工作臺移動速度至0.1m/min左右，控制每次磨削時的進刀量不大于0.005mm。先對滾子平臺進行粗磨，每粗磨完一個滾子平臺后轉動萬能分度頭，依次對其余滾子平臺進行粗磨。粗磨一輪后，檢查16個滾子平臺的分度誤差和距中軸線距離是否滿足預先設定的粗磨標準（粗磨標準：16個滾子平臺的分度誤差不大于2′，滾子平臺的壓痕深度不大于0.005mm，滾子平臺至主動軸的軸線的距離不小于44.75mm）。如果滿足粗磨標準，轉精磨工序，否則繼續對滾子平臺進行下一輪粗磨，直至滿足粗磨標準為止。轉入精磨工序后，同樣需確保平臺精磨完成后滿足預先設定的精磨標準（精磨標準：滾子平臺至主動軸的軸線的距離不小于44.70mm、16個滾子平臺至主動軸的軸線距離互差不大于0.01mm、分度誤差不大于2′、平面粗糙度不大于Ra0.32μm）。

2.4 修后產品處理

修理完成后，為確保產品幾何尺寸和組織性能的穩定性，將離合器主動軸從高精度磨床上取下進行回火處理。將離合器主動軸放入電烘箱中加熱至130℃～150℃，關閉電烘箱電源，隨爐冷卻3～4h，將離合器主動軸從電烘箱中取出，在空氣中自然冷卻后轉入探傷工序，無損探傷確認產品應無任何損傷缺陷。

2.5 平臺尺寸復測

利用航空洗滌劑將離合器主動軸清洗干凈。在大理石平臺上安裝V型架，將V型架調整至合適高度。將磨修后的離合器主動軸安放到V型架上，用杠桿千分表進行測量前的粗校。在高度測量儀上安裝測量架和測頭。開啟高度測量儀控制面板開關，用標準校驗規對測頭大小進行校驗。對測頭進行2～3次重復校驗，檢查校驗數據的重復性應符合正態分布規律。移動高度測量儀至待測量離合器主動軸平臺處，以該處平臺表面為基準點進行校“0”。測量離合器主動軸待測量平臺在圓周方向上的平行度，對圓周水平位置進行校正，要求最高點和最低點相差不大于0.5μm。測量離合器主動軸軸頸A與軸頸B處軸線的平行度，相差不大于0.5μm。再次測量離合器主動軸待測量平臺在圓周方向上的水平度，相差不大于0.5μm。以離合器主動軸軸頸A中心線為基準點進行校“0”。測量離合器主動軸平臺至軸中心線距離（測量平臺4處對角，記錄數據范圍，取工作位置平均值），記錄測量數據。檢查測量數據，互差應不大于0.005mm。完成其余15個平臺的測量。檢查測量數據，16個平臺尺寸應在規定范圍內（≥44.70mm），且互差不大于0.01mm。

3 總結

主減速器自由行程離合器主動軸滾子平臺的磨損修復技術，關鍵在于平臺的磨修工藝控制和平臺位置度的同步監測，需要細致、周密地開展修復實施工作，尤其需要重點識別和控制磨修基準面的確定和磨修裕度，最終做好產品關鍵性能參數的把控，確保離合器達到裝機使用性能要求。