中介機(jī)匣典型故障排除及深度修理

王曉梅，馬 蕾

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，沈陽(yáng)110043）

0 引言

中介機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)承力系統(tǒng)主要部件，由外機(jī)匣、內(nèi)機(jī)匣、承力支板、分流環(huán)等組成。中介機(jī)匣與低壓壓氣機(jī)出口整流器、低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子后支點(diǎn)、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)、中央圓錐齒輪傳動(dòng)裝置等組件相鄰。柔性傳動(dòng)軸穿過(guò)1號(hào)支板，通過(guò)中介機(jī)匣組件的上部安裝座孔將中央圓錐齒輪傳動(dòng)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，完成發(fā)動(dòng)機(jī)工作動(dòng)力的傳輸工作；焊接在中介機(jī)匣12個(gè)支板上的分流環(huán)將通過(guò)低壓壓氣機(jī)來(lái)的空氣分成內(nèi)、外涵道2股氣流；中介機(jī)匣彈性環(huán)的輕微彎曲變形，依靠從裝有彈性環(huán)的腔中擠出油膜產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的抗振力，保證滾動(dòng)軸承的減震效果。中介機(jī)匣組件的結(jié)構(gòu)及功能決定其一旦發(fā)生故障即會(huì)造成極大危害。

本文對(duì)中介機(jī)匣組件修理中發(fā)生的幾種主要典型故障進(jìn)行分析研究，找出故障原因，制定排故措施及深度修理方法，提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全性。

1 中介機(jī)匣主要故障

航空發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣組件結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)故障統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致中介機(jī)匣需要修理或極易報(bào)廢的故障有以下幾方面：

（1）支板分流環(huán)裂紋、掉塊故障；

（2）上部襯套磨損故障；

（3）彈性環(huán)磨損故障；

（4）中介機(jī)匣同心度不合格。

圖1 中介機(jī)匣組件結(jié)構(gòu)位置

2 故障原因分析及修理方案制定

2.1 支板分流環(huán)裂紋和掉塊故障

中介機(jī)匣是發(fā)動(dòng)機(jī)承力系統(tǒng)的主要部件。支板與機(jī)匣共同承擔(dān)著中介機(jī)匣組件的承力，支板與分流環(huán)、支板與機(jī)匣間組合焊接為整體，機(jī)匣支板、分流環(huán)焊縫處裂紋、焊縫周邊的裂紋及位于機(jī)匣焊接焊縫處的伸展裂紋均是常見(jiàn)故障。一般性的裂紋可以經(jīng)打磨補(bǔ)焊排除，長(zhǎng)度超過(guò)30mm的裂紋，補(bǔ)焊修復(fù)后經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)附加試車考核合格的可繼續(xù)使用；裂紋發(fā)展至閉合則形成掉塊，對(duì)出現(xiàn)封閉發(fā)展趨勢(shì)的裂紋需要采取特殊排故措施。采用挖補(bǔ)補(bǔ)焊修理技術(shù)修復(fù)的某中介機(jī)匣分流環(huán)掉塊（故障范圍為130mm×62mm）故障的修理工藝實(shí)施步驟及要求如下：

（1）對(duì)故障中介機(jī)匣相關(guān)尺寸及配合端面進(jìn)行測(cè)量，積累數(shù)據(jù)供補(bǔ)焊后零件變形情況對(duì)比分析。

（2）打磨分流環(huán)掉塊處，使其圓滑轉(zhuǎn)接，著色檢查應(yīng)無(wú)殘余裂紋。

（3）從報(bào)廢中介機(jī)匣機(jī)件的相應(yīng)部位截取所需補(bǔ)片材料，修磨補(bǔ)片與缺口形狀相吻合。

（4）采用氬弧焊補(bǔ)焊修復(fù)，焊后機(jī)匣著色檢查和煤油滲透檢查應(yīng)無(wú)裂紋。

（5）對(duì)分流環(huán)補(bǔ)焊焊縫處進(jìn)行消除焊接應(yīng)力處理。

中介機(jī)匣支板與分流環(huán)上裂紋故障發(fā)生的幾率大、故障位置復(fù)雜且不穩(wěn)定，目前主要采取加強(qiáng)檢查，質(zhì)量監(jiān)控，保證裂紋故障修復(fù)合格率等控制措施。

2.2 上部襯套磨損故障

中介機(jī)匣的上部襯套安裝座位于發(fā)動(dòng)機(jī)最上部，連接中央圓錐齒輪傳動(dòng)裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣的柔性傳動(dòng)軸通過(guò)該襯套孔向外傳遞動(dòng)力形成與發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣的工作接口。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，附件機(jī)匣下部端蓋上的支承環(huán)襯套可自由伸縮套在中介機(jī)匣安裝座襯套內(nèi)，由于機(jī)件振動(dòng)及附件機(jī)匣支承環(huán)襯套沿垂直方向移動(dòng)導(dǎo)致中介機(jī)匣上部襯套磨損，磨損嚴(yán)重時(shí)將直接引起發(fā)動(dòng)機(jī)漏油和振動(dòng)。

