某型發(fā)動機中央傳動杯形鎖圈碎裂故障研究

馬力

（海裝沈陽局駐沈陽地區(qū)第一軍事代表室，遼寧沈陽 110034）

1.故障現(xiàn)象描述

1.1 故障描述

2019年10月29日，某型發(fā)動機長試后分解時，發(fā)現(xiàn)中央齒輪箱組件從動齒輪壓緊螺母鎖緊用的杯形鎖圈碎裂。共碎裂成18塊碎塊散落在中支點滑油腔底部，如圖1所示。

圖1 故障件形貌

1.2 故障部位簡介

發(fā)動機中央齒輪箱裝配在中介機匣內(nèi)部，既是發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子前支點，也是發(fā)動機起動和飛機附件、發(fā)動機附件從發(fā)動機提取功率的必要環(huán)節(jié)。

杯形鎖圈裝配在中央從動錐齒輪軸的末端，其主要作用是對從動錐齒輪的壓緊螺母進行鎖緊，防止在發(fā)動機工作時螺母松脫。

2.故障排查

2.1 故檢測量情況

中央齒輪箱分解過程中，對從動齒輪螺母的松脫力矩進行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

對杯形鎖圈碎片進行厚度測量，均為0.8mm。

分解后對中央齒輪箱零部件進行故檢，除中央錐從動噴嘴附近殼體有刮磨痕跡外，其余未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 理化分析

觀察鎖片底部殘環(huán)，可見其底部的兩個插腳有順時針方向的變形，但未見裂紋。鎖片底部內(nèi)外兩端面都有均勻的磨亮的壓痕圈，其中內(nèi)端面磨痕呈棕紅色。鎖片沿磨痕邊緣大約斷裂17mm（A區(qū)），在底部平面另外開裂13mm（B區(qū)），其余在側(cè)面開裂，如圖2所示。

圖2 鎖片底部殘環(huán)形貌（內(nèi)端面和外端面兩個方向）

側(cè)面碎塊大小不一，表面碰磨痕跡明顯，有明顯的從內(nèi)向外翻轉(zhuǎn)變形形貌。經(jīng)放大后可以看出，在內(nèi)側(cè)可觀察到疑似鎖緊時形成的6處壓痕（正常鎖緊4個位置共形成8個壓痕），2處壓痕可能已開裂。

選取杯形鎖片其中一片碎片解剖觀察表面的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)表面有約0.005mm的晶間。

理化結(jié)論：

（1）杯形鎖圈斷裂為疲勞斷裂，疲勞起始于底部壓痕邊緣；

（2）碎塊立面未見因鎖緊處開裂導致前期疲勞開裂特征，碎塊斷裂主要與底部先疲勞開裂后分段斷裂有關[1]。

2.3 故障樹

根據(jù)理化分析的結(jié)論，杯形鎖圈的斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂。確認為杯形鎖圈疲勞斷裂的故障原因，使用故障樹的方式進行了工作梳理和工作安排，綜合考慮設計、加工、裝配、使用等多方面因素，列出杯形鎖圈疲勞斷裂故障樹，共涉及底事件7項，如圖3所示。

圖3 杯形鎖圈破損故障樹

3.故障原因分析

綜上所述，杯形鎖圈碎裂主要原因是疲勞斷裂。

針對杯形鎖圈早期疲勞斷裂的原因，制定了更換杯形鎖圈材料（保證鎖圈具有較好的延展率和彎曲性能的同時提高杯形鎖圈的強度）、優(yōu)化壓緊螺母鎖緊槽結(jié)構(gòu)、規(guī)范鎖緊方式等一系列措施后，故障仍未徹底排除，時有發(fā)生，可能與該處鎖緊結(jié)構(gòu)設計不合理有關。

4.風險分析

根據(jù)歷次故障現(xiàn)象及原因分析可知，杯形鎖圈碎裂均在返廠分解檢查發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生后，軸承固定螺母鎖緊效果未失效，未影響發(fā)動機正常使用，從螺母的角度分析，螺母鎖緊方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，在杯形鎖圈失效的情況下，螺母不會發(fā)生松脫，會越轉(zhuǎn)越緊；另外，破碎的杯形鎖圈碎片均封閉在中介機匣的下部，回油口帶有滑油濾網(wǎng)，碎片不會進入滑油管路，因此杯形鎖圈碎裂故障對發(fā)動機的安全性不會產(chǎn)生影響[2]。

5.改進措施

發(fā)動機的中央齒輪箱結(jié)構(gòu)從動錐齒輪軸端均采用了壓緊螺母和杯形鎖圈結(jié)構(gòu)，在使用中多次發(fā)生杯形鎖圈碎裂故障和小軸承失效故障。為解決杯形鎖圈碎裂問題，優(yōu)化中央傳動裝配結(jié)構(gòu)，降低小軸承內(nèi)圈壓緊結(jié)構(gòu)對該軸承使用的影響，確定了軸承鎖緊螺母改進研究工作。參照CFM56發(fā)動機中央傳動軸承螺母結(jié)構(gòu)形式，開展嵌件自鎖螺母設計研究工作，在螺母中增加非金屬自鎖襯套，取消杯形鎖圈，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 嵌件自鎖螺母安裝結(jié)構(gòu)示意圖

6.總結(jié)

本文對某型發(fā)動機中央傳動杯形鎖圈碎裂故障進行研究。并進行了質(zhì)量復查，查找工藝設計和裝配過程缺陷。由故障樹分析，確定杯形鎖圈碎裂主要原因是疲勞斷裂。針對故障原因進行了風險分析，經(jīng)分析杯形鎖圈碎裂故障對發(fā)動機的安全性不會產(chǎn)生影響，給出了具體的改進措施。