航空发动机弧齿锥齿轮着色印痕技术研究

航空发动机弧齿锥齿轮着色印痕技术研究

王梦丹，果天宇，栗健航

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江省哈尔滨市， 150066

摘要： 在航空航天领域，涉及的内容很多，其中发动机是最为重要的部件之一，而弧齿锥齿轮又是容易出现问题的零件。某型发动机在中央锥传动装置、上部减速器传动装置的2对锥齿轮，然而在进行装配时无法有效啮合，虽然在使用时经过多次人工调整和处理，但是依然无法达到设计标准。

关键词：航空发动机；弧齿锥齿轮；着色印痕技术

1 弧齿锥齿轮概述

弧齿锥齿轮在航空发动机、印刷设备、汽车差速器和水闸等设备上应用非常广泛，取得了非常好的效果，与此同时，也大量应用于机车、船舶、电厂、钢厂、铁路轨道检测等方面。和金属齿轮对比可以发现，弧锥齿轮在生产加工过程操作工艺较为简单，而且耐磨寿命长，具有较强的实际应用效果。

2 案例分析

某型发动机在中央锥传动装置、上部减速器传动装置的2对锥齿轮，然而在进行装配时无法有效啮合，虽然在使用时经过多次人工调整和处理，但是依然无法达到设计标准。

3 装机合格率影响因素分析

3.1加工与装配差异

3.1.1机械加工过程调整

首先需要在对齿轮进行机械加工前进行工艺分析，依照标准样件对大轮进行加工，而后以加工好的大轮为基础，进行小轮的加工，在加工过程中需要注意小轮的2个面（长期工作面，起动工作面）并非一气呵成的，是分别加工的。在10 N·m的扭矩条件下，对大轮印痕进行着色检查，了解大轮的具体情况，如不合格，就需要依照实际情况对小轮的2个面进行优化，直到达到合格条件。

3.1.2机械加工与装配不同点

着色实验过程主要使用的是GLEASON着色检查仪。由于着色检查过程中，力矩不大，无法达到装配着色检查力矩的具体要求；设定检查仪轴承游隙时发现，其为定值，无法进行有效调整，而且数值偏小，而实际使用过程中，装配轴承游隙通常是随机的，其数值普遍较大，而且由于加工过程较为复杂，每台都有一定的不同之处；需要注意在后期处理过程中，安装距和工艺因素的影响都通过调整小轮来进行。

3.2装配时的轴承游隙

装配过程中，主要通过测量计算理论对厚度进行有效调整，通过复杂的计算逐步分解，获取最终的有效值，最终将轴承的全值轴向游隙代入式T=K-A-Δ+t当中，以便得到需要的结果，而进行装配着色试验过程中，需要注意获取的数据往往只能达到使用轴承轴向游隙的二分之一。由此可见，在实际应用过程中，理论计算的调整厚度无法符合装配试验着色印痕的具体需要，在后期操作优化的过程中需要采取控制垫厚度的方法来进行补偿。通过理论分析，认为装有调整垫的厚度需要超过计算值。需要对基本因素进行分析，而后对垫厚度进行调整和计算。在装配过程中，由于轴承游隙等相关因素的影响，着色印痕无法达到合格要求。

3.3着色运动方向与实际的不符

在长期工作过程中，涂色运动的具体轨迹如图1所示。在长期工作的过程中，相关人员需要有效地对着色的印痕进行深入检查，了解设备的具体情况。在操作过程中首先需要注意主动齿的涂色工作，而后深入了解被动齿齿面的色痕情况。在进行具体的涂色运动过程中，操作方向往往是先齿顶而后齿跟。这样的涂色方式与运动的具体关系和要求相吻合。

