葉泳

摘 要：本文對(duì)某空氣渦輪起動(dòng)機(jī)離合器脫開失效故障進(jìn)行介紹，通過建立故障樹詳細(xì)分析得出，離合器潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷為起動(dòng)機(jī)離合器故障的原因。對(duì)起動(dòng)機(jī)離合器及軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)起動(dòng)機(jī)的輸出軸進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)離合器潤滑結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并重新選擇離合器型號(hào)后，改進(jìn)的空氣渦輪起動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，起動(dòng)機(jī)功能性能正常，改進(jìn)措施有效，故障消除。

關(guān)鍵詞：空氣渦輪起動(dòng)機(jī);離合器;脫開失效故障

1 引言

某空氣起動(dòng)機(jī)在工作運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)到空氣渦輪起動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)50%，控制器控制空氣渦輪起動(dòng)機(jī)停車。拆下空氣渦輪起動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)目視檢查產(chǎn)品外觀良好，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)機(jī)輸出軸渦輪不轉(zhuǎn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸渦輪旋轉(zhuǎn)，卡滯現(xiàn)象明顯，證明離合器功能損壞。分解檢查發(fā)現(xiàn)，

離合器上堆積大量含金屬屑的油泥，清洗后發(fā)現(xiàn)離合器滾子與環(huán)形齒輪接觸表面磨損，離合器處的軸承保持架破裂，離合器外軸底部存在大量金屬屑，其余零組件無明顯異常[1]。

2 故障原因分析

損壞的軸承為深溝球軸承，與廠家共同分析保持架斷裂的結(jié)果為：軸承潤滑不良造成軸承內(nèi)、外圈高溫變形，使軸承徑向游隙減少，軸承滾子受到內(nèi)外圈的擠壓，轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻，拉扯保持架，造成保持架撕裂。廠內(nèi)對(duì)保持架斷口進(jìn)行分析，斷裂的原因?yàn)檫^載斷裂[2]。

以離合器脫開功能失效為頂事件開展故障樹分析，具體如下：

2.1離合器選型不當(dāng)

產(chǎn)品選用正在使用的，轉(zhuǎn)速、功率量級(jí)相當(dāng)斜撐離合器。該離合器已隨其他型號(hào)完成工況相當(dāng)?shù)?000小時(shí)超越旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，選型合適。

該項(xiàng)底事件可以排除。

2.2加工問題

離合器采購進(jìn)口件，對(duì)故障件離合器滾子材料進(jìn)行化驗(yàn)結(jié)果為接近GCr15。隨機(jī)測(cè)量3個(gè)離合器滾子硬度，結(jié)果為：HV700、HV684、HV698。

對(duì)離合器配合尺寸進(jìn)行計(jì)量，環(huán)形齒輪由于磨損嚴(yán)重?zé)o法計(jì)量，從庫房隨機(jī)一件同批次新品零件進(jìn)行計(jì)量，結(jié)果滿足圖樣要求。

該項(xiàng)底事件可以排除。

2.3油路設(shè)計(jì)缺陷

當(dāng)起動(dòng)機(jī)處于超越狀態(tài)時(shí)，離合器外軸隨輸出軸被帶轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑油泵持續(xù)工作，保證滑油泵向離合器持續(xù)供油。

滑油泵將油池底部的滑油抽吸上來，經(jīng)噴口噴到離合器。因噴口角度問題，大部分的滑油被零件擋住無法噴入，離合器實(shí)際潤滑效果較差。離合器軸承位于死腔內(nèi)，滑油難以通過高速旋轉(zhuǎn)離合器進(jìn)入軸承處，油路不通暢，長時(shí)間工作容易造成軸承局部高溫和磨損雜質(zhì)堆集，潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

該項(xiàng)底事件不可以排除。

2.4滑油泵供油不足

計(jì)算滑油泵流量，驗(yàn)證滑油泵供油能力。根據(jù)計(jì)算，滑油泵的供油能力為2.063L/min，目前起動(dòng)機(jī)選用的離合器滑油需求為不小于1.4L/min，因此供油流量可以滿足離合器潤滑需求。

該項(xiàng)底事件可以排除。

2.5初始加油量不足

產(chǎn)品各處靜密封均采用O型膠圈進(jìn)行密封，實(shí)際使用過程中未發(fā)現(xiàn)漏油。檢查動(dòng)密封處未發(fā)生漏油。

該項(xiàng)底事件可以排除。

綜上所述，離合器脫開失效是由于滑油油路設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致潤滑不良，造成離合器磨損。

