某型減速機(jī)構(gòu)打滑故障分析與排除

■ 張珊 姚軍軍 胡愈剛/空裝駐漢中地區(qū)軍事代表室

1 故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)著陸收放襟縫翼時(shí)出現(xiàn)“襟翼不對(duì)稱”故障，故障表現(xiàn)為扭力管有輸入角度，襟翼位置傳感器減速機(jī)構(gòu)不能按比例將扭力管輸入角度轉(zhuǎn)換并傳遞至角度傳感器。飛機(jī)著陸后，經(jīng)地面檢查，襟翼位置傳感器連接完好，在排除傳動(dòng)線系斷開、機(jī)械傳動(dòng)桿系失效可能后，更換襟翼位置傳感器，故障消失。襟翼位置傳感器由減速機(jī)構(gòu)與角度傳感器兩大部分組成，將減速機(jī)構(gòu)隨襟翼位置傳感器返廠排故，經(jīng)性能復(fù)試初步判定為減速機(jī)構(gòu)故障。

2 組成與原理

襟翼位置傳感器減速機(jī)構(gòu)由輸入花鍵、連接套、法蘭、中心輪、行星輪、柔輪、凸輪軸、輸出剛輪、輸出齒輪等零組件和擋圈、螺釘、深溝球軸承等標(biāo)準(zhǔn)件組成，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 襟翼位置傳感器減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

襟翼位置傳感器減速機(jī)構(gòu)內(nèi)部為機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用了行星傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)與消隙齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)方式，行星齒輪傳動(dòng)的主要作用為減速，諧波齒輪傳動(dòng)和消隙齒輪傳動(dòng)在起減速作用的同時(shí)，確保減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。三種傳動(dòng)方式組合后，將扭力管旋轉(zhuǎn)角度按比例精確傳遞至角度傳感器；各傳動(dòng)之間均采用過(guò)盈配合的連接方式來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)與扭矩。工作原理是：輸入花鍵與飛機(jī)扭力管連接，扭力管將旋轉(zhuǎn)角度通過(guò)連接套傳遞至中心輪（輸入花鍵與連接套、中心輪與連接套均為過(guò)盈連接），中心輪通過(guò)行星輪、內(nèi)齒圈將運(yùn)動(dòng)傳遞至行星架，行星架與凸輪軸過(guò)盈連接，凸輪軸作為諧波部分的輸入端將運(yùn)動(dòng)傳遞至輸出剛輪，輸出齒輪與輸出剛輪過(guò)盈連接，并與兩個(gè)消隙齒輪嚙合，最終將扭力管旋轉(zhuǎn)角度成比例傳遞至角度傳感器。

3 原因分析

通過(guò)分析減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理，故障件無(wú)法將輸入角度轉(zhuǎn)換并傳遞至角度傳感器，說(shuō)明其內(nèi)部出現(xiàn)了傳動(dòng)失效或連接失效，可能原因如下：

1）齒部損壞或有多余物，使嚙合部位出現(xiàn)卡滯、卡死等故障，導(dǎo)致齒輪傳動(dòng)失效；

2）過(guò)盈連接尺寸不能滿足要求，在非正常情況下配合面發(fā)生打滑，導(dǎo)致過(guò)盈連接失效。

4 故障排查與定位

4.1 多余物檢查及零件外觀確認(rèn)

在中心輪、連接套、內(nèi)齒圈、凸輪軸、柔輪等所有零部件、標(biāo)準(zhǔn)件表面未發(fā)現(xiàn)多余物；檢查油脂也未發(fā)現(xiàn)多余物；在放大鏡下檢查中心輪、行星輪、內(nèi)齒圈、固定剛輪、柔輪、輸出剛輪、輸出齒輪、消隙齒輪齒部，未發(fā)現(xiàn)齒部損傷、斷裂與非正常磨損。因此，排除齒輪傳動(dòng)失效導(dǎo)致減速機(jī)構(gòu)故障的可能性。

檢查各零組件外觀情況，發(fā)現(xiàn)連接套端面存在明顯摩擦與擠壓痕跡，表面鍍鋅層脫落（見圖2），同時(shí)安裝在連接套上的軸用擋圈端面存在擠壓痕跡（見圖3），安裝在法蘭上的孔用擋圈出現(xiàn)塑性變形（見圖4）。這表明故障減速機(jī)構(gòu)連接套端面受到了一定的外力，在外力作用下，用于連接套、軸承軸向限位的擋圈發(fā)生了擠壓與變形。

