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摘要：航空发动机是现代航空业发展的基石，也是一个国家工业实力的重要体现。现代中国航空产业进入了高速发展期，航空产业的快速发展急需大量的航空发动机。航空发动机结构复杂、制造难度大，在航空发动机的结构中广泛采用双转子与中介轴承所组成的结构方案，用以实现提高航空发动机推重比并降低航空发动机自重。基于此，本文主要探析了航空发动机机械磨损的故障。
关键词：航空发动机；机械磨损；故障
引言
发动机附件机匣用于安装并带动各飞机、发动机附件，起动状态时将起动扭矩传递至发动机高压转子，工作状态时从发动机高压转子提取动力，驱动各飞机、发动机附件。附件机匣内的中心传动锥齿轮是动力传输的枢纽，一旦失效将造成整个传动系统功能丧失，飞行任务中断。
1、航空发动机机械磨损原理
航空发动机的轴承和齿轮最容易发生机械磨损，本文以航空发动机轴承为例来研究机械磨损的过程。发动机轴承的高度运转会使轴承内部零件的表面产生摩擦，进而减少零件表面的弹性。具体来说，航空发动机轴承机械磨损主要分为以下三个阶段。首先，磨合阶段。磨合阶段的轴承内部零件表面接触面积较小并且表面比较粗糙，机械磨损较快。而随着机械磨损的加深，轴承零件的接触面积越来越大，机械磨损进入稳定磨损阶段。在这一阶段，轴承的磨损率和耐磨寿命都比较稳定，如果使用合适的润滑油能有效减少机械磨损故障，延长轴承的使用寿命。之后，轴承机械磨损进入剧烈磨损阶段。这一阶段的磨损速度很快，磨损故障率大幅度提升，严重降低了轴承结构的精度和轴承的功能。并且，机械磨损会导致轴承温度上升，进而产生振动和噪声，直至轴承零件失效。
2、航空发动机机械磨损出现的故障
2.1、磨蚀
这里说的磨蚀主要指机匣上曲轴轴承安中孔支撑平台贴合面的微振磨蚀，经验表明莱康明发动机通常在使用4000小时后通常会出现这种磨蚀。磨蚀是莱康明发动机机匣出现最多的故障，其在所有机匣故障中占比高达百分之八十左右。磨蚀形成的原因是：莱康明发动机机匣是曲轴和汽缸的安装基座，工作时汽缸中的燃气压力和活塞连杆组件的往复惯性力的反作用力导致两半机匣受到分开和结合的高频载荷，此高频载荷引起机匣贯穿螺栓产生轻微的弹性变形，高频载荷和贯穿螺栓所产生联结力的交替作用导致两半机匣发生相互的轻微振动，这种相互间的轻微振动导致机匣结合面产生高频的脉动接触应力，脉动接触应力引起机匣贴合面发生接触疲劳和磨损而产生磨蚀坑点。
2.2、航空发动机中介轴承断裂故障
在对航空发动机中介轴承进行宏观、金相以及电镜检测后，可以判定航空发动机中介轴承裂痕是由于航空发动机中介轴承安装缺陷所导致的。从宏观分析与电镜检测中发现，航空发动机中介轴承外套圈裂痕与失效主要集中在航空发动机中介轴承外套圈滚道剥落与轴向裂纹，滚道剥落是由于金属疲劳所产生的，而轴向裂纹主要为疲劳断裂所导致的金属裂纹。电镜观测到航空发动机中介轴承轴向裂纹起始于航空发动机中介轴承外套圈滚道剥落坑，裂纹在外力的作用下持续沿轴向扩展，并最终导致航空发动机中介轴承外套圈形成了轴向断裂。造成航空发动机中介轴承疲劳性损坏的原因众多，对航空发动机中介轴承各项参数的检测后，排除了是由于航空发动机中介轴承自身缺陷所导致的中介轴承疲劳性损坏，造成疲劳断裂的原因应当为外力所造成的。结合航空发动机中介轴承前后端面所检测到的接触物与接触痕迹，可以认定航空发动机中介轴承是由于安装缺陷所导致的受力不均，进而在航空发动机转子转动中所产生的巨大的外作用力下形成疲劳断裂。航空发动机中介轴承为薄壁异型结构轴承，其采用滚子作为旋转体且外套圈无挡边。