中介機(jī)匣上部襯套有新、舊2種結(jié)構(gòu)。舊結(jié)構(gòu)的中介機(jī)匣上部襯套與中介機(jī)匣殼體焊為一體，不可拆分。發(fā)生襯套孔輕微磨損故障經(jīng)修磨后在保證配合要求下可繼續(xù)使用；襯套孔磨損超過(guò)0.3mm的則需重新制造新襯套，并將其壓裝、焊接在加工后的原加大襯套孔上，再按要求鏜加工出合格的襯套孔。該修理技術(shù)關(guān)鍵在于鏜孔加工應(yīng)保持原孔中心位置基本不變，如圖2所示。

圖2 舊結(jié)構(gòu)中介機(jī)匣壓裝襯套及組合加工

新結(jié)構(gòu)中介機(jī)匣上部襯套與中介機(jī)匣殼體通過(guò)螺栓裝配為一體，為可拆分結(jié)構(gòu)。其襯套孔磨損超過(guò)0.1mm時(shí)需更換新品襯套，更換襯套的注意事項(xiàng)如下：

（1）新品襯套為半成品，需將2個(gè)Φ=5.5mm的定位孔補(bǔ)加工至Φ=6.0mm。

（2）由于原臺(tái)襯套銷釘孔與中介機(jī)匣組合加工，每臺(tái)襯套的角向裝配位置都不一樣，修理時(shí)選擇組合加工方案，加大銷釘組別。經(jīng)組合鉆鉸孔，保證襯套的角向位置，以達(dá)到襯套的精準(zhǔn)安裝。

（3）經(jīng)試裝，選取能順利裝入多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝座的故障襯套，定做成模板襯套，如圖3所示。在3坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上對(duì)模板襯套的各孔座標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)量。依據(jù)模板襯套的坐標(biāo)點(diǎn)在座標(biāo)鏜床上按模板襯套的孔座標(biāo)加工新品襯套，保證襯套自由裝配。

圖3 新結(jié)構(gòu)中介機(jī)匣襯套加工

（4）依據(jù)模板襯套坐標(biāo)點(diǎn)，采用極坐標(biāo)定位，在中介機(jī)匣安裝座上加工出加大組別的銷釘孔，排除因組合加工導(dǎo)致原銷釘孔位置不穩(wěn)定性因素，減小加工難度，保證配件加工裝配質(zhì)量，降低修理成本。

2.3 軸承機(jī)匣和彈性環(huán)磨損故障

發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)位于中介機(jī)匣內(nèi)，承受高壓壓氣機(jī)的軸向載荷和徑向載荷。高壓壓氣機(jī)前支點(diǎn)包括軸承機(jī)匣、滾珠軸承、接觸式密封裝置等組件，裝于軸承機(jī)匣內(nèi)的彈性環(huán)依靠自身彈性及彎曲變形力，以及裝有彈性環(huán)的機(jī)匣腔中擠壓油膜所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子抗振力，保證滾動(dòng)軸承的減振效果。在返廠發(fā)動(dòng)機(jī)中，曾有多臺(tái)機(jī)件發(fā)生嚴(yán)重磨損和產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致彈性環(huán)乃至軸承機(jī)匣報(bào)廢的故障，如圖4所示。

圖4 軸承機(jī)匣、彈性環(huán)磨損位置

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，因轉(zhuǎn)、靜子不同心，高壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)是導(dǎo)致軸承機(jī)匣與彈性環(huán)磨損的主要原因。為節(jié)省修理成本，軸承機(jī)匣與彈性環(huán)發(fā)生磨損故障且磨損深度小于0.04mm的首先采用彈性環(huán)鍍銀方法修復(fù)；如彈性環(huán)磨損深度超過(guò)0.04mm，采用彈性環(huán)定位槽裝配位置相對(duì)中心線周向旋轉(zhuǎn)18°，重新加工新定位槽的修理方法。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命延長(zhǎng)，彈性環(huán)經(jīng)旋轉(zhuǎn)18°修理后所形成的工作面再次發(fā)生磨損故障，在不影響彈性環(huán)工作部位進(jìn)、回油功能前提下，通過(guò)改變定位銷的周向裝配位置，即在高壓壓氣機(jī)軸承機(jī)匣上將定位銷周向旋轉(zhuǎn)9°，在高壓軸承機(jī)匣有限的光滑表面上再次形成新工作面。該修理技術(shù)關(guān)鍵是處理好軸承機(jī)匣上原有銷釘孔的堵漏。原孔修理質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作腔內(nèi)滑油的泄漏。

