馬力

（海裝沈陽(yáng)局駐沈陽(yáng)地區(qū)第一軍事代表室，遼寧沈陽(yáng) 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(dòng)機(jī)長(zhǎng)試后分解時(shí)，發(fā)現(xiàn)中央齒輪箱組件從動(dòng)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(diǎn)滑油腔底部，如圖1所示。

圖1 故障件形貌

1.2 故障部位簡(jiǎn)介

發(fā)動(dòng)機(jī)中央齒輪箱裝配在中介機(jī)匣內(nèi)部，既是發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)，也是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和飛機(jī)附件、發(fā)動(dòng)機(jī)附件從發(fā)動(dòng)機(jī)提取功率的必要環(huán)節(jié)。

杯形鎖圈裝配在中央從動(dòng)錐齒輪軸的末端，其主要作用是對(duì)從動(dòng)錐齒輪的壓緊螺母進(jìn)行鎖緊，防止在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)螺母松脫。

2.故障排查

2.1 故檢測(cè)量情況

中央齒輪箱分解過(guò)程中，對(duì)從動(dòng)齒輪螺母的松脫力矩進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

對(duì)杯形鎖圈碎片進(jìn)行厚度測(cè)量，均為0.8mm。

分解后對(duì)中央齒輪箱零部件進(jìn)行故檢，除中央錐從動(dòng)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(jiàn)其底部的兩個(gè)插腳有順時(shí)針?lè)较虻淖冃?，但未?jiàn)裂紋。鎖片底部?jī)?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(kāi)裂13mm（B區(qū)），其余在側(cè)面開(kāi)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(gè)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(shí)形成的6處壓痕（正常鎖緊4個(gè)位置共形成8個(gè)壓痕），2處壓痕可能已開(kāi)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(jiàn)因鎖緊處開(kāi)裂導(dǎo)致前期疲勞開(kāi)裂特征，碎塊斷裂主要與底部先疲勞開(kāi)裂后分段斷裂有關(guān)[1]。

2.3 故障樹(shù)

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(rèn)為杯形鎖圈疲勞斷裂的故障原因，使用故障樹(shù)的方式進(jìn)行了工作梳理和工作安排，綜合考慮設(shè)計(jì)、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(shù)，共涉及底事件7項(xiàng)，如圖3所示。

圖3 杯形鎖圈破損故障樹(shù)

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(duì)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(shí)提高杯形鎖圈的強(qiáng)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(shí)有發(fā)生，可能與該處鎖緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理有關(guān)。

4.風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)機(jī)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(huì)發(fā)生松脫，會(huì)越轉(zhuǎn)越緊；另外，破碎的杯形鎖圈碎片均封閉在中介機(jī)匣的下部，回油口帶有滑油濾網(wǎng)，碎片不會(huì)進(jìn)入滑油管路，因此杯形鎖圈碎裂故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性不會(huì)產(chǎn)生影響[2]。

5.改進(jìn)措施

發(fā)動(dòng)機(jī)的中央齒輪箱結(jié)構(gòu)從動(dòng)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(wèn)題，優(yōu)化中央傳動(dòng)裝配結(jié)構(gòu)，降低小軸承內(nèi)圈壓緊結(jié)構(gòu)對(duì)該軸承使用的影響，確定了軸承鎖緊螺母改進(jìn)研究工作。參照CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)中央傳動(dòng)軸承螺母結(jié)構(gòu)形式，開(kāi)展嵌件自鎖螺母設(shè)計(jì)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(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)中央傳動(dòng)杯形鎖圈碎裂故障進(jìn)行研究。并進(jìn)行了質(zhì)量復(fù)查，查找工藝設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程缺陷。由故障樹(shù)分析，確定杯形鎖圈碎裂主要原因是疲勞斷裂。針對(duì)故障原因進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，經(jīng)分析杯形鎖圈碎裂故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性不會(huì)產(chǎn)生影響，給出了具體的改進(jìn)措施。