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2.3、裂纹
此处易出现裂纹的原因：发电机前端的皮带轮是通过皮带与发动机实现传动。带传动中，皮带应有一定的张紧力，此张紧力以弯矩形式作用在机匣的发电机支架安装座上。因此，机匣此位置承受着平衡张紧力所产生的弯矩的应力。发动机工作时的振动导致发电机产生惯力载荷，为平衡此惯性载荷，机匣上的发电机支架安装座承受交变应力，且此应力值随着发动机振幅的增大而成倍增加。另外，发电机支架的不正常安装也会导致在机匣上的发电机支架安装座承受附加应力。在机匣上的发电机支架安装座承受的应力中，由于发动机振动所引起的交变应力占主要部分。机匣上的发电机支架安装座在上述三种主要应力的综合作用下，产生疲劳裂纹。
3、修复方法
3.1、磨蚀的修复
机匣贴合面微振磨蚀的修复，其主要目标是去除微振磨损，恢复机匣贴合面的平面度和粗糙度。通常的修复方法分两类。如果机匣贴合面微振磨损量少，坑点较浅时，可采用手工打磨的方法去除微振磨损，以恢复贴合面的光滑与平整，此种修理相对较为简单；如果机匣贴合面微振磨损量多，坑点较深时，采用手工打磨的方法无法去除微振磨损，此时必须采用铣削的机械加工法去除贴合面部分金属来消除磨蚀坑点，此种修理一定要控制金属的去除量不能太多（通常铣削深度不能大于0.5mm）。铣削时必须设计、制作一套专用夹具，该专用夹具应以汽缸的安装面为定位基准，使机匣定位准确、夹持可靠，且夹紧加工过程中机匣不会变形和振动，以此保证机匣贴合面铣削后的平面度、粗糙度。
3.2、裂纹的修复
机匣通常都是铝合金铸造件，铝合金热膨胀系数大、导热快，故对像发电机支架安装座附近出现的一定程度范围内（通常应小于2英寸）的裂纹可选择与木材相匹配的焊丝使用热量集中的氩弧焊焊接来修复。焊接前可采用机械方法（如手持电动工具）沿裂纹进行铣削，形成一个“V”形槽，以全部清除裂纹，防止焊接修理过程中裂纹扩展，同时也有利于构造焊接坡口。焊接完成后，应对焊接部位进行打磨抛光处理以消除应力集中，最后用荧光渗透的无损检测法检测焊机部位应无气孔、裂纹等缺陷。
3.3、航空发动机修理中中介轴承安装优化
通过对航空发动机中介轴承裂纹进行金相、宏观以及电镜观测，最终找出了航空发动机中介轴承外套圈裂纹是由于安装缺陷所导致的，为提高航空发动机中介轴承的使用寿命需要对航空发动机中介轴承的安装流程进行优化，以确保航空发动机中介轴承的安装质量。在航空发动机中介轴承的安装中，加强对航空发动机中介轴承端面的测量，使用百分表测量安装量进行测量，确保安装端面的平整度。在安装前对航空发动机中介轴承的端面处进行良好的清洁，避免异物混入航空发动机中介轴承安装接触面，而影响航空发动机中介轴承的安全精度。在航空发动机中介轴承安装完成后，使用塞尺对中介轴承端面与轴承配合面的接触情况进行检测并记录检测数据，确保轴承端面各处都与轴承配合面有着良好的配合精度。
结束语
航空发动机中介轴承是航空发动机中的重要组成构件之一，现今广泛采用的双转子加航空发动机中介轴承形式使得航空发动机中介轴承承受着巨大的工作压力。本文从航空发动机机械磨损原理入手，探索了机械磨损故障诊断技术及诊断技术发展趋势。
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论文作者:由涛,李佳益,令辉
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：轴承论文; 航空发动机论文; 磨损论文; 中介论文; 裂纹论文; 机械论文; 发动机论文; 《建筑模拟》2018年第29期论文;