由于軸承機(jī)匣為薄壁件，采用焊接方式堵孔導(dǎo)致機(jī)匣變形，對(duì)彈性支承的減振作用影響極大。經(jīng)試驗(yàn)，最佳方案是采用過(guò)盈銷釘裝配堵孔，通過(guò)擴(kuò)口方法修復(fù)原孔，可保證軸承機(jī)匣修理質(zhì)量的穩(wěn)定性，如圖5所示。

圖5 堵孔銷擴(kuò)口修理

2.4 中介機(jī)匣同心度不合格的位移調(diào)整

某型發(fā)動(dòng)機(jī)6大支點(diǎn)中有3個(gè)支點(diǎn)（即低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子后支點(diǎn)、低壓渦輪轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)和高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)）位于中介機(jī)匣內(nèi)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，對(duì)3個(gè)支點(diǎn)有明確的技術(shù)要求，即位于中介機(jī)匣組件內(nèi)的各支點(diǎn)間偏心量必須在0.08～0.10mm內(nèi)（中介機(jī)匣同心度的檢測(cè)要求）。由于受發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境、工作狀態(tài)及機(jī)件變形等多方面因素影響，大修發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣同心度不合格故障發(fā)生幾率很大，對(duì)此，中介機(jī)匣同心度是必檢項(xiàng)。

2.4.1 中介機(jī)匣同心度檢測(cè)技術(shù)要求

（1）低壓壓氣機(jī)軸承機(jī)匣B5面軸相對(duì)中介機(jī)匣軸Ч 在垂直下方的軸位移應(yīng)為：Y1-Y5軸，0.08～0.10mm，方向向下；Y3-Y7軸，不大于0.05mm。

（2）位于中央錐齒輪傳動(dòng)裝置機(jī)匣上的軸承外鋼圈跑道表面Л 相對(duì)中介機(jī)匣軸Ч 沿垂直軸位移應(yīng)在0.08～0.10mm內(nèi)。

當(dāng)實(shí)際測(cè)量值無(wú)法滿足上述2項(xiàng)技術(shù)條件中任1項(xiàng)要求時(shí)，需按如圖6、7所示的方式實(shí)施中介機(jī)匣同心度位移調(diào)整工作。

2.4.2 中介機(jī)匣同心度檢測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不合格的調(diào)整

（1）測(cè)量中介機(jī)匣各配合表面跳動(dòng)量超出允許值時(shí)，需先檢查中介機(jī)匣組件裝配的正確性，即分解中介機(jī)匣組件重新裝配、測(cè)量，排除人為因素所引起的裝配測(cè)量誤差。

（2）若裝配正確，需分下高壓壓氣機(jī)工藝軸承外鋼圈，測(cè)量軸承機(jī)匣T2面相對(duì)中介機(jī)匣Б1面的跳動(dòng)量應(yīng)不大于0.02mm，如圖8所示。

（3）當(dāng)軸承機(jī)匣T2面相對(duì)中介機(jī)匣Б1面的跳動(dòng)量過(guò)大時(shí)，需分解中介機(jī)匣，按如圖8所示的要求車削軸承機(jī)匣T2面。

圖6 中介機(jī)匣同心度測(cè)量點(diǎn)位置

圖7 中介機(jī)匣同心度測(cè)量位移方向

圖8 軸承機(jī)匣測(cè)量加工

2.4.3 通過(guò)調(diào)整中央錐齒輪傳動(dòng)機(jī)匣修正不同心度的位移排故要點(diǎn)

針對(duì)中央錐齒輪傳動(dòng)機(jī)匣的軸承外鋼圈跑道表面Л 跳動(dòng)量不合格故障（圖6），需分解中央錐齒輪傳動(dòng)裝置機(jī)匣和高壓軸承機(jī)匣，利用專用工具從中介機(jī)匣殼體上擠壓出中央錐齒輪傳動(dòng)裝置機(jī)匣的定位銷釘，對(duì)正零件上刻線，將高壓軸承機(jī)匣、中央錐齒輪傳動(dòng)機(jī)匣依次裝入中介機(jī)匣，使中央錐齒輪傳動(dòng)機(jī)匣與高壓軸承機(jī)匣、中介機(jī)匣的銷釘孔對(duì)齊，用工藝螺釘固定但不擰緊，在允許范圍內(nèi)適當(dāng)校正中央錐齒輪傳動(dòng)裝置機(jī)匣的裝配位置，輕微改變各機(jī)匣間局部裝配間隙，固定并組合鉸孔安裝加大組別的定位銷排除軸承外鋼圈的跳動(dòng)量，以達(dá)到修正支點(diǎn)同心度的跳動(dòng)值，滿足技術(shù)條件的要求。

