鄭四德 蘆才軍 苗國磊

摘要：某型發(fā)動機(jī)試車后發(fā)現(xiàn)自制杯型鎖片卡爪處變形。為查找故障原因，從鎖片工作狀態(tài)、裝配過程、鎖片自身技術(shù)狀態(tài)等方面開展了分析研究，分析結(jié)果表明，鎖片卡爪變形并非在工作過程中產(chǎn)生，而是由于裝配過程及熱處理?xiàng)l狀態(tài)兩方面綜合影響的結(jié)果，并就此提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：杯型鎖片；熱處理；硬度；裝配潤滑

Keywords：cup-shaped lock；heat treatment；hardness；assembly lubrication

1 故障背景

某型發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)前軸頸杯型鎖片的作用是防止1#軸承壓緊螺母在工作時(shí)反轉(zhuǎn)松脫，工作時(shí)隨壓氣機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動，不允許螺母與鎖片出現(xiàn)相對運(yùn)動。

在對某臺發(fā)動機(jī)進(jìn)行2h地面試車后的分解檢查中，發(fā)現(xiàn)搭載的防壓氣機(jī)1#軸承鎖緊螺母反轉(zhuǎn)松脫的自制杯型鎖片卡爪發(fā)生了沿周向3～5mm的擠壓變形，鎖片與螺母接觸端面有0.1～0.3mm不同方向的劃痕，卡爪兩邊應(yīng)力削減槽未發(fā)現(xiàn)裂紋。壓緊螺母及前軸頸螺紋桿未見異常。經(jīng)判斷，該鎖片的鎖緊功能已失效。變形故障情況如圖1所示。

為分析鎖片卡爪變形原因，從鎖片工作狀態(tài)、鎖片的裝配過程及鎖片表面硬度等幾個(gè)方面開展了分析研究。本研究思路、結(jié)果及提出的解決措施可為其他型號的同類故障分析提供參考。

2 故障機(jī)理分析

2.1 鎖片工作狀態(tài)分析

為了判斷鎖片卡爪變形是否因轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過程中鎖緊螺母發(fā)生相對轉(zhuǎn)動而造成，對鎖緊螺母及軸頸進(jìn)行分解檢查。復(fù)查分解力矩，略大于裝配力矩，說明工作時(shí)未發(fā)生螺母反轉(zhuǎn)松動。同時(shí)，檢查螺母及軸頸螺紋表面，均未發(fā)現(xiàn)螺紋拉傷、變形等相對運(yùn)動產(chǎn)生的異常痕跡。同時(shí)，分解時(shí)發(fā)現(xiàn)鎖片與螺母為抱死鎖緊狀態(tài)。以上檢查顯示，鎖片轉(zhuǎn)動時(shí)與螺母未發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，且螺母未發(fā)生異常轉(zhuǎn)動，表明鎖片變形并非在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中造成。

2.2 裝配過程分析

由于裝配空間狹小，無法對裝配后的鎖片狀態(tài)進(jìn)行觀察，為了弄清卡爪變形是否由于裝配過程中鎖片在鎖緊螺母的摩擦力作用下產(chǎn)生相對滑動而造成，首先采用有限元方法計(jì)算不同摩擦力條件下鎖片的周向變形情況（見圖2a），為便于比較變形與摩擦系數(shù)的變化關(guān)系，對周向變形進(jìn)行了歸一化處理（見圖2b）。結(jié)果顯示，當(dāng)摩擦系數(shù)大于0.1時(shí)，產(chǎn)生的摩擦力會使變形急劇增加。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證鎖片與螺母表面接觸的粗糙度對卡爪變形的影響，選取4件自制鎖片，分別在與螺母接觸表面上涂覆不同厚度、不同面積的石墨潤滑脂進(jìn)行裝配試驗(yàn)。結(jié)果顯示，自制鎖片卡爪發(fā)生了0.5～1mm不同程度的變形，說明鎖片表面良好的潤滑狀態(tài)可以避免鎖緊螺母帶動鎖片轉(zhuǎn)動，從而避免發(fā)生卡爪變形。

2.3 鎖片硬度分析

為了弄清自制鎖片抵抗變形能力是否與OEM件一致，將自制鎖片與OEM件（均未涂抹潤滑劑）進(jìn)行裝配對比。OEM鎖片卡爪沿周向發(fā)生了大變形（見圖3a），其變形形貌與故障鎖片基本一致，自制鎖片卡爪則發(fā)生剪切斷裂（見圖3b）。此試驗(yàn)結(jié)果表明自制鎖片變形的重要原因之一是鎖片表面潤滑不充分，另外也表明自制鎖片抵抗變形的能力低于OEM件。

進(jìn)一步查找導(dǎo)致自制件抗變形能力相對較弱的原因。對自制件與OEM件的硬度進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)自制件（A熱處理?xiàng)l件）硬度較OEM件下降25%左右，如表1所示。

為分析熱處理狀態(tài)對鎖片硬度的影響，分別將采用了低溫（350℃～400℃）熱處理及無熱處理的兩種自制鎖片的硬度值與OEM件進(jìn)行比較（見表1）。結(jié)果表明，無熱處理的鎖片與OEM件硬度一致，經(jīng)過低溫（350℃～400℃）熱處理后硬度值有所下降，但不明顯。

綜上分析認(rèn)為，該鎖片失效的另一個(gè)原因是熱處理采用的固溶溫度（1050℃）使其硬度急劇下降，導(dǎo)致鎖片卡爪抵抗變形的能力有所降低。

3 改進(jìn)措施

造成此次杯型鎖片卡爪變形的原因主要有兩個(gè)方面：一是在裝配過程中鎖片表面潤滑不充分，在摩擦力作用下鎖片和鎖緊螺母一起運(yùn)動導(dǎo)致卡爪變形；二是由于熱處理溫度相對較高，使得自制件材料硬度下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力有所降低。

針對上述分析結(jié)果，提出以下解決措施。

1）裝配時(shí)用麂皮布在鎖片與螺母接觸平面涂覆一層均勻的石墨潤滑脂，使螺母對鎖片充分潤滑而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。

2）擰緊前，用記號筆在鎖片外表面與軸承的同一位置進(jìn)行標(biāo)記，便于目視判斷鎖片是否出現(xiàn)周向變形。

3）取消自制件的處理過程，使其表面色澤和心部硬度與OEM件保持一致。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證以上分析結(jié)論及解決措施的正確性，對自制鎖片取消了熱處理，裝配時(shí)用麂皮布在鎖片的內(nèi)端面涂覆一層均勻的石墨潤滑脂，并用記號筆標(biāo)記裝配位置。

從標(biāo)印記號來看，鎖片裝配后未發(fā)生轉(zhuǎn)動。經(jīng)過2h地面臺架試車后，分解檢查自制鎖片未發(fā)生任何有害變形，且變形值低于OEM件。試驗(yàn)結(jié)果表明本文分析結(jié)論正確，提出的改進(jìn)措施可行。

作者簡介

鄭四德，高級工程師，研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動機(jī)維修設(shè)計(jì)與管理。