图1长期工作状态涂色运动关系

在着色过程中需要进一步了解其工作情况，在此期间需要注意着色印痕的观察，一般情况下主动齿在着色操作时需要具体分析齿面的色痕情况，了解其变化状态。检测时可以发现其涂色的运动往往是先齿顶，后齿根。具体如图2a所示，然而在具体深入分析时可以发现操作工艺的特点，无法符合实际控制的需要，在实际操作中只能反向旋转Z1齿，对其色痕进行检测。因为运动关系会在后期逐步改变，对其色痕进行检测。因为运动关系会在后期逐步改变，在其上的涂色运动方向也会随之出现改变，如图2（b）所示，导致不符合工作状态的情况出现。

图2起动工作状态涂色运动关系

在具体操作时，装配力矩加载转动方向无法与发动机的工作状态相契合，在具体操作过程中会导致装配难度大幅度增加。

3.4齿轮轴倾斜引起齿面接触变化

齿轮轴倾斜会导致齿轮轴向位置无法达到要求，在具体工作中需要通过调整垫厚度来逐步进行优化。然而，在载荷条件下，齿轮轴的大幅度倾斜会导致轴交角超过90°，这时候会导致齿面接触向小端靠近。造成理论计算获取的垫厚度无法达到装配过程中着色印痕的具体需要，只有适当调整垫厚度才能进行有效地补偿。

4印痕变化机理分析

4.1 2锥齿轮啮合分析

在具体操作过程中，要保证最佳的着色印痕，就需要逐步移动锥齿轮，使用加厚与减薄调整垫的方法进行有效控制，以便保证其轴向位移符合要求。当具体操作时，需要顺着轴线方向移动大齿轮和小齿轮，可以对轴向位移量A1、A2进行受力分析，分成平行于节锥母线（OD）的分量B1、B2和垂直于节锥母线的分量C1、C2。这两组数据有明确的物理意义。其中，垂直分量主要表征的是轮齿从啮合状分开的距离，平行分量主要表征的是轮齿沿节锥母线位移的距离。在实际操作中可以发现锥轮齿各部位的齿廓曲率有较大的差异，轮齿小端齿廓曲率往往会超过大端齿廓曲率。

4.2大锥齿轮移动分析

在大齿轮顺着轴线移动向外围时，齿隙往往会逐步增大，在使用过程中，轮齿小端齿隙的变化情况往往会超过大端齿隙；与此同时，如果顺着轴线移动大齿轮，会造成齿隙逐步减小，轮齿小端的齿隙往往会比大端齿隙小很多。如果大齿轮的位移较大，因为垂直分量C2比平行分量B2大，会导致大齿轮在位移过程中啮合面出现异常。

在正常的条件下，圆锥齿轮副往往会和相同齿厚部位进行有效啮合。如果沿轴线移动齿轮的情况下，在平行分量方面会出现明显变化，造成齿轮副以不同齿厚的部分之间逐步啮合，在实际操作过程中会产生齿背不齐差，最终导致啮合面的位置顺着齿高方向逐步变动。

4.3小锥齿轮移动分析

在运动过程中可以发现，如果小齿轮从原有标准位置向外围逐步移动，其运动过程中齿轮的较薄的位置往往会和大齿轮较后的位置逐步啮合，在此期间会出现一定的接触和摩擦，使齿轮进一步转动，但是需要注意薄齿周节T1往往小于厚齿周节T2，很容易造成接触过程中出现较大的摩擦，产生明显的印痕。

结束语

总而言之，在航空发动机弧齿锥齿轮着色印痕分析过程中，需要具体了解齿轮间的相互作用，着色与实际的相关差异，而后以此为基础，从技术工艺的层面逐步分析，进一步了解锥齿轮在运动过程中齿系间的变化关系，从而理顺思路，进一步了解其中的调节机理和着色印痕的变化规律，可以在后期进行装配时，能够有的放矢，不再进行盲目地拼凑、调整，达到较好的效果。

参考文献

[1] 刘光磊, 樊红卫, 谷霁红,等. 航空弧齿锥齿轮低噪声和低安装误差敏感性设计[J]. 航空发动机, 2010(02):9-12.

[2] 许振君. 两种使用状态下弧齿锥齿轮着色印痕分析[J]. 机械传动, 2014(2).121-123