3 機(jī)理分析

根據(jù)起動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，離合器是在起動(dòng)完成后超越旋轉(zhuǎn)時(shí)損壞。起動(dòng)機(jī)為獨(dú)立潤滑式，超越旋轉(zhuǎn)期間離合器和離合器軸承一直被發(fā)動(dòng)機(jī)反帶，是發(fā)熱最為嚴(yán)重的工況。因滑油噴口角度設(shè)計(jì)不合理，大部分的滑油被零件擋住無法噴入離合器，達(dá)不到預(yù)計(jì)的潤滑效果，易發(fā)生離合器滾子表面磨損產(chǎn)生雜質(zhì)。

軸承位于死腔內(nèi)油路不通暢，僅少量滑油經(jīng)由高速旋轉(zhuǎn)離合器進(jìn)入軸承處，軸承散熱艱難內(nèi)外圈發(fā)生高溫變形，滾子轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻拉扯保持架撕裂，破碎的保持架碎屑進(jìn)入離合器滾子部位，加劇離合器部分滾子與內(nèi)圈磨損，造成離合器脫開失效。

4 糾正措施和驗(yàn)證情況

主要改進(jìn)如下：

a）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改進(jìn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)離合器處的安裝結(jié)構(gòu)和潤滑方式進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，改進(jìn)了輸出軸的設(shè)計(jì)。環(huán)形齒輪用兩個(gè)軸承支承在離合器殼體上，用螺母軸向壓緊;離合器用兩個(gè)軸承支承在環(huán)形齒輪和離合器內(nèi)軸之間;輸出軸和離合器內(nèi)軸用花鍵傳遞扭矩。

b）離合器改進(jìn)設(shè)計(jì)

離合器更改為另外一型成熟離合器高速超越離合器，改型離合器的最大脫開轉(zhuǎn)速、再接轉(zhuǎn)速、最大持續(xù)超越運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、額定起動(dòng)扭矩、極限扭矩均滿足要求，且由于原離合器。摩擦力矩起動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)時(shí)，由外圈驅(qū)動(dòng)內(nèi)圈傳遞扭矩;起動(dòng)成功后，離合器處于超越狀態(tài)，內(nèi)圈轉(zhuǎn)速保持在與發(fā)動(dòng)機(jī)相同轉(zhuǎn)速。

c）起動(dòng)機(jī)輸出軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化

輸出軸承剪段尺寸沿用承剪段的材料、尺寸及熱處理技術(shù)要求，保證承剪扭矩不變。與離合器內(nèi)軸聯(lián)接的花鍵根據(jù)承剪段的尺寸進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，保證其承載能力大于承剪段。輸出軸沿用原輸出軸設(shè)計(jì)，保證與發(fā)動(dòng)機(jī)接口不變。輸出軸軸向留出退讓空間6.5mm，保證超越旋轉(zhuǎn)失效時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)切斷[3]。

d）滑油潤滑設(shè)計(jì)

起動(dòng)機(jī)整體為獨(dú)立潤滑，行星齒輪和和軸承部分浸入油池飛濺潤滑;離合器一部分浸泡在油液中，一部分靠安裝在離合器內(nèi)軸上的離心泵潤滑?；徒?jīng)齒輪座上的滑油流道經(jīng)齒輪泵抽吸進(jìn)入離合器內(nèi)軸的腔內(nèi)，在離心力的作用下，從離合器內(nèi)軸上均布的小孔從甩出給離合器潤滑。滑油油位高度一方面需要保證行星齒輪系的潤滑，油位過高則滑油攪動(dòng)劇烈，油溫過高，腔壓過大;油位過低則潤滑不充分;同時(shí)還需保證給離合器潤滑的離心泵能充分的抽吸到滑油。離心泵的抽油能力為，當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)速為100%轉(zhuǎn)速時(shí)，離心泵的流量約為1.1L/min，抽油高度為36.5mm;當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)速為50%轉(zhuǎn)速時(shí)，離心泵的流量約為0.64L/min，抽油高度為14.5mm。因此綜合考慮，設(shè)計(jì)滑油容量為220～240mL。

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的起動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)，目前已完成500次起動(dòng)試驗(yàn)和100h離合器超越旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，功能性能正常。

5結(jié)論

離合器故障是離合器處潤滑設(shè)計(jì)缺陷造成離合器磨損導(dǎo)致的。離合器處結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，起動(dòng)機(jī)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，工作正常，改進(jìn)措施有效。

參考文獻(xiàn)：

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