2.4.4 通過(guò)移動(dòng)低壓軸承機(jī)匣修正不同心度的位移

當(dāng)發(fā)生低壓軸承機(jī)匣B5表面跳動(dòng)量不合格故障時(shí)（圖6），需分解低壓軸承機(jī)匣，利用專用工具從中介機(jī)匣安裝邊上拔下6個(gè)定位銷，在低壓軸承機(jī)匣垂直軸上方標(biāo)記線及原6個(gè)定位銷孔對(duì)正的前提下，將低壓軸承機(jī)匣安裝在中介機(jī)匣上，用工藝螺釘固定但不擰緊，適當(dāng)校正低壓軸承機(jī)匣的裝配位置，輕微調(diào)整機(jī)匣間局部裝配間隙，固定并組合鉸孔安裝加大組別的定位銷，排除低壓后支點(diǎn)軸承機(jī)匣表面跳動(dòng)量，以修正支點(diǎn)同心度的跳動(dòng)值，滿足技術(shù)要求。

2.4.5 長(zhǎng)定位銷的補(bǔ)充加工

為保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性，在中央錐齒輪傳動(dòng)裝置原惟一定位銷的對(duì)面（約180°位置）增加了第2個(gè)長(zhǎng)定位銷，因此，需增加對(duì)第2個(gè)長(zhǎng)定位銷的檢查及補(bǔ)加工工作。中介機(jī)匣內(nèi)沒(méi)有第2個(gè)長(zhǎng)定位銷的，必須進(jìn)行補(bǔ)加工。補(bǔ)加工工藝與中介機(jī)匣同心度不合格后位移修正過(guò)程中定位銷釘孔的組合加工相同。第2個(gè)定位銷孔的孔徑最小為為保證組件裝配質(zhì)量，備有不同組別的長(zhǎng)定位銷釘供選擇，分組別的定位銷直徑相差0.1mm，定位銷孔徑允許最大加工至Ф=7.3mm，每次孔徑的加工去除量最大為0.1mm。

2.4.6 影響中介機(jī)匣位移修正準(zhǔn)確實(shí)施的基準(zhǔn)

中介機(jī)匣同心度的檢測(cè)要求中介機(jī)匣與軸承機(jī)匣結(jié)合端面T2的跳動(dòng)量應(yīng)小于0.02mm，跳動(dòng)值超差嚴(yán)重的可車加工中介機(jī)匣與軸承機(jī)匣結(jié)合處的安裝邊，但必須保證機(jī)匣安裝邊厚度不小于4mm，車加工T2面后的安裝邊跳動(dòng)小于0.06mm，且允許安裝邊局部留有沒(méi)車削掉的痕跡（圖8）。

中介機(jī)匣同心度檢測(cè)不合格實(shí)施位移調(diào)整前，需檢查并保證滿足高壓軸承機(jī)匣外徑與中介機(jī)匣內(nèi)配合表面及中央錐齒輪傳動(dòng)裝置機(jī)匣外徑與高壓軸承機(jī)匣配合處的裝配間隙要求，這2處機(jī)匣裝配間隙是直接影響中介機(jī)匣位移修正準(zhǔn)確實(shí)施的關(guān)鍵因素。在公差范圍內(nèi)，對(duì)機(jī)匣的直接影響部位適當(dāng)補(bǔ)加工，可保證調(diào)整后中介機(jī)匣裝配基準(zhǔn)的穩(wěn)定性。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)修理難度不斷增加，多年來(lái)通過(guò)上述方案修理合格的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)份約占發(fā)動(dòng)機(jī)總量的1/4～1/3，特別是第2個(gè)長(zhǎng)定位銷相關(guān)結(jié)構(gòu)的技術(shù)改進(jìn)，在一段時(shí)期內(nèi)約有近半數(shù)返廠的發(fā)動(dòng)機(jī)都進(jìn)行了擴(kuò)鉸第2個(gè)長(zhǎng)定位銷孔的補(bǔ)充加工。

3 結(jié)論

（1）在中介機(jī)匣組件采用挖補(bǔ)補(bǔ)焊修復(fù)技術(shù)排除了分流環(huán)裂紋掉塊故障，采用極坐標(biāo)定位與制定模板襯套相結(jié)合的方法提高了新品襯套的加工精度，裝配過(guò)盈銷釘采用擴(kuò)口工藝保證零件的堵孔質(zhì)量等修理方案都經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)審，并通過(guò)工廠試車考核。

（2）修復(fù)后的中介機(jī)匣組件均裝機(jī)使用，發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)工作正常，驗(yàn)證了修理方案的合理性，表明修理后的狀態(tài)可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性要求。

（3）上述修理方案的實(shí)施，延長(zhǎng)了中介機(jī)匣組件的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了中介機(jī)匣自主修理，提高了中介機(jī)匣的利用率、降低了發(fā)動(dòng)機(jī)修理成本。

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