圖2 連接套

圖3 軸用擋圈

圖4 孔用擋圈

4.2 零件尺寸檢查

復(fù)核所有零件尺寸，發(fā)現(xiàn)除凸輪軸與行星架外，其余過(guò)盈連接孔、軸尺寸均符合圖紙要求。凸輪軸外圓尺寸滿足圖紙要求，而行星架孔尺寸為φ13.023 ～φ13.026mm，不符合圖紙要求的尺寸φ13。凸輪軸與行星架過(guò)盈連接的過(guò)盈量為-0.002 ～0.003mm，圖紙要求過(guò)盈量為0.009 ～0.030mm，過(guò)盈量不滿足圖紙要求。觀察零件外觀，凸輪軸與行星架過(guò)盈連接外圓、孔均存在輕微的環(huán)狀打滑摩擦痕跡，表明凸輪軸與行星架過(guò)盈連接出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象（見圖5、圖6）。

圖5 凸輪軸

圖6 行星架

4.3 故障定位

據(jù)此分析，該故障產(chǎn)生的原因?yàn)椋盒行羌芘c凸輪軸配合處過(guò)盈量較小，不滿足設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)要求過(guò)盈量為0.009 ～0.030mm，故障件實(shí)際過(guò)盈量為-0.002 ～0.003mm），使打滑力矩變小。在公差積累下，扭力管接觸并擠壓減速機(jī)構(gòu)連接套，使其內(nèi)部中心輪與凸輪軸端面摩擦，行星架與凸輪軸配合面連接處打滑，減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)失效。

5 改進(jìn)與預(yù)防措施

過(guò)盈連接是利用孔、軸零件間的過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的一種連接方式，在機(jī)械結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。減速機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作時(shí)主要是傳遞運(yùn)動(dòng)，各連接處實(shí)際承受扭矩較小可忽略不計(jì)，但過(guò)盈連接強(qiáng)度受配合面尺寸影響較大，可靠性需進(jìn)一步提升。因此，在加強(qiáng)制造質(zhì)量過(guò)程控制的同時(shí)，為提高過(guò)盈連接強(qiáng)度與可靠性、避免襟翼位置傳感器減速機(jī)構(gòu)輸入端受到直接外力，制訂了以下修復(fù)措施。

5.1 改進(jìn)措施

減速機(jī)構(gòu)各過(guò)盈連接處在原過(guò)盈配合基礎(chǔ)上，增加徑向圓柱銷。以輸入花鍵與連接套過(guò)盈連接為例（見圖7），在輸入花鍵過(guò)盈配合外圓處增加圓柱銷安裝孔，連接套端面增加2mm 寬的槽，裝配時(shí)先將圓柱銷壓入輸入花鍵，輸入花鍵壓入連接套后，圓柱銷將位于連接套槽內(nèi)。在非正常情況下，過(guò)盈配合失效后，圓柱銷仍能保證該連接處正常工作；即使圓柱銷被剪斷，因輸入花鍵臺(tái)階端面阻擋，圓柱銷也無(wú)法脫離連接套槽。該措施能夠有效避免因圓柱銷脫落形成多余物的隱患，在提升過(guò)盈連接可靠性的同時(shí)，保證了產(chǎn)品安全性。

圖7 過(guò)盈連接處加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

5.2 預(yù)防措施

為避免襟翼位置傳感器減速機(jī)構(gòu)輸入端受到直接外力，對(duì)連接套進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改。在連接套端面增加φ24、深1mm 的沉孔（見圖8），避免襟翼位置傳感器裝機(jī)后扭力管花鍵套端面與連接套端面發(fā)生接觸、擠壓。

圖8 連接套更改

6 結(jié)論

該型減速機(jī)構(gòu)將飛機(jī)扭力管旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換至傳感器，若內(nèi)部發(fā)生打滑，將直接影響飛行質(zhì)量。通過(guò)采取上述措施，減速機(jī)構(gòu)各過(guò)盈連接處的可靠性得到有效提升，消除了產(chǎn)品過(guò)盈連接在非正常情況下的打滑隱患。對(duì)已交付產(chǎn)品全部召回落實(shí)改進(jìn)預(yù)防措施，并舉一反三推廣至結(jié)構(gòu)形式相似的其他型號(hào)減速機(jī)構(gòu)，能有效避免同類打滑問題再次發(fā)生。本文提出的故障分析和排除方法對(duì)今后過(guò)盈連接的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等具有借